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Soldagem e Corte por Oxigás (Oxyfuel Gas Welding and Cutting)

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Soldagem por Oxigás (Oxyfuel Gas Welding)

A soldagem por oxigás consiste em se utilizar um

gás combustível (acetileno, butano ou metano) e um gás comburente, onde através de um maçarico se obtém a chama. O gás combustível hoje muito utilizado é o acetileno, principalmente por ter maior poder calorífico (± 3200ºC). Com o uso da mistura oxigênio + acetileno temos então a soldagem oxi-acetilênica (oxyacetylene welding).

Na soldagem oxi-acetilênica, as bordas laterais da

junta são fundidas e a união é feita com ou sem metal de adição.

É o método adequado para, por exemplo, soldar tubos e chapas de aço em estruturas finas ou de médias espessuras, para ferro fundido, sendo muito utilizada em soldagem de revestimento e também para endurecimento, sem contar as aplicações em operações de manutenção.

I. Acetileno O acetileno é um gás que exige cuidado no seu

uso, especialmente quando se manuseia em em altas pressões, cujo perigo é uma explosão. Ele é composto de 7,74% de 92,24% de carbono. Ele é mais incolor e mais leve do que o ar. Sua obtenção se dá pela reação entre o carbureto de cálcio (CaC2) e água (H2O), nas seguintes proporções:

CaC2 (64g) + H2O (36g) → C2H2 (26g) + Ca (OH)2 (74g)

O acetileno (C2H2) obtido será filtrado para reter

impurezas, tipo: fosfina: (PH3), gás sulfídrico (H2S), amônia (NH3) e outros, além da umidade.

A distribuição para consumo do acetileno é feita através de cilindros de aço com costura, onde internamente recebe uma proteção com massa porosa composta de areia, amianto, carvão, cimento, serragem e água.

Esta massa colocada dentro do cilindro de acetileno, receberá um tratamento a 400ºC em forno para retirar a água. Internamente esta massa após a secagem da água, ficará com poros que servirá para armazenar o acetileno. A massa porosa mais a adição de acetona, garante o perfeito armazenamento do acetileno para evitar a explosão.

É importante lembrar que, o acetileno a pressões acima de 1,5 kg/cm² (1,5 bar) pode explodir proveniente da separação entre C2 e H2.

Cuidados no uso do acetileno

1 – Nunca usar pressões de trabalho acima de 1,5 kg/cm² - Perigo de explosão. 2 – Nunca esgotar completamente o cilindro – Perigo de arrastar acetona e entupir as válvulas do maçarico. 3 – Não usar cobre puro nas emendas das mangueiras e conexões – perigo de formar acetilureto de cobre, sendo este composto explosivo ao ser atritado. 4 – Não usar o cilindro deitado – Perigo de vazar acetona líquida para o maçarico. 5 – Não trabalhar em locais quentes (80ºC) – Perigo de explosão. 6 – Evite golpear o cilindro. 7 – Não abrir a válvula de saída mais do que ¼ de volta – Se a mangueira pegar fogo, não haverá tempo de fechar a válvula. 8 – Manter o cilindro preso para transporta-lo. 9 – Usar válvulas de segurança contra engolimento de fogo.

II. Oxigênio O oxigênio é um gás comburente obtido através do

processo de destilação fracionada do ar. O ar é composto de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de argônio (valores aproximados, pois existem outros gases presentes no ar atmosférico porém com valores inferiores a 1%).

O equipamento que produz o oxigênio é composto de filtros, compressores, trocadores de calor, torres de purificação do ar, colunas retificadoras, cilindros de expansão, etc., onde o ar é aspirado e após ser processado atinge a temperatura de -196ºC, quando o nitrogênio é extraído na forma de gás. Continuando o processo de destilação, a -185ºC se obtém o argônio e a -183ºC o oxigênio.

A distribuição para o mercado é feita através de cilindros especiais extrudados sem costura, para garantir o manuseio em altas pressões. Estes cilindros são cheios com 6 a 10m³ de gás a uma pressão que varia de entre 150 a 180 kg/cm² (150 a 180 bar).

Embora o oxigênio não tenha os mesmos perigos que o acetileno, alguns cuidados são necessários para o seu manuseio.

Cuidados no uso do oxigênio

1 – Não usar óleo ou graxa nas conexões. 2 – Não usar em provas pneumáticas, nem soprar roupa suja ou máguinas. 3 – Não usar o cilindro deitado – Perigo de choque no regulador e o cilindro se tornará um torpedo, podendo causar sérios danos. 4 – Não transposta-lo sem a tampa de proteção da válvula (capacete). 5 – Não usar em locais quentes.

Fig. 1 Diagrama esquemático de uma Soldagem

Oxigás

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III. Equipamentos para Soldagem Oxigás O maçarico é um aparelho usado para promover a

mistura dos dois gases nos volumes desejados, obtendo-se a chama na ponta (bico). Os bicos são variáveis de acordo com as dimensões das peças a serem soldadas. As mangueiras são de alta pressão, especialmente fabricadas para uso em gases e devem ser identificadas de acordo com o tipo de cada gás, pela cor, por exemplo: Acetileno – mangueira na cor vermelha ; Oxigênio – mangueira na cor verde ou preta.

As mangueiras são acopladas aos maçaricos através de porcas sextavadas, onde a do oxigênio tem rosca direita e acetileno para esquerda. Isto serve para evitar troca de mangueiras e perigo de explosão durante a montagem.

O sistema de redução serve para manter a pressão controlada do gás e governar a vazão para o sistema. O manômetro de maior pressão controla a pressão no cilindro e o de menor pressão controla a vazão do gás para o sistema. A válvula de segurança serve para evitar o retrocesso de chama, durante a operação de soldagem e corte.

IV. Reação Oxi-acetilênica e Chama de Soldagem

A chama oxia-acetilênica é a mais utilizada nas operações de soldagem e corte. Quando ocorre a queima completa de acetileno no ar, o oxigênio presente no ar combina-se com o acetilento formando gás carbônico e vapor d´água.

C2H2 + 2,5O2 → 2CO2 + H2O + 1152Kcal/Kg

Pode-se observar que, para haver queima completa do acetileno, são necessariamente 2,5 volumes de oxigênio para cada volume de acetileno. Este tipo de

chama não tem uso comercial. A mais utilizada por é a chama que alimenta 1 volume de oxigênio para cada 1 volume de acetileno, deixando o restante 1,5 volumes de O2 para ser fornecido pelo ar atmosférico que envolve a chama.

A mistura de acetileno com oxigênio produz diferentes tipos de chama para a soldagem. É importante usar a chama correta para o tipo de material a ser soldado.

Chama Carburante

Esta chama é o resultado da mistura de oxigênio

com uma quantidade proporcionalmente maior de acetileno. A característica desta chama é a formação de uma zona luminosa de coloração amarelo-clara na frente do dardo (zona carburante).

A chama carburante não é adequada para a soldagem dos aços, nem aços inoxidáveis e aços de baixa liga, nem para a soldagem do cobre. A chama carburante branda serve para a soldagem de ferro fundido, alumínio, chumbo e ligas de zinco.

A chama carburante forte é utilizada para a soldagem de revestimento com stellite (liga de cobalto). Chama Neutra

A regulagem da chama neutra é obtida a partir da

chama carburante, é exatamente nesse ponto que se obtém a chama neutra. A partir da chama carburante, diminui-se a quantidade de acetileno, aumentando-se alternadamente a quantidade de oxigênio, até o desaparecimento da zona carburante.

A chama neutra serve para soldar todos os tipos de aço bem como o cobre.

Chama Oxidante

A partir da chama neutra, diminui-se a quantidade

de acetileno, aumentando-se alternadamente a quantidade de oxigênio, até o aparecimento da zona redutora.

Fig. 3 Maçarico de Soldagem

Fig. 2 Equipamento básico para Soldagem Oxigás

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A chama oxidante é usada para soldar latão, bronze e em soldas com arames de latão em estruturas leves de aço.

V. Consumíveis Os consumíveis normalmente utilizados na

soldagem oxi-combustível são os gases (comburente e combustível, cujas informações já foram colocadas anteriormente nos tópicos I e II), os fluxos de soldagem e os metais de adição.

Os fluxos são materiais fusíveis, na forma de pó ou pasta, usados na soldagem oxigás com a função de reagirem quimicamente com os óxidos metálicos e formar escórias, nas temperaturas de soldagem.

Uma condição importante para obtenção de soldas de boa qualidade é a remoção de óxidos superficiais das peças metálicas, que é feita durante a preparação das peças para a soldagem. Entretanto, certos metais têm uma grande afinidade pelo oxigênio formando óxidos de forma instantânea. Muitos desses óxidos têm ponto de fusão maior que o metal-base, dificultando muito a soldagem. Uma maneira de remover estes óxidos é através dos fluxos. Os fluxos são usados na soldagem de ferro fundido, aço inoxidável e grande parte dos metais não ferrosos, como o alumínio, o cobre e suas ligas. Normalmente não é utilizado na soldagem dos aços carbono.

Os metais de adição usados na soldagem oxigás são fornecidos na forma de varetas, com comprimento e diâmetros variados, escolhidos em função da quantidade de metal a depositar e da espessura das peças a serem unidas. Eles são classificados pela AWS – American Welding Society (Sociedade Americana de Soldagem) em diferentes normas

Alguns exemplos de especificação AWS (American Welding Society) para metais de adição:

AWS A5.2 Varetas para soldagem a gás de

ferro e aço.

AWS A5.7 Varetas para soldagem a gás de cobre e ligas de

cobre.

AWS A5.8 Metais de adição para

Brasagem.

O sistema de classificação é feito da seguinte forma:

R G XX, onde: R=Rod (vareta); G=Gas (gás); XX=limite máximo de resistência (em ksi) do metal de solda na condição de depositado, como soldado. Exemplo: RG 45 (vareta para soldagem oxi-gás com 45 ksi (310 MPa) de resistência da tração no depósito.

A escolha de um metal de adição adequado a uma determinada soldagem deve ser feita baseada nas propriedades mecânicas e/ou composição química do metal depositado. Esta escolha é orientada pelos fabricantes das varetas e fluxos para soldagem oxigás, que fornecem as aplicações e recomendações para o uso de seus produtos.

Corte por Oxigás (Oxicorte) (Oxyfuel Gas Cutting)

Oxicorte é um processo de corte de metais através da reação de combustão localizada e contínua entre um jato de oxigênio puro, agindo sobre um ponto do metal previamente aquecido à sua temperatura de queima ( ou de ignição) por uma chama oxi-combustível, e o ferro contido nesses metais. Esta combustão produz óxidos de ferro, sendo arrastada pela ação mecânica do jato de oxigênio de corte, expondo a este jato mais metal para a continuidade da reação. A largura estreita e progressiva de metal removido promove a separação das partes. Esta largura é chamada de sangria.

I. Pré-requisitos para o oxicorte 1 – A temperatura de queima do metal deve ser

inferior à temperatura de fusão do mesmo. Caso contrário o metal se funde antes do corte ser realizado.

2 – A temperatura de fusão dos óxidos formados deve ser menor que a temperatura de fusão do metal e menor que a temperatura alcançada no corte. Materiais que não atendem essa condição não podem ser oxi-cortados.

3 – A reação de combustão deve ser suficientemente exotérmica para manter a temperatura de início de oxidação, tornando o corte sustentável.

4 – Os óxidos formados devem ter alta fluidez quando fundidos, para que possam ser expulsos com facilidade pela pressão do jato de oxigênio de corte e propagar a reação.

Fig. 5 Maçarico de Oxicorte

Fig. 4 Esquema do processo Oxicorte.

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5 – O metal deve apresentar baixa condutividade térmica, se há grande dissipação de calor por condução o processo ou não se inicia ou é interrompido com freqüência.

6 – Os elementos de liga afetam o processo, dependendo da quantidade e do tipo presente no material a ser cortado.

II. Parâmetros do oxicorte Os fatores principais que influem no oxicorte são:

pré-aquecimento do metal-base; espessura a ser a ser cortada; grau de pureza do material a ser cortado; diâmetro e tipo do bico de corte; pressão e vazão dos gases e velocidade de avanço do maçarico.

Aplicações do Oxicorte O oxicorte é um processo relativamente barato em

se comparando com outros processos de corte como o plasma e o laser, pode ser utilizado para corte de chapas de 3,0 mm até mais de 1000mm.

O oxicorte é facilmente automatizável, podendo ser realizado manualmente utilizando maçaricos apropriados, dispositivos para cortes circulares e corte de tubos são comuns nas indústrias e, além disso, para aplicações que exigem alta produtividade existem as mesas pantográficas, onde podem ser realizados vários cortes simultâneos. Este processo de corte está presente nas mais diversas aplicações industriais, dentre elas, a preparação de chanfros para operações de soldagem.

Também utilizado em operações de salvamento, efetuadas pela polícia e corpo de bombeiros, para retirada de vítimas de acidentes automobilísticos, ferroviários, marítimos e desabamentos de construções.

Processos de Brasagem (Brazing Process)

Processos de Brasagem, de uma maneira

genérica, são processos de união de metais através do aquecimento abaixo da temperatura de fusão dos mesmos, adicionando-se uma liga de solda (metal de adição) no estado líquido, a qual penetra na folga entre as superfícies a serem unidas. Ao se resfriar a junta torna-se rígida e resistente.

Dentro do campo da brasagem temos três distinções importantes:

a) Se o ponto de fusão do metal de adição é superior a 450ºC, denomina-se brasagem forte ou brazing;

b) Se o ponto de fusão do metal de adição é inferior a 450ºC, temos a brasagem fraca ou soldering;

c) Quando temos uma aplicação similar ao processo de soldagem oxigás, sem, no entanto depositar o metal de adição com a fusão do metal-base, chamamos esta condição de solda-brasagem ou braze welding. A temperatura de fusão do metal de adição é superior a 450ºC.

A união ocorre através da combinação de três efeitos.

UMECTAÇÃO: é o poder que um líquido tem de

molhar (molhabilidade) um sólido podendo fluir sobre o

mesmo, e deixando uma película. Para facilitar a

compreensão, podemos entender como sendo o fenômeno

que permite com que uma fina película de água fique

aderida a superfície de um vidro após o escorrimento de

uma gota de água. Na brasagem este efeito é identificado

como a fluidez do metal de adição sobre as superfícies

aquecidas.

CAPILARIDADE: é um conjunto de fenômenos físicos que promove pressão sobre líquidos, fazendo com que penetrem entre duas superfícies muito próximas. Na brasagem a capilaridade é obtida através da folga entre as peças a serem unidas, a qual o metal de adição devera preencher. Esta folga deve ser até 0,05 mm para brasagem em fornos de atmosfera controlada ou a vácuo e de 0,05 mm até 0,20 mm para brasagem manual e em fornos com atmosfera comum.

DIFUSÃO MOLECULAR: é um processo

espontâneo de transporte de moléculas do sistema

cristalino de um material para o outro.

Com o aquecimento, as moléculas do material

base se distanciam, o metal de adição no estado líquido

penetra entre essas moléculas. No resfriamento as

moléculas se atraem, contraindo o metal de adição,

gerando aderência entre o material base e o metal de

adição.

Para que todos esses efeitos ocorram de forma

satisfatória, algumas características fundamentais da

preparação das juntas devem ser observadas: as partes a

serem unidas devem estar completamente limpas, isentas

de óleo, graxa, poeira, tinta, oxidação e detritos de qualquer

natureza. Faz-se isto normalmente por decapagem química

ou mecânica. Ainda assim, os metais precisam ser

protegidos durante o aquecimento por um fluxo ou uma

atmosfera adequada.

Os fluxos usados se fundem a temperaturas

inferiores à temperatura de fusão do metal de adição a

atuam sobre as superfícies a serem unidas e áreas

próximas, dissolvendo as camadas de óxidos eventualmente

formadas após a decapagem, permitindo assim que o metal

de adição possa fluir livremente sobre as superfícies a serem

unidas e aderir ao metal de base.

I. A União Intermetálica

As juntas braseadas são preenchidas por

capilaridade, e para que este fenômeno ocorra de forma

adequada, é necessário um controle rígico da distância se

separação entre as peças. Se o espaçamento entre elas for

muito pequeno, o preenchimento da junta é muito lento e

pode ser apenas parcial. Espaçamentos exagerados

também podem levar a tempos de preenchimento muito

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longos e à formação de bolhas de gás ou de inclusões de

fluxo e óxidos.

A ligação entre metal de adição e metal de base se

dá por difusão, com a formação de ligas intermetálicas na

interface entre estes materiais, e é sólida e resistente.

Classificação

Os processos de brasagem podem ser classificados

de acordo com os métodos de aquecimento usados. Em

termos industriais, os mais importantes são a brasagem por

chama, em forno, por indução, por resistência, por imersão e

por infravermelho.

II.Aplicações dos Processos de Brasagem São as mais diversas as aplicações dos brasagem. Estão presentes na indústria eletro-eletrônica para soldagem de circuitos impressos e terminais elétricos; na indústria metal-mecânica para união de peças de pequenas espessuras e dissimilares, uniões de metais com cerâmicas; em operações de manutenção para união de peças quebradas. Aplicações na indústria automobilística e de aviação são comuns para unir componentes de leves e de finas espessuras. Podem ser utilizados principalmente para unir aço carbono, aços de baixa liga, ferro fundido, aço inoxidável, alumínio e suas ligas, cobre e suas ligas e níquel e suas ligas

Definições Importantes

a) Metalurgia – É a ciência e a arte de se extrair

industrialmente um metal de seus minérios, de seus compostos ou de subprodutos industriais e de purificá-lo, dar-lhe forma, composição e propriedades adequadas a sua utilização industrial, por meio de tratamentos mecânicos, térmicos ou termoquímicos.

b) Aço – É a liga ferro-carbono contendo geralmente 0,008% até aproximadamente 2,11% de carbono, além de certos elementos residuais, resultantes dos processos de fabricação.

c) Soldagem – É a técnica de unir duas ou mais partes metálicas constituintes de um todo, de tal modo que haja uma continuidade metálica e que sejam asseguradas suas características físicas, químicas, mecânicas e metalúrgicas.

d) Solda – É o resultado de uma soldagem. e) Soldabilidade – Capacidade de um metal ser

soldado sob determinadas condições de fabricação, impostas a uma estrutura adequadamente projetada e para um desempenho satisfatório na finalidade que se destina.

f) Consumível – Material a ser utilizado durante a soldagem para garantir as propriedades exigidas para a junta soldada. Os consumíveis podem ou não serem os metais de adição.

g) Metal de Adição – Material adicionado, em estado de fusão, durante uma soldagem; ou ainda: Metal transferido à poça de fusão, proveniente do consumível fundido e influenciado pelo meio envolvente.

h) Metal Depositado – Metal da zona fundida, não influenciado pela diluição com o metal-base.

i) Metal-Base – Metal onde será depositado o metal de adição. É formado pelas partes que serão unidas pelo processo de soldagem.

j) Diluição – Participação do metal-base na elaboração da zona fundida.

l) Junta – Região do metal-base a ser unida por soldagem.

k) Regiões da Junta Soldada I) Zona Fundida II) Zona de Transição ou Ligação III) Zona Termicamente Afetada (ZTA) IV) Metal-Base

Bibliografia: Prisco, Moacir Apostila: Soldagem de Manutenção, Associação Brasileira de Soldagem (ABS). Barros, Paulo Mesquita; Apostila: Metalurgia Física e Química, Faculdade de Tecnologia de São Paulo (Fatec-SP). Marques, Paulo Vilani; Tecnologia da Soldagem, Fundação Christiano Ottoni, 1991 – 1º Edição. Bittencourt, Mário; Oxicorte, Firjan/Senai, 2000 – 1º Edição. Autores, Vários; Soldagem-Coleção Tecnologia Senai, 1997 – 1º Edição Autores, Vários; Soldagem-Processos e Metalurgia, 1992 – 1º Edição AGA, Manual para Soldar e Cortar com Oxi-Combustíveis. BRASTAK, Catálogo Geral

Elaborado por: Wéllington Nunes de Trindade

Tecg. Mec. Soldagem wellington.consultoria@estadao.com.br

Março - 2012 Revisão:00