Juntas, em soldagem, se referem à forma como as partes a serem unidas são configuradas antes de serem soldadas. As juntas comumente utilizadas em estruturas de aço, chamadas de “metal de base”, são basicamente classificadas como: juntas de topo, juntas em T, juntas de canto e juntas superpostas ou sobrepostas, existindo diversas variações para cada caso. No caso das juntas de topo, pode-se subdividir em juntas com penetração total e juntas com penetração parcial. O tipo de junta com penetração total pode ou não utilizar os conhecidos cobre-juntas, que podem ser permanentes ou temporários, quando, respectivamente, integram a junta de topo ou são removidos após a soldagem (Okumura and Taniguchi, 1982).
O formato do chanfro, por sua vez, tem grande influência no comportamento, na eficiência e na confiabilidade da junta de topo, de modo que a seleção de sua geometria deve ser efetuada de acordo com o tipo de aplicação. Muitas vezes, as dimensões e o formato dos chanfros padronizados são ligeramente modificados, pela experiência do próprio construtor, justamente para adaptar-se ao tipo de aplicação da estrutura soldada e sem que isto acarrete diminuição da qualidade da junta soldada (Okumura and Taniguichi, 1982). A Fig. 2.10, apresenta as partes que conformam uma junta de topo.
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Figura 2.10 – Terminologia usada para descrever as partes que conformam uma junta de topo com chanfro em “V” considerando-se abertura de raiz (modificado de AWS, 1989)
Existem diferentes configurações de chanfros, desde as tradicionais juntas em “V” até as mais desenhadas, todas elas apropriadas às condições de soldagem e ao material a ser soldado. Diminuindo o ângulo do chanfro de uma junta em “V”, levará a um preenchimento com menor número de passes, aumentando assim a produtividade. Na Fig. 2.11, são mostradas algumas das diversas configurações existentes.
Como regra geral, é desejável minimizar o insumo de calor e a quantidade de metal depositado, sem prejuízo da qualidade da junta soldada. Entretanto, para se atingir este objetivo, é necessário empregar alta tecnologia, sem o que será inevitável a ocorrência dos defeitos de soldagem (Okumura and Taniguchi, 1982).
Espessura da Face de raiz ou Nariz Abertura de raiz Ângulo do Bisel Ângulo do chanfro Largura da junta Espessura da Chapa
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Figura 2.11 – Algumas configurações de juntas: (a) junta em “V” básica, (b), (c) e (d) juntas de chanfro estreito (Hudson, 2004), (e) junta específica (Dander, 2005)
2.3.1 – Juntas de Chanfro estreito
A viabilização da automação, do ponto de vista econômico, requer juntas menos volumosas, tornando-se um fator adicional de dificuldades (Pereira, 2009). Em geral, juntas menos volumosas são atingidas diminuindo o ângulo do chanfro, como mostrado na Fig. 2.12.
(c) (d)
(b) (a)
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Figura 2.12 – Representação da diminuição do volume de solda a ser depositada quando da diminuição do ângulo do chanfro
As juntas de chanfro estreito (Narrow Gap Welding ou Narrow Groove Welding) foram desenvolvidas para soldagem seções de chapas grossas de uma forma mais econômica. Este procedimento de soldagem usa juntas preparadas com pequenos ângulos, tipicamente na faixa de 2 – 20°, o qual reduz a quantidade de metal a ser depositado, menor tempo de soldagem para o preenchimento, o que significa menor calor fornecido ao metal de base reduzindo com isto possíveis distorções, além de aumentar a produtividade (TWI, 2010). Por outro lado, segundo Hudson (2004), uma geral definição de chanfro estreito descreve a soldagem dentro de uma junta com paredes paralelas (ângulo nas paredes dos chanfros de 2-10° também são usados) em materiais grossos, i.e., tipicamente de 10 a 200 mm.
Soldagem mecanizada pode melhorar a produtividade, a qualidade da solda e condições de trabalho. Em muitas situações, mecanização pode ser usada para realizar soldas que não são possíveis com o processo manual. Um exemplo disto é a soldagem em chanfro estreito (Weman, 2003). No setor de construção de tubulações, a soldagem de passe de raiz em chanfro estreito é muito importante no termo qualidade e produtividade.
Nos processos de soldagem mecanizada em chanfro estreito, um problema encontrado é a dificuldade de manter o perfil correto do cordão de solda, acarretando em falta de fusão e de penetração, além da existência de irregularidades no formato do cordão. Algumas das razões
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para tais defeitos geométricos são simples; por exemplo, a incompatibilidade entre a largura da folga, a velocidade de alimentação e a taxa de fusão que podem fornecer um volume de solda insuficiente para formar uma ligação metálica entre as paredes do chanfro. Porém nem sempre se consegue identificar ou justificar a causa do surgimento de defeitos geométricos. O correto entendimento do mecanismo que governa a regularidade do cordão e a definição dos limites das faixas operacionais promoverão a otimização do processo, minimizando os defeitos (Pereira, 2009).
Pereira (2009) mostrou no seu trabalho, que durante a soldagem, devido a flutuação dos níveis de corrente (pico e base) e à própria geometria do chanfro, a ponta do eletrodo poderia estar mais próxima das paredes do que do fundo do chanfro, em arcos longos, provocando o deslocamento do arco para uma destas paredes, causando um desequilíbrio na transferência metálica e, consequentemente, uma alteração na distribuição de calor na junta. Verificou ainda, que existe um volume mínimo de material a ser depositado (a uma alta temperatura) necessário para o preenchimento do chanfro, fazendo com que o cordão se regularize no fundo e não origine desvio das gotas, causado pelo refluxo do plasma, originando a formação irregular do cordão.
Por tanto, a natureza deste processo requer um preciso controle para garantir uma alta qualidade de soldagem. Assim, somente é possível realizar soldagem em chanfro estreito com sistema de soldagem mecanizado ou automatizado. Um pequeno desvio do centro da linha de encosto pode resultar em defeitos de falta de fusão, devido ao arco e poça de fusão serem direcionadas ao lado das paredes do chanfro. Grande atenção deve-se ter com a usinagem do chanfro.
A Fig. 2.13 mostra a área que deve ser preenchida em uma junta de chanfro estreito e em uma junta em “V” convencional, para espessura de parede de 8 mm. Pode-se ver que a junta do tipo chanfro estreito tem uma área menor em 8,9 mm2, que representa 27,7% a menos de área a ser preenchida.
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Figura 2.13 – Diferença entre as áreas a serem preenchidas considerando chanfro estreito e chafro em “V”