Soldagem CONTEÚDO 04/05/2013 2

1. Conceitos Fundamentais da Soldagem; 2. Introdução a Soldagem;

3. Processos de Brasagem, Soldagem e Corte; 4. Terminologia da Soldagem;

5. Simbologia da Soldagem; 6. Normalização da Soldagem;

7. Processo de Soldagem (SMAW) – Soldagem por Eletrodos Revestidos; 8. Processo de Soldagem (GTAW) – Soldagem por TIG;

9. Controle de Qualidade na Soldagem; 10. Higiene e Segurança na Soldagem.

CONTEÚDO

A SOLDAGEM é um dos processos de fabricação hoje mais utilizados em nível industrial, nas mais variadas aplicações. A utilizamos desde para união microscópica de fios em pequenos circuitos eletrônicos (soldabrasagem seletiva de baixo aporte), até para união de chapas de grande espessura em equipamentos pesados, como as utilizadas em navios, vagões e vagonetas, estruturas metálicas ou em turbinas hidráulicas, soldadas pelo processo ESAW.

Atualmente são usados mais de 50 tipos de processos diferentes de soldagem, nos mais diversos segmentos da indústria e em serviços.

Desta forma os métodos de soldagem e as características das juntas soldadas podem ser totalmente diferentes para aplicações específicas ou não. Sem exceção, esta seleção de um processo ideal, dependerá muito de basicamente de 5 (cinco) fatores distintos :

I. Geométricos: da forma, espessura e geometria das peças (ou conjuntos) a serem soldados;

II. Metalúrgicos: do tipo e especificação de material (ou materiais) que se pretende unir – entende-se sempre pelo metal de base e de adição;

III. Processo: do tipo de processo de soldagem, dominado industrialmente, comumente utilizado e disponível (máquina, consumível, e mão-de-obra qualificada e disponível, etc);

IV. Desempenho: do desempenho esperado para com o processo e para com os componentes soldados frente às condições de serviço, as solicitações de carga (estáticas e/ou cíclicas) e desempenho geral (tempo x condições x qualidade);

V. Custo: do custo total do processo, envolvendo treinamento de pessoal, condições de segurança, materiais, etc.

A soldagem é o melhor método para

fixação de duas peças metálicas?

Vantagens:

 Juntas de integridades e eficiências elevadas;

 Grande variedade de processos;

 Aplicável em diversos materiais (quando compatíveis);

 Operação manual ou automática (dependendo do processo);

 Pode ser altamente portátil (dependendo do processo);

 Juntas podem ser isentas de vazamentos (estanqueidade);

 Custo em geral, razoavelmente baixo (dependendo do processo);

 Junta não apresenta problemas de perda de aperto;

 Não existe problemas de corrosão por frestas (a junta é uniforme e única);

 Uniformidade de face (apelo estético).

Desvantagem:

 Não pode ser desmontada;

 Pode afetar microestrutura e propriedade das partes (ZAT);

 Pode causar distorções e tensões residuais;

 Requer considerável habilidade do operador;

 Requer qualificação de mão-de-obra;

 Pode exigir operações auxiliares de elevado custo e duração (ex: tratamento térmico);

 Estrutura final é única e pode ser sensível a falha total;

 Em alguns tipos de materiais e em algumas aplicações, requer qualificação do processo e dos consumíveis;

 Necessidade de compatibilidade de materiais de base;

 Necessidade de fontes externas de energia.

A história da soldagem mostra que desde as mais remotas épocas, muitos artefatos já eram confeccionados utilizando recursos de brasagem, tendo sido descobertos alguns com mais de 4000 anos; a soldagem por forjamento também tem sido utilizada há mais de 3000 anos.

A técnica da moderna soldagem começou a ser moldada a partir da descoberta do arco elétrico, bem como também a sintetização do gás Acetileno no século passado, o que permitiu que se iniciassem alguns processos de fabricação de peças, utilizando estes novos recursos.

Com o advento da Primeira Guerra Mundial, a técnica da soldagem começou a ser mais utilizada nos processos de fabricação; a Segunda Guerra Mundial imprimiu grande impulso na tecnologia de soldagem, desenvolvendo novos processos e aperfeiçoando os já existentes.

Soldagem

Histórico

SOLDAGEM é um termo genérico aplicado à um processo de fabricação, utilizado

na união de peças metálicas (ou não), tendo como princípio termodinâmico básico a transformação das superfícies de união em estado líquido (poça de fusão), utilizando-se para isso, calor ou pressão, ou ambos simultaneamente, e com a posterior solidificação desta poça fundida.

A SOLDA é o produto da soldagem, isto é, a junta uniforme resultante da operação de soldagem.

Definição

As 4 (quatro)* principais fontes diretas de calor mais comuns, utilizadas na soldagem, são as seguintes:

I. Chama – produzida pela combustão de um gás combustível com ar ou

oxigênio.

II. Arco elétrico – produzido entre um eletrodo e as peças a soldar, ou entre dois

eletrodos.

III. Resistência elétrica – oferecida pela passagem de corrente entre duas ou

mais peças a soldar.

IV. Pressão – oferecida pelo exercício de uma pressão de atrito entre os dois

materiais.

* Há porém outras formas de soldagem quanto ao tipo de fonte de calor disponíveis no mercado, contudo as

Conceito teórico de uma solda, pela aproximação das superfícies das peças, pela atração atômica (difusão ou fusão).

Estrutura atômica do metal A

Estrutura atômica

do metal B _{A+B = SOLDA} Diluição de

Soldagem

Conceitos Fundamentais:



que os materiais não metálicos sejam também referidos, quando for apropriado. Trata-se da parte do material do equipamento/estrutura /acessório que não foi submetido a soldagem (o metal de cada lado de uma junta, que não faz parte direta da solda).



material soldado (quando soldagem autógena) e/ou com a adição de metal de solda (se soldagem heterogênea). O material adicional é de mesma natureza metalúrgica (ou similar) das partes e será usado para assegurar a continuidade de propriedades, no caso da soldagem por fusão.



soldagem, mas cujas microestrutura e propriedades mecânicas foram alteradas devido ao calor da soldagem. Esta zona é a de maior importância no estudo da soldagem, já que a maioria dos defeitos e anomalias surgem nesta área.



Conceitos Fundamentais:

MICROGRAFIA DA JUNTA SOLDADA

Nos processos de soldagem em geral, são influenciados diretamente por alguns fatores adicionais, que devem ser atentados, afim de que obtenhamos sucesso no resultado final do processo, a solda.

São exatamente 4 (quatro) os fatores de influência, quais podem vir a afetar negativamente (ou positivamente) uma operação de soldagem. Todos os fatores abaixo são levados em conta para uma seleção prévia do processo.

São os fatores:

 Energia de Soldagem (relativo ao processo);

 Tensões Residuais (relativo ao meio e ao conjunto);

 Parâmetros de Soldagem (relativo ao processo);

 Soldabilidade do Metal de Base (relativo ao material e ao consumível).

Os principais tipos de soldagem – por fusão – são classificados quanto à natureza da energia utilizada para promover a ligação metalúrgica, ao tipo de processo e com indicações de intensidade da fonte de energia de soldagem.

A esta intensidade de calor da fonte, damos o nome de Energia de Soldagem

(ou Aporte Térmico, e/ou do inglês “Heat Input”).

O conceito de Energia de Soldagem ( E ) – é quantidade de energia térmica transferida à peça por unidade de tempo, sobre uma unidade de área (geralmente expressa por J/mm²).

A energia de soldagem é uma característica do processo de soldagem e da técnica empregados.

Os processos de soldagem do tipo Arco Submerso (SAW) ou Eletroescória (ESW), por exemplo, possuem inerentemente elevada energia de soldagem; enquanto processos onde a área de aquecimento para fusão é pequena, como Plasma (PAW) ou TIG

(GTAW), são considerados de baixa energia.

Quanto mais alto for a energia de soldagem (aporte de calor)...

... maior será a quantidade de energia calorífica transferida à peça, numa unidade de tempo grande;

... maior a poça de fusão;

... mais larga a zona aquecida;

A energia de soldagem (ou aporte térmico, ou aporte de calor) tem relação também com o tamanho da poça de fusão e com a área das regiões aquecidas, e deve ser controlado na soldagem de ligas especiais .

Escoamento de calor na soldagem de cordão sobre chapa: (a) Chapa fina – escoamento de calor bidimensional;

(b) Chapa grossa – escoamento de calor tridimensional.

No ponto mediano da solda, no centro do cordão, é o ponto Tm, de maior calor, isto é, onde a temperatura máxima ocorre com toda intensidade.

O conceito de energia de soldagem (ou aporte térmico) é muito importante no estudo dos aspectos térmicos da soldagem, e dos fenômenos diversos que ocorrem (defeitos, distorções, custo, rendimento, etc.).

O cálculo da energia de soldagem pode ser expresso através da relação:

Onde:

V – tensão (V) I – Corrente (A)

v – velocidade de avanço (mm/s)

f – valor do aporte cedido pela fonte (de

acordo com o tipo do processo de soldagem).

E = f . V . I

v

As operações de soldagem por fusão (sem exceção), criam tensões residuais que resultam da dilatação e contração do metal aquecido e da distribuição não uniforme de temperaturas, que caracteriza-se na operação.

O metal de solda e a zona termicamente afetada (ZAT), próxima a zona de ligação, são aquecidos em temperaturas muito maiores do que o metal de base. Há então um gradiente de temperatura bem desuniforme ao longo da junta soldada, qual caminha com direção do centro do cordão ao metal de base.

Durante o aquecimento, devido às restrições físicas do restante do material não aquecido (metal de base), ocorre progressivamente na zona termicamente afetada uma compressão e deformação plástica localizada para acomodar sua dilatação.

Expansão (Dilatação) pelo Calor

V. inicial V. final V. inicial V. final

T. inicial T. final

Relembrando...

A medida em que a poça de fusão se solidifica, e posteriormente se resfria, começa a ocorrer (devido à forte concentração de tensão induzida pelo calor) uma volta elástica das regiões plastificadas, seguido de um tensionamento em formato de tração. Este tensionamento, que permanece residual, pode atingir valores tão elevados quanto o limite de escoamento do metal de base, e logicamente da zona termicamente afetada (ZAT).

Entre os grãos do metal, chamamos este estado de tensionamento de, estado triaxial de

tensões (no grão do metal, há a incidência de tensão entre os 3 eixos – x, y e z)

Os principais defeitos de origem metalúrgica (trincas), provenientes da operação de soldagem, ocorrem sempre pela associação das tensões residuais e susceptibilidade ao trincamento do metal de base. Essas trincas podem ocorrer em altas temperaturas (trincas a quente); ou em baixas temperaturas (trincas a frio).

Logo após solda da peça (ou conjunto) solidificar-se, ao resfriar, a solda, devido a contração pela variação volumétrica da temperatura, cria linhas de tensão de

MB MB

MA

Há inúmeros tipos de trincas e fatores de trincamento. A este tipo de trincas consideramos

As tensões residuais podem ainda gerar problemas de estabilidade dimensional (distorções), empenamentos, ruptura de elementos. Muitas vezes são a causa de falha prematura em juntas soldadas, com ocorrências graves de defeitos.

Alguns fatores como:

 Intertravamento de estruturas;

 Estruturas pesadas, de grandíssimo porte, com juntas mal dimensionadas;

 Estruturas hiperestáticas;

 Anéis e/ou placas circulares com soldas de topo;

devem ser estudadas minuciosamente, e deve-se ainda, quando necessário, procurar formas de alívio e/ou espaço para contração, evitando assim uma susceptibilidade de acumulo das tensões externas, diminuindo a soma das tensões residuais da junta soldada.

A soldabilidade é uma propriedade inerente do material, oriunda de características metalúrgicas, que representa a facilidade com que este

material pode ser soldado.

Apesar da difícil quantificação, é fácil perceber que um material que exige procedimentos de soldagem mais complexos, apresentam difícil soldabilidade.

Os principais problemas que se traduzem em má soldabilidade, e que podem levar o material a falhas durante a soldagem, ou quando esta em serviço (em operação após a soldagem), apresentam natureza metalúrgica e estão relacionados à formação de trincas durante ou após o procedimento de soldagem.

Estas trincas, diferentemente das trincas ocasionadas por tensões residuais, tem natureza similar para com todos os materiais, e que podem ser

Ao criarmos um determinado procedimento de soldagem, a soldabilidade deve ser levada em consideração primordial, e devemos atentar aos conceitos genéricos sobre:

 As características inerentes a cada região do conjunto soldado;

 A estrutura dos metais de base;

 Os consumíveis (gases, eletrodos, cobre-juntas);

 Os principais problemas metalúrgicos que podem surgir em materiais metálicos e suas causas.

É muito importante ressaltar que qualquer tipo de trinca que possa ocorrer durante a soldagem ou durante o serviço é função do nível de tensões

aplicadas + tensões residuais de soldagem, e que procedimentos para aliviar

tensões serão sempre recomendados em materiais de pequena capacidade de deformação plástica.

Na soldagem de aços ligados (de média e alta liga), há a necessidade de atenção especial, no que tange a suscetibilidade de ocorrência de Trincas a frio e Trincas a Quente. Nestes aços, é comum a aplicação de uma formula para avaliar esta soldabilidade: As Fórmulas de Carbono Equivalente (CE).

Estas fórmulas são comumente usadas para estimar a necessidade de cuidados especiais na sua soldagem. Uma expressão de CE muito difundida é:

Preferencialmente, o CE deve ser calculado para a composição real do aço a ser trabalhado. Quando esta composição não é conhecida, os teores máximos na faixa da especificação do aço devem ser considerados por segurança.

Ex:

Um metal base é considerado facilmente soldável com o processo SMAW quando CE < 0,40. Acima deste nível, cuidados especiais são necessários. Processos de soldagem de baixo hidrogênio devem ser usados e pode ser necessário pré-aquecer a junta.

Quando CE > 0,60, deve-se usar pré-aquecimento para juntas com espessura acima de 20mm.

Quando CE > 0,90, um pré-aquecimento a uma temperatura levada é absolutamente necessário para todos os casos, exceto para juntas de muito pequena espessura.

MATERIAIS Soldabilidade

Otima Boa Regular Má

Aço Baixo Carbono X

Aço Médio Carbono X X

Aço Alto Carbono X

Aço Inox X X

Aço Liga X

Ferro Fundido Cinzento X

Ferro Fundido Nodular X

Ferro Fundido Branco X

Alumínio e suas ligas X

Cobre e suas ligas X

Como já mencionado, a soldagem é um processo que visa a união localizada de materiais, similares ou não, de forma permanente, baseada na ação de forças em escala atômica, semelhantes às existentes no interior do material e é a forma mais importante de união permanente de peças usadas industrialmente.

E também já mencionado, há grande número de processos, contudo, para maior entendimento e compreensão, os processos são divididos em grupos.

Existem basicamente dois grandes grupos de processos de soldagem:

A Soldagem no Estado Sólido, envolve basicamente energia mecânica para aproximar a estrutura metalúrgica dos dois materiais de base (sem os óxidos superficiais) e desenvolver uma atração atômica (difusão atômica), seja através da ação de fricção, impacto ou pressão.

Como exemplo temos os processos de: soldagem por fricção, soldagem por

explosão, soldagem por difusão ou ainda soldagem por laminação.

A Soldagem por Fusão, ocorre com o aumento localizado da temperatura do material até que a temperatura da região onde estão os materiais a serem unidos ultrapasse a temperatura de fusão do metal ou da liga e posteriormente as partes sofram solidificação, mantendo uma continuidade física.

Como exemplo temos os processos de: soldagem a arco (GTAW, SMAW, SAW,

etc), arco plasma (PAW), oxi-combustível (OFW).

Um grande número de diferentes processos utilizados na fabricação e recuperação de peças, equipamentos e estruturas é abrangido pelo termo

SOLDAGEM.

Classicamente, a soldagem é considerada como um método de união, porém, muitos processos de soldagem ou variações destes são usados para a deposição de material sobre uma superfície, visando a recuperação de peças desgastadas ou para a formação de um revestimento com características especiais.

Diferentes processos relacionados com os de soldagem são utilizados para o corte ou para o recobrimento de peças. Diversos aspectos dessas operações de recobrimento e corte são similares à soldagem e, por isso, muitos aspectos

1.1 Soldabrasagem; 1.2. Brasagem;

1.3. Mig Brazing (MIG com arame não-ferroso); 1.4. Solda Branda (Solda Fraca).

Processos de Brasagem

Brasagem (ou soldagem forte, “Brazing”) é o processo de soldagem onde o metal

de adição tem sua temperatura (ou faixa) de fusão compreendida entre as temperaturas abaixo do ponto de fusão do metal de base e acima de, aproximadamente, 450°C.

Soldabrasagem (“Braze welding”) distingue-se do processo anterior pelo tipo de

conformação das extremidades do metal de base a serem unidas, e da forma de montagem, devido ao fato de que não necessita da ação da capilaridade.

Soldagem Branda (ou Soldagem fraca, “Soldering”) é o processo de soldagem

onde o metal de adição tem temperatura (ou faixa) de fusão compreendida entre as temperaturas abaixo do ponto de fusão do metal de base e também abaixo de, aproximadamente, 450°C.

2.1. Soldagem por Descarga Capacitiva.

2..1.1.Soldagem de pinos.

2.2 Soldagem por Arco Elétrico

2.2.1 Soldagem Eletrodos revestidos 2.2.2 Soldagem TIG

2.2.3 Soldagem MIG/MAG

2.2.4 Soldagem por Arame Tubular 2.2.5 Soldagem por Arco submerso 2.2.6 Soldagem por Arco Plasma 2.2.7 Soldagem por Eletroescória 2.2.8 Soldagem por Eletrogás 2.2.9 Soldagem LASER;

2.2.10 Soldagem por Feixe de Elétrons.

2.3. Soldagem por Resistência;

2.3.1 Soldagem por Resistência a ponto 2.3.2 Soldagem por Resistência a roldana

2.4 Soldagem por Explosão (Cladeamento) 2.5 Soldagem por Fricção;

2.6 Soldagem por Difusão atômica; 2.7 Soldagem por Ultra-som;

2.8 Soldagem por Laminação; 2.9 Soldagem por Forjamento;

2.10 Soldagem por Oxicombustivel.

Processos de Soldagem

3.1. Cortes Térmicos.

3.1.1. Corte por Oxigás (Oxicorte); 3.1.2. Corte por LASER;

3.1.3. Corte por Plasma;

3.1.4. Corte por Eletrodo de grafite.

3.2. Cortes Não-Térmicos.

3.2.1. Corte por Jato d’água ultra-pressurizado (Flow Cut Water); 3.2.3. Corte por Serra;

3.2.4. Corte por Discos Abrasivos Compostos.

FCAW – Soldagem por Arame Tubular

GTAW - Soldagem por Arame Sólido – MIG/MAG

Processos de Soldagem

SAW – Soldagem por Arame Submerso SMAW - Soldagem por

GTAW - Soldagem por Eletrodo de Tungstênio

Protegido TIG

Processos de Soldagem

SAW - Soldagem por Arco Submerso

Soldagem Por Resistência a Pontos

Processos de Soldagem

Soldagem Por

Processos de Soldagem

PAW - Soldagem por Arco Plasma

Planas (Topo)

Terminologia

Tubulares

Em ângulo

Terminologia

Partes de uma Junta Soldada

Terminologia

Partes e Dimensões de uma Junta Soldada

Terminologia

Junta de topo

Junta em quina

Junta em aresta

Solda Tampão

Terminologia

Tipos de Soldas

Terminologia

Tipos de Soldas

Terminologia

Soldas de Costura

Tipos de Juntas Brasadas

Terminologia

Passes e Camadas em Juntas

PROCESSO

 API 6A, API 17D, API 16 A, API 5CT...  ASME IX.

PROJETO

 AWS – American Welding Society D1.1 – estruturas metálicas...

 DVN - Rules for Design, Construction and Inspecion of Offshore Structures - estruturas marítimas de aço;

Especificações diferentes de associações como:

ISO - International Organization for Standardization; AWS - American Welding Society;

BBS - British Standard Society;

Normas PETROBRÁS

Petrobras - N 133 Soldagem Geral

 Documentação (EPS, RQPS, RQS);

 Garantia (equipamentos, métodos);

 Recomendações para aços C, C-Mn, C-Mo, Cr-Mo, Ni, inoxidáveis

austeníticos, martensíticos e ferríticos, além de ligas de níquel e

cobre.

 ABNT NBR10150. Radiografia - Inspeção de soldas de topo em vasos de pressão e tanques em armazenamento - Critérios de aceitação;

 ABNT NBR10234. Folhas-de-flandres - Avaliação da soldabilidade com solda 30 A;  ABNT NBR10474. Qualificação em soldagem;

 ABNT NBR10516. Consumíveis em soldagem;

 ABNT NBR10614. Eletrodos revestidos de aço-carbono para a soldagem a arco elétrico;  ABNT NBR10615. Eletrodos revestidos de aço-carbono para a soldagem a arco elétrico;

 ABNT NBR10616. Eletrodos revestidos de aço-carbono para a soldagem a arco elétrico – Ensaios;  ABNT NBR10617. Eletrodos de aço-carbono e fluxos para a soldagem a arco submerso;

 ABNT NBR10618. Eletrodos de aço-carbono e fluxos para a soldagem a arco submerso;

Normas ABNT - NBR

 ABNT NBR10685. Soldas em partes estruturais do casco de embarcações - Ensaio por ultra-som;  ABNT NBR10686. Inspeção de solda por ensaio de ultra-som em partes estruturais do casco de

embarcações;

 ABNT NBRNM315 / NBR11449. Trilho "Vignole" - Solda - Determinação da resistência à fadiga  ABNT NBR11720.Conexões para união de tubos de cobre por soldagem ou brasagem capilar –

Requisitos;

 ABNT NBR11964. Tintas - Verificação do não comprometimento em soldagem;  ABNT NBR12275. Junta soldada em componentes metálicos de uso aeroespacial;  ABNT NBR13043. Soldagem - Números e nomes de processos;

 ABNT NBR13244. Peças de ferro fundido recuperadas - Requisitos para aprovação do procedimento de soldagem e aceitação das peças;

Normas ABNT - NBR

 ABNT NBR14842. Critérios para a qualificação e certificação de inspetores de soldagem;  ABNT NBR5164. Ensaios básicos climáticos e mecânicos - Ensaio Tb: Resistência à

choques térmicos de soldagem;

 ABNT NBR5401. Componentes e equipamentos eletrônicos - Ensaios de ambiente e resistência mecânica - Ensaio T – Soldagem;

 ABNT NBR5874. Terminologia de soldagem elétrica;  ABNT NBR5883. Solda branda

 ABNT NBR5900. Mangueiras para solda a gás

 ABNT NBR6634. Solda branda em fio com núcleo de resina

Normas ABNT - NBR

 ABNT NBR7165. Símbolos gráficos de solda para construção naval e ferroviário;  ABNT NBR7239. Chanfro de solda manual para construção naval - Tipo01;

 ABNT NBR7373. Tubos de polietileno duro fabricados por enrolamento;

 ABNT NBR7419. Material ferroviário ferroso - Determinação de defeitos superficiais e subsuperficiais por meio magnético - Cancelada ;

 ABNT NBR7859.Máquina elétrica para soldagem a arco;

 ABNT NBR8420. Solda para construção naval - Identificação de descontinuidades radiográficas;

Normas ABNT - NBR

 ABNT NBR6657. Perfil de estruturas soldadas de aço;  ABNT NBR 11720 Processo de Soldagem e Brasagem;  ABNT NBR 13932. Projeto de Juntas Soldadas;

 ABNT NBR 14842. Inspetores de Soldagem;

 ABNT NBR8672. Qualificação do procedimento de soldagem de tubos de ligas de ZR-SN para varetas combustíveis pelo processo TIG automático;

 ABNT NBR8878. Solda manual e semi-automática para estrutura de embarcações - Qualificação de soldadores;

 ABNT NBR9111.Varetas e arames de ligas de alumínio para soldagem e brasagem, de aplicação aeronáutica;

Normas ABNT - NBR

 ABNT NBR9378. Equipamento elétrico para soldagem a arco - Fontes de energia de corrente constante e fontes de energia de tensão constante;

 ABNT NBR9540. Requisitos gerais para um programa de qualificação de soldadores e operadores de soldagem em nível aeroespacial;

 ABNT NBR10680. Qualificação de soldadores e operadores de soldagem em nível aeroespacial;

 ABNT NBR9360. Inspeção radiográfica em soldas na estrutura do casco de embarcações;  ABNT NBR10663. Qualificação de procedimentos de soldagem pelo processo eletrodo

revestido para oleodutos e gasodutos.

Normas ABNT - NBR