TENSÃO MÉDIA DE RUPTURA DAS AMOSTRAS

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO

CENTRO MULTIDISCIPLINAR DE ANGICOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS

CURSO INTERDISCIPLINAR EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA

FRANCISCO CLEITON DO NASCIMENTO MEDEIROS

SOLDAGEM ELETRICA: ANÁLISE DOS PROCESSOS DE SOLDAGENS A ARCO ELÉTRICO COM ELETRODO REVESTIDO EM PEQUENAS OFICINAS DO RIO

GRANDE DO NORTE.

ANGICOS 2019

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SOLDAGEM ELETRICA: ANÁLISE DOS PROCESSOS DE SOLDAGENS A ARCO ELÉTRICO COM ELETRODO REVESTIDO EM PEQUENAS OFICINAS DO RIO

Monografia apresentada a Universidade Federal Rural do Semi-Árido como requisito para obtenção do título de Bacharel em Ciência e Tecnologia.

Orientadora: Núbia Alves de Souza Nogueira,.

ANGICOS 2019

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SOLDAGEM ELÉTRICA: ANÁLISE DOS PROCESSOS DE SOLDAGENS A ARCO ELÉTRICO COM ELETRODO REVESTIDO EM PEQUENAS OFICINAS DO RIO

Monografia apresentada a Universidade Federal Rural do Semi-Árido como requisito para obtenção do título de Bacharel em Ciência e Tecnologia.

Defendida em: _____ / _____ / __________.

BANCA EXAMINADORA

_________________________________________

Prof. Dra.NÚBIA ALVES DE SOUZA NOGUEIRA (UFERSA) Presidente

_________________________________________

Prof. Dr.JOSELITO MEDEIROS DE FREITAS CAVALCANTE (UFERSA) Membro Examinador

_________________________________________

Prof. Dr. MARCUS VINICIUS SOUSA RODRIGUES (UFERSA) Membro Examinador

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AGRADECIMENTOS

A Deus por me proporcionar perseverança durante toda a minha vida.

Deixo um agradecimento especial a minha orientadora Prof. Dra.Núbia Alves de Souza Nogueira pelo incentivo e pela dedicação em seu escasso tempo ao meu projeto de pesquisa.

Agradeço aos membros da banca examinadora, pelo interesse e disponibilidade

A os meus amigos, Alexsandra Kleyce, Elane Félix, Fernando Cardoso, Felipe Sena, Jean Matheus, Gomes, Lucas Arison, Luis Eduardo, Mateus Mathaus, Mateus Josean, Moises, por tirar um pouco do seu tempo escasso e sair da sua zona de conforto para ir pegar uma amostra na sua cidade, sempre com o espírito colaborativo.

Ao Prof. Dr. Manoel Quirino da Silva Junior, Antonio Fabrício de Almeida, pelo auxílio e por me permitir utilizar os equipamentos do laboratório de engenharia I.

A todos os meus professores do curso Bacharel em Ciência e Tecnologia da Universidade Federal Rural do Semi Árido (UFERSA) pela excelência da qualidade técnica de cada um.

Também agradeço a todos os meus colegas de curso, pela oportunidade do convívio e pela cooperação mútua durante estes anos.

Agradeço à minha namorada Barbara Letícia da Cruz Silva que sempre esteve ao meu lado durante o meu percurso acadêmico.

Deixo um agradecimento em especial a Ademir da Nóbrega Lucena e Luciane Lopes Mendes Lucena, por tudo que vocês fazem por mim, serei eternamente grato a vocês.

Também agradeço a Neymar Mendes Lucena, por ser um irmão de coração, que trago como espelho toda sua dedicação, objetividade e sinceridade, também agradeço a sua esposa, Claudia Daianny Melo Freitas Mendes, por todos os conselhos bons e sinceros, este é um dos melhores presentes que um ser humano pode ganhar quando se é de coração.

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Por fim a minha amada família. A minha mãe Hosana Maria do Nascimento. Que nunca mediu esforços para realizar meus sonhos e vontades. Tudo o que pedi você sempre fez o possível e o impossível para tornar real. Deu o seu melhor, me educou e me ensinou a nunca desistir dos meus sonhos.

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“Somos o que fazemos, mas somos, principalmente, o que fazemos para mudar o que somos.”

Eduardo Galeano

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RESUMO

A soldagem de materiais é utilizada em grande escala na indústria metal mecânica, sendo a maneira mais econômica para unir metais, sendo assim, desafia constantemente o setor industrial na busca por processos de fabricação que apresentem maior produtividade, com alta qualidade e custos reduzidos. Neste contexto, o processo de Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido (Shielded Metal Arc Welding – SMAW) se destaca por sua alta produtividade e boa qualidade da junta soldada, sendo muito utilizado, em todo os lugares, sendo o método de soldagem mais antigo, com forte influencia na segunda guerra mundial. Atualmente é difícil não encontrar nada soldado no ao redor. Com isso surgiu o interesse em descobrir se o método de soldagem mais utilizado no Rio Grande do Norte é de confiabilidade, para isso foram selecionados 17 municípios do interior do estado, esses foram selecionados em função de apresentarem muitas oficinas populares de pequeno porte, que soldam uma grande diversidade de objetos que fazem parte do cotidiano da população, como portões, peças veiculares, estruturas diversas, entre outros. Para se realizar esse trabalho, foram preparadas amostras com aço 1020, por ser um aço carbono de média resistência mecânica, com custo acessível e facilidade de ensaiar; por apresentar uma boa soldabilidade e ser bastante utilizado. Os corpos de provas foram encaminhados as oficinas, juntamente com um questionário que visava facilitar a análise do processo de soldagem realizado. Os corpos de prova foram submetidos a três ensaios, ensaio visual, liquido penetrante e ensaio de tração. No geral, foi possível afirmar que os resultados foram insatisfatórios, observando-se muitos respingos, falta de preenchimento, escória, e a tensão mecânica para todas as amostras foi inferior ao valor padrão para esse aço.

Palavras-chaves: Soldagem. Eletrodo revestido. Ensaios.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido 21

Figura 2- Eletrodo revestido 22

Figura 3 - Eletrodo revestido 24

Figura 4 - Classificação de eletrodos 25

Figura 5 - base, metal de adição e poça de fusão 26

Figura 6 - Tipos de junta 27

Figura 7 - Elementos de uma junta 29

Figura 8 - Posições de soldagem para solda de topo 30

Figura 9 - Posições de soldagem para solda de filete 30 Figura 10 - Posições de soldagem para solda em tubulações 30 Figura 11 - Símbolos de soldagem e alguns de seus componentes e símbolos suplementares. 31

Figura 12 - Solda em chanfro. 31

Figura 13 - Solda em chanfro. 32

Figura 14 - Máquina de solda geradora. 33

Figura 15 - Retificador 33

Figura 16 - cabo 34

Figura 17 - Porta eletrodo 35

Figura 18 - Grampo terra. 36

Figura 19 - Martelo picador. 37

Figura 20 - Gabaritos 37

Figura 21 - Escova de aço 38

Figura 22 - Tenaz. 38

Figura 23 - Movimento ziguezague (longitudinal) 39

Figura 24 - Movimento circular 39

Figura 25 - Movimento semicircular 40

Figura 26 - movimento ziguezague ( transversal) 40

Figura 27 - Movimento entrelaçado 41

Figura 28 - Distorção 44

Figura 29 - Preparação incorreta da junta 44

Figura 30 - Dimensão Incorreta da Solda (Perfil do Cordão) 45

Figura 31 - Porosidade 45

Figura 32 - Respingos. 46

Figura 33 - Inclusão de Escória 47

Figura 34 - Falta de Fusão 48

Figura 35 - Falta de Penetração 48

Figura 36 - Mordeduras 49

Figura 37 - Trincas 49

Figura 38 - Tipos de trincas 50

Figura 39 - Propriedades inadequadas 50

Figura 40 - EPI's 52

Figura 41 - Imagem ilustrativa de um ensaio visual. 54

Figura 42 - Imagem ilustrativa de um maquinário de tração e diagrama de tensão-deformação. 56

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Figura 43 - Cidades do Rio Grande do Norte que foi pega amostras de soldagens. 57 Figura 44 - Fluxograma das atividades práticas do estudo. 58 Figura 45 - Propriedades químicas do aço 1020 de acordo com a norma SAE. 59

Figura 46 - Corpo de prova para ensaio visual. 61

Figura 47 - Corpo de prova para ensaio tração. 62

Figura 48 - Fresa universal 62

Figura 49 - Amostras levada para cada oficina. 63

Figura 50 - Amostras soldadas para ensaio visual. 64

Figura 51- Materiais utilizados no ensaio com liquido penetrante 65 Figura 52- Amostras apos o ensaio com liquido penetrante. 66

Figura 53 - Maquina de ensaio tração EMIC 67

Figura 54 - Abertura de eletrodo na peça 70

Figura 55 - principais defeitos encontrados 70

Figura 56 - Amostras que apresentaram falta de penetração e escórias 75 Figura 57 - Amostra utilizada no ensaio de tração com velocidade igual a 2 mm/min. 77 Figura 58 - Amostra utilizada no ensaio de tração com velocidade igual a 3 mm/min. 77

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LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 – Dados referentes à utilização dos eletrodos...…….…..…… 69

Gráfico2 – Preço das soldagens por cidade………...…………..…..…70

Gráfico3 – Tensão média de ruptura das amostras...77

Gráfico4 – Média da deficiência especifica de ruptura ……...….. 79

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Correntes máximas admissíveis em amperes.…...……….…...… 35

Tabela 2 – Bitola de acordo com a distância. ...…...………...35

Tabela 3 – Relatório ensaio com liquido penetrante...………... 72

Tabela 4 – Propriedades mecânicas das amostras...……….…... 74

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

SMAW Shielded Metal Arc Welding. (Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido) AWS

ABNT NF DIN BS ISO EPS ASME SAE DNV AWS API STD

American Welding Society. (Sociedade Americana de Soldagem) Associação Brasileira de Normas Técnicas

Association Française ne Normalisation Deustches institute fur Normung

Bristsh Standard Society

Interntiobal Organization for Standardization Especificação de procedimento de soldagens American Society of Mechanical Engineers Society of Automotive Engineers

Rules for Desingn. Construction and inspecion of Offshore Structures(Estruturas maritimas de aço)

Structural welding code (estruturas soldadas de aço carbono e de baixa liga)

Standart for welding pipelines and related facilities (turbulações e dutos na área de petróleo)

A Ampère

V Volt

CE Carbono Equivalente

Mn Manganês

Cr Crômio

Mo Molibdênio

v Vanádio

Ni Cu ZAT MB EPI EPC BINDT

Niquel Cobre

Zona afetada termicamente Metal base

Equipamentos de proteção individual Equipamentos de proteção coletivos

Instituto Britânico de Ensaios Não Destrutivos

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ... 16

2. OBJETIVOS ... 18

2.1 OBJETIVOS GERAIS ... 18

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 18

3. REFERENCIAL TEÓRICO ... 19

3.1 ASPECTOS HISTÓRICOS ... 19

3.2 ASPECTOS CONCEITUAIS ... 20

3.3 ELETRODOS ... 22

3.3.1 FUNÇÕES DO REVESTIMENTO: ... 22

3.3.2 ELETRODOS REVESTIDOS (ESPECIFICAÇÕES): ... 24

3.4 TERMOLOGIA ... 26

3.4 ELETRICIDADE APLICADA À SOLDAGEM ... 32

3.4.1 EFEITO DA CORRENTE/TENSÃO ELÉTRICA NA SOLDAGEM ... 32

3.4.5 POLARIDADES ... 33

3.5 ACESSÓRIOS E FERRAMENTAS PARA SOLDAGEM ... 34

3.5.1 CABO DE SOLDA ... 34

3.5.2 PORTA ELETRODO ... 35

3.5.3 GRAMPO-TERRA ... 36

3.6 MOVIMENTOS DOS ELETRODOS ... 38

3.6.2 MOVIMENTO CIRCULAR ... 39

3.6.3 MOVIMENTO SEMICIRCULAR ... 39

3.6.4 MOVIMENTO ZIGUEZAGUE (TRANSVERSAL) ... 40

3.6.5 MOVIMENTO ENTRELAÇADO... 41

3.7 NORMAS EM SOLDAGEM ... 41

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3.7.1 REGISTRO E QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS E DE PESSOAL ... 42

3.8 PRINCIPAIS DEFEITOS DE SOLDAGEM ... 43

3.8.1 DESCONTINUIDADES DIMENSIONAIS ... 43

3.8.1.2 PREPARAÇÃO INCORRETA DA JUNTA ... 44

3.8.1.3 DIMENSÃO INCORRETA DA SOLDA (PERFIL DO CORDÃO) ... 45

3.8.2 DESCONTINUIDADES ESTRUTURAIS ... 45

3.8.2.1 POROSIDADE... 45

3.8.2.2 RESPINGO ... 45

3.8.2.3INCLUSÃO DE ESCÓRIA ... 47

3.8.2.4 FALTA DE FUSÃO ... 47

3.8.2.5 FALTA DE PENETRAÇÃO ... 48

3.8.2.6 MORDEDURAS ... 48

3.8.2.7 TRINCAS ... 49

3.8.3. PROPRIEDADES INADEQUADAS ... 50

3.9 SOLDAGENS (CARACTERÍSTICAS, QUALIDADES, RECOMENDAÇÕES)¹⁶ ... 51

3.10 EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI's) ... 51

3.11 ENSAIOS ... 52

3.11.1 ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS ... 53

3.11.1.1 ENSAIO POR INSPEÇÃO VISUAL ... 53

3.11.2 ENSAIOS DESTRUTIVOS ... 55

3.11.2.1 ENSAIOS DE TRAÇÃO ... 55

4.0 MATERIAIS E MÉTODOS ... 57

4.1 MATERIAIS DE BASE... 59

4.3 PROCESSOS DE SOLDAGEM ... 63

4.4 ENSAIOS VISUAIS ... 63

4.5 ENSAIOS POR LIQUIDO PENETRANTE ... 64

4.6 ENSAIOS DE TRAÇÃO ... 66

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5.0 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 68

5.1 ENSAIOS VISUAIS ... 68

5.2 ENSAIO LIQUIDO PENETRANTE ... 71

5.3ENSAIOS DE TRAÇÃO ... 73

CONCLUSÕES ... 79

SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 81

REFERÊNCIAS ... 82

APÊNDICE I ... 85

APÊNDICE II ... 87

APÊNDICE III ... 88

APÊNDICEIV ... 89

APÊNDICE V ... 90

ANEXOS I ... 91

ANEXOS II ... 92

ANEXOS III ... 93

ANEXOS IV ... 94

ANEXOS VI ... 95

ANEXOS VII. ... 96

(16)

1. INTRODUÇÃO

A soldagem é um processo que promove a união de peças de metal através da fusão dos elementos envolvidos, sendo algo muito importante e amplamente usado principalmente na indústria, mas também na engenharia, artesanato, joalheria, entre outros. O objetivo principal é a união definitiva das partes, fazendo com que elas se comportem de forma única, sem comprometer as propriedades físicas e químicas dos materiais base¹.

O processo de soldagem foi alavancado pela Revolução Industrial, a partir da descoberta do arco elétrico, em 1801. Em 1877, a soldagem por resistência foi estudada e, em 1885, foi desenvolvido a soldagem por arco elétrico, utilizando um eletrodo de grafite - que mais tarde foi substituído por um arame metálico e que décadas depois se tornaria o processo de solda mais popular entre todos até os dias de hoje. Muitos foram os avanços ao longo dos anos. A primeira guerra mundial demandou muitos produtos metálicos, o que favoreceu a fabricação de equipamentos de soldagem. Foram introduzidos novos processos de soldagem, com novos tipos de eletrodos¹.

Atualmente, esse processo vem sendo inovado a partir de inúmeras tecnologias e mercados específicos. Agilidade, economia, modernização, soluções mais eficientes. Essas demandas são crescentes e mundiais quando se trata de soldagem, entretanto no Brasil, especialmente no Nordeste, ainda é bastante comum o uso de soldagem em pequenos estabelecimentos, os quais utilizam esse processo nos mais diversos materiais e produtos, desde pequenos utensílios domésticos até mesmo peças importantes de veículos e de equipamentos.

A soldagem elétrica bastante utilizada no Brasil é um processo que buscar unir duas peças metálicas, através da fusão dos elementos. Nesse processo o metal de adição é fundido pela fonte de calor, e misturado com uma parte do metal base também fundido para formar a poça de fusão.

O eletrodo revestido consiste numa vareta chamada de alma, que conduz corrente elétrica, e é coberta por uma série de materiais e é denominado revestimento do eletrodo, esse tem diversas funções (MARQUES, MODENESI, BRACARENSE, 2011).

1 Disponível em: https://www.terra.com.br/noticias/dino/a-historia-da-soldagem-e-sua-evolucao-para-os-dias- atuais,c07e70e81e9395a88218eea4301aa43bw9wbfnab.html; acesso em 14 de março de 2019.

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Observando o intenso uso e a importância da soldagem com eletrodo revestido no em algumas regiões do rio grande do norte, um levantamento da qualidade da soldagem executada nas pequenas oficinas é de suma importância, já que o serviço executado pode colocar a vida de vários indivíduos em risco diariamente. Analisando a soldagem no estado do Rio Grande do Norte (RN), onde são costumeiramente soldadas peças e equipamentos de uso cotidiano, como portões, janelas e até peças cuja solicitação exige maiores cuidados, como por exemplo, peças veiculares e de equipamentos, que podem colocar a vida dos usuários em risco.

Por isso, neste trabalho foram examinadas algumas amostras de soldagem elétrica com eletrodo revestido, de diversas cidades no RN. Com o intuito de avaliar a qualidade através de alguns ensaios, destrutiva e não destrutivos, os quais possibilitam inferir, de acordo a literatura e algumas normas técnicas, sobre a qualidade da solda efetuada e a confiabilidade dessa solda em relação a aplicação da peça.

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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVOS GERAIS

Fazer um levantamento da qualidade das soldas elétricas efetuadas com eletrodo revestido em pequenas oficinas do Rio Grande do Norte.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Analisar conjuntamente os ensaios e os questionários aplicados aos soldadores;

 Identificar os principais defeitos e as possíveis causas dos defeitos nas soldas;

 Inferir sobre a confiabilidade das soldagens executadas, aferindo a qualidade da solda.

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3. REFERENCIAL TEÓRICO 3.1 ASPECTOS HISTÓRICOS

Os princípios da soldagem começaram a serem entendidos nos anos de 1800, com o avanço da revolução industrial, a partir da descoberta do arco elétrico, em 1801 depois que Humphry Davys o descobriu. Em 1877, a soldagem por resistência foi estudada e, em 1885, foi desenvolvido a soldagem por arco elétrico, utilizando um eletrodo de grafite, que mais tarde foi substituído por um arame metálico inventado por N.G. Slavianoff e C. L. Coffin.e que décadas depois se tornaria o processo de solda mais popular entre todos até os dias de hoje.²

A soldagem continuou a se desenvolver amplamente e, em 1907, foi depositada a patente do primeiro eletrodo revestido, que tornou o processo mais estável.Até então os processos mais utilizados para união de metais, eram “soldagem por resistência, oxicombustível e rebites aquecidos”, mas já nos anos de 1920, o eletrodo revestido começou a ser utilizado maciçamente pela indústria naval inglesa, impulsionada pela Primeira Guerra Mundial.(BRANDI,WAINER E MELLO, 2004).

No desenvolvimento da solda por eletrodo revestido os problemas iniciais básicos que enfrentavam, era a contaminação da poça de solda por oxigênio e nitrogênio, tornando-as, porosas e quebradiças, mas com o passar do tempo os “fluxos” (ou revestimentos), foram se aperfeiçoando, tornando a soldagem com eletrodo revestido, o método de solda primário na indústria de qualquer parte do mundo.³

Atualmente, com o desenvolvimento de outras tecnologias nos processos de soldagem, a soldagem com eletrodo revestido compete diretamente com processos tais como MIG/MAG e TIG, mas ainda assim é o processo de soldagem mais utilizado no mundo, principalmente nos processos de manutenção onde é praticamente imbatível.

2TERRA. A história da soldagem e sua evolução para os dias atuais. Disponível em:<https://www.terra.com.br/noticias/dino/a-historia-da-soldagem-e-sua-evolucao-para-os-dias-

atuais,c07e70e81e9395a88218eea4301aa43bw9wbfnab.html>. Acesso em 08 jul. 2019.

3SERRALHERIANAVEIA.Conheça a história da solda com eletrodos revestidos. Disponível em:

<http://serralherianaveia.blogspot.com/2013/01/conheca-historia-da-solda-com-eletrodos.html>. Acesso em 08 jul.

2019.

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Nos anos de 1960, a solda por feixe de elétrons começou a ser usada para a fabricação de aviões. A corrida espacial, ocorrida no fim da década de 1960 e início da década de 1970, contribuíram para pesquisas e mais desenvolvimento dos processos de soldagem, pela necessidade de novas tecnologias.

A necessidade de profissionais capacitados fez com que escolas de formação e capacitação surgissem em meados dos anos de 1980. Durante a década de 1990, novos avanços surgiram como a solda por ficção mecânica e a criação de novos método que aumenta em até 300% a penetração de fluxos de cordão de solda.

Os avanços não acabaram: em 2000, foi criada a solda por pulso magnético, e, em 2008, surge à solda híbrida a laser/MIG. A evolução está longe de acabar. As tendências apontam para processos cada vez mais automatizados, além de soldas e cortes a laser. Os avanços tecnológicos e o desenvolvimento de novos materiais exigem novos métodos de soldagem, que ainda têm muito a oferecer.⁴

3.2 ASPECTOS CONCEITUAIS

Soldagem, Processo pelo qual se consegue a união, assegurando na junta a continuidade das propriedades químicas e físicas do metal base. Solda, Zona de união das peças, a solda é um processo manual ou mecânico que se utiliza ou não do calor e da pressão, ou ainda, que recorre à combinação de ambas. Através da solda é possível unir, revestir ou refazer peças alterando ou não suas características originais⁵.

A soldagem é o processo mais importante de união de peças metálicas utilizado industrialmente. Este método de união, juntamente com a brasagem, tem importante aplicação desde a indústria microeletrônica até a fabricação de navios e outras estruturas com centenas ou

4TERRA. A história da soldagem e sua evolução para os dias atuais. Disponível em:<https://www.terra.com.br/noticias/dino/a-historia-da-soldagem-e-sua-evolucao-para-os-dias-

atuais,c07e70e81e9395a88218eea4301aa43bw9wbfnab.html>. Acesso em 08 jul. 2019.

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milhares de toneladas de peso. A soldagem é utilizada tanto na fabricação de estruturas simples, como grades e portões, assim como em componentes encontrados em aplicações com elevado grau de responsabilidade como as indústrias química, petrolíferos e nucleares, e também na criação de peças de artesanato, jóias e de outros objetos de arte. (MARQUES, MODENESI E BRACARENSE, 2011).

A Sociedade Americana de Soldagem (American Welding Society - AWS) define Soldagem como sendo o processo de união de materiais usado para obter a coalescência (união) localizada de metais e não metais, produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a utilização de pressão e/ou material de adição.

Para a soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido (Shielded Metal Arc Welding – SMAW) também conhecido como soldagem manual a arco elétrico, é o mais largamente empregado dos vários processos de soldagem. A soldagem é realizada com o calor de um arco elétrico mantido entre a extremidade de um eletrodo metálico revestido e a peça de trabalho (Figura 1). O calor produzido pelo arco funde o metal de base, a alma do eletrodo e o revestimento. Quando as gotas de metal fundido são transferidas através do arco para a poça de fusão, são protegidas da atmosfera pelos gases produzidos durante a decomposição do revestimento.

A escória líquida flutua em direção à superfície da poça de fusão, onde protege o metal de solda da atmosfera durante a solidificação. Outras funções do revestimento são proporcionar estabilidade ao arco e controlar a forma do cordão de solda.

Figura 1 - Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido

FONTE: Silva Wendel (2002, P.21

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3.3 ELETRODOS

O eletrodo é formado por um núcleo metálico, comumente chamado de alma, com comprimento, variando de 250 a 500 mm de revestido, por uma camada de minerais (argila, fluoretos, carbonatos, etc) e/ou outros materiais (celulose, ferro ligas, etc), com um diâmetro total típico entre 2 e 8mm. A alma do eletrodo conduz a corrente elétrica e serve como metal de adição.

O revestimento gera escória e gases, esses protegem da atmosfera da região soldada, conforme ilustrado na Figura 2, e estabilizam o arco. O revestimento pode ainda conter elementos que são incorporados à solda, influenciando sua composição química e características metalúrgicas.(SILVA, WENDEL; 2002)

Figura 2- Eletrodo revestido

FONTE: Silva Wendel (2002, P. 7).

3.3.1 FUNÇÕES DO REVESTIMENTO⁵:

 Proteção do metal de solda - Um das funções mais importante do revestimento é proteger o metal de solda do nitrogênio e do oxigênio do ambiente, quando ele está sendo transferido através do arco, e enquanto está no estado líquido. A proteção é necessária para garantir que o metal de solda seja inserido de maneira correta, sem bolhas de gás, e tenha a resistência e a ductilidade necessária. Em altas temperaturas do arco, o nitrogênio e o oxigênio se combinam com o ferro e formam nitreto de ferro e óxidos de ferro que, se presentes no metal de solda acima de certos valores mínimos, causarão fragilidade e porosidade. O nitrogênio é o mais relevante, visto que é difícil controlar seu efeito quando encontra-se no depósito de solda. O oxigênio pode ser removido com o uso de desoxidantes adequados. Para evitar a contaminação da atmosfera, o fluxo de metal fundido precisa ser protegido por gases que expulsem a atmosfera circundante do arco e do metal de solda fundido. Isso é conseguido usando-se no revestimento materiais que

5 CESE: Noções básicas de processo de soldagem e corte- Minas Gerais Centro Educacional Santa Edwiges, 2002.

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gerem gases e que se decomponham durante as atividades de soldagem e produzam a atmosfera protetora.

 Estabilização do arco - Um arco com uma boa estabilização é aquele que abre facilmente até com baixas correntes, queima suavemente mesmo em altas correntes e pode ser mantido empregando-se indiferentemente um arco longo ou um curto.

 Adições de elementos de liga ao metal de solda - Uma variedade de elementos tais como cromo, níquel, molibdênio, vanádio, cobre. Podem ser adicionados ao metal de solda incluindo-os na composição do revestimento. É freqüentemente necessário adicionar elementos de liga ao revestimento para balancear a perda esperada desses elementos da vareta durante a atividade de soldagem devido à volatilização e às reações químicas. Eletrodos de aço requerem pequenas quantidades de carbono, manganês e silício no depósito de solda para resultar em soldas íntegras com o nível desejado de resistência. Uma parte do carbono e do manganês provém da vareta, mas é necessário suplementá-la com ligas ferro-manganês e em alguns casos com adições de ligas ferro-silício no revestimento.

 Direcionamento do arco elétrico - O direcionamento do fluxo do arco elétrico é obtido com a cratera que se forma na ponta dos eletrodos. O uso de aglomerantes adequados assegura um revestimento consistente que manterá a cratera e dará uma penetração adicional e melhor direcionamento do arco elétrico.

 Função da escória como agente fluxante - A função da escória é fornecer proteção adicional contra os contaminantes atmosféricos, agir como purificadora e absorver impurezas que são levadas à superfície e ficam aprisionadas pela escória, e reduzir a velocidade de resfriamento do metal fundido para permitir o escape de gases. A escória também controla o contorno, a uniformidade e a aparência geral do cordão de solda. Isso é particularmente importante nas juntas em ângulo.

 Características da posição de soldagem - É a adição de certos ingredientes no revestimento, principalmente compostos de titânio, que tornam possível a soldagem fora de posição (posições verticais e sobre cabeça). As características da escória — principalmente a tensão superficial e a temperatura de solidificação — determinam fortemente a capacidade de um eletrodo ser empregado na soldagem fora de posição.

 Controle da integridade do metal de solda - a porosidade ou os gases aprisionados no metal de solda podem ser controlados de uma maneira geral pela composição do revestimento. É o

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balanço de certos ingredientes no revestimento que tem um efeito marcante na presença de gases aprisionados no metal de solda. O balanço adequado desses elementos é essencial para a integridade do metal de solda. O ferro manganês é provavelmente o elemento mais comum utilizado para se conseguir a fórmula corretamente balanceada.

 Propriedades mecânicas específicas do metal de solda – Propriedades mecânicas específicas podem ser incorporadas ser obtidos pelas adições de elementos de liga ao revestimento, tais como, altos valores de impacto a baixas temperaturas, alta ductilidade, aumento nas propriedades de escoamento e resistência mecânica.

 Isolamento da alma de aço - O revestimento atua como um isolante de tal modo que a alma não causará curto-circuito durante a soldagem de chanfros profundos ou de aberturas estreitas; o revestimento também serve como proteção para o operador quando os eletrodos são trocados.

Figura 3 - Eletrodo revestido

FONTE: Soldagem Processo eletrodo revestido-SENAI (2002, P.10)

3.3.2 ELETRODOS REVESTIDOS (ESPECIFICAÇÕES):⁶

Os eletrodos são classificados por um sistema combinado de números e letras, que permite identificar o tipo de eletrodo recomendado, conforme o trabalho a ser realizado. Deve atender ao seguinte:

 Tipo de corrente que se dispõe;

 Posição da peça a soldar;

6SENAI: Soldagem Processo eletrodo revestido- Paraná, Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial,2002.

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 Natureza do metal e resistência que deve possuir.

Esta classificação utiliza um sistema, composto por uma letra maiúscula colocada como prefixo, seguida de quatro dígitos, Figura 4 (SENAI, 2002).

Figura 4 - Classificação de eletrodos

FONTE: Soldagem Processo eletrodo revestido-SENAI(2002, P.20).

 O símbolo E significa eletrodo para soldagem a arco elétrico manual;

 Os dois primeiros dígitos, (de um total de quatro), indicam a resistência e a tração em milhares de libras por polegada quadrada;

 Na Figura 3 o número 60 significa 60.000 libras por polegada quadrada, o que equivale a 42,2 kg por milímetro quadrado;

 O terceiro digito, (de um total de quatro) indica a posição para soldar;

 O número 1 significa: soldar em todas as posições.

 Os dois últimos dígitos junto indicam a classe de corrente a usar e a classe de revestimento. O número 13 significa revestimento com rutílio, corrente contínua ou alternada, pólo positivo e pólo negativo. Para determinar o significado do terceiro digito, utiliza-se a equivalência seguinte:

o 1. Todas as posições;

o 2. Juntas em ângulo interior, em posição horizontal ou plana;

o 3. Posição plana somente.

 Os dois últimos dígitos em conjunto, indicam o tipo de revestimento e a corrente de soldagem bem como a polaridade da mesma.

Observação:

(26)

 C/C - corrente contínua e C/A - corrente alternada.

 (+) pólo positivo e (-) pólo negativo

 E-6013 é um eletrodo bastante utilizado no RN.

Como subsídio para a escolha do tipo de eletrodo para uma soldagem é interessante determinar-se o carbono equivalente (CE) do metal de base, determinado da seguinte forma:

𝐂𝐄 = 𝐂 +𝐌𝐧

𝟔 +𝐂𝐫 + 𝐌𝐨 + 𝐕

𝟓 +𝐍𝐢 + 𝐂𝐮 𝟏𝟓

Se o valor obtido não for superior a 0,41 podem ser utilizados, em princípio, todos os tipos de eletrodos. Para valores superiores a 0,41 devem ser empregados eletrodos básicos; se o CE for igual ou superior a 0,45, torna-se obrigatório, também, o preaquecimento do eletrodo.

3.4 TERMOLOGIA

Conforme Marques, Modenesi e Bracarense (2011) define-se:

 Metal base: Material da peça que sofre o processo de soldagem;

 Metal de adição: Material adicionado, no estado liquido, durante a soldagem ou (brasagem);

 Poça de fusão: Região em fusão, a cada instante, durante uma soldagem;

 Penetração: Distancia da superfície original do metal de base ao ponto que termina a fusão, medida perpendicularmente a mesma (Figura 5).

Figura 5 - base, metal de adição e poça de fusão

FONTE: Marques, Modenesi, Bracarense, (2011, p.16).

1

(27)

É denominada de junta a região onde as peças são unidas, a Figura 6 apresenta os tipos básicos de juntas comumente usadas.

Figura 6 - Tipos de junta

FONTE: Noções básicas de processo de soldagem e corte-(CESE, 2OO2, p.16).

O posicionamento das peças para a união determina os vários tipos de juntas, entretanto, muitas vezes, as dimensões das peças, a facilidade de se movê-las e as necessidades do projeto exigem uma preparação das peças para soldagem na forma de cortes ou de uma conformação especial de junta. Estas aberturas ou sulcos na superfície da peça a serem unidas e que determina o espaço para conter a solda recebem o nome de chanfro. (MARQUES, MODENESI E BRACARENSE, 2011)

(28)

 Juntas de topo⁷

Quando a espessura do material é menor que 5mm geralmente elas são soldadas simplesmente colocando as bordas retifica das juntas uma da outra com espaçamento de 1 a 2 mm. Mesmo as chapas com espessura de 5 a 8mm podem ser soldadas sem qualquer preparação especial, porém aumentando-se o espaçamento de 2 a 4 mm. Este tipo de juntas é referido como junta de topo reto, entretanto quando a espessura do material exceder 8mm é geralmente difícil conseguir penetração na borda reta. Quando a espessura da chapa é muito grande, usualmente acima de 20 mm, é melhor ter uma preparação de borda tipo sobre posta, isto ajuda a obter boa qualidade de solda sem distorção. O espaçamento de raiz é feito de forma que permita penetração total enquanto que a face da raiz evita vazamento de solda devido à excessiva concentração de calor nas bordas afiadas. O ângulo do chanfro depende da fusão apropriada dos lados com metal de solda do eletrodo. É selecionado para permitir a completa limpeza da escória da raiz e dos cordões afetados.

 Juntas Sobrepostas⁸

Uma junta sobreposta é aquela em que as chapas se sobrepõem uma as outras. Este tipo de junta não é muito recomendada e não deve ser usada a menos que seja necessário. Quando for adotado este tipo de junta a sobre posição deve ter entre de 3 a 5 vezes a espessura da chapa e as soldas devem ser feitas em ambos os lados. É necessário que seja feita uma limpeza nas juntas, e as chapas devem estar alinhada e montada.

 Juntas de Canto e de Aresta⁸

Seguem as mesmas condições mencionadas anteriormente, porém são pouco usadas nos processos de manutenção e fabricação devido à sua baixa resistência à tração e trepidação.

 Juntas em Ângulo⁸

Soldas de ângulo são amplamente utilizadas pelo processo SMAW. Dependendo da espessura das chapas o membro vertical pode ter preparação quadrada, chanfrada ou junta "J". O objetivo da preparação de junta é permitir a necessária penetração e resistência. Essas juntas podem ser obtidas num passe simples ou múltiplos passes dependendo da espessura da chapa e da preparação da junta. A seleção da junta dos três tipos e suas variantes discutidas acima será governada pela espessura e pelo alinhamento das partes envolvidas bem como do propósito e das condições de serviço da junta resultante.

7 MARTINS, Juliana. Técnicas em Soldagens Eletrodo Revestido. São Paulo: Criativo. 2011

(29)

 Elementos de uma junta⁸

• Raiz: Região mais profunda do cordão de solda. Em uma junta chanfrada, corresponde à região do cordão junto da fresta e do encosto. Tende a ser a região mais propensa à formação de descontinuidades em uma solda (Figura 7).

• Face: Superfície oposta à raiz da solda (Figura 7).

• Passe: Depósito de material obtido pela progressão sucessiva de uma só poça de fusão. Uma solda pode ser feita em um único ou em vários passes (Figura 7).

• Camada: Conjunto de passes localizados em uma mesma altura no chanfro (Figura 7).

• Reforço: Altura máxima alcançada pelo excesso de material de adição, medida a partir da superfície do material de base (Figura 7).

• Margem: Linha de encontro entre a face da solda e a superfície do metal de base (Figura 7).

• Chanfro: Corte efetuado na junta para possibilitar/facilitara soldagem em toda a sua espessura (Figura 7).

Figura 7 - Elementos de uma junta

FONTE: Martins (2011, P. 123)

8MARTINS, Juliana. Técnicas em Soldagens Eletrodo Revestido. São Paulo: Criativo. 2011

(30)

A posição da peça a ser soldada e do eixo da solda determina a posição da soldagem, que pode ser plana, horizontal, vertical ou sobre cabeça, estas são mostradas para soldas de topo, filete e soldas circunferências em tubulações, nas Figuras 8 e 9. As soldagem na posição vertical pode ser executada na direção acendei ou descendente. Em tubulações fixas a posição de soldagem muda durante a operação Figura10.

A posição de soldagem tem uma forte influência sobre o grau de dificuldade da sua execução e na sua produtividade sendo a soldagem na posição plana em geral a mais fácil de ser executada e a que possibilita uma maior produtividade. (MARQUES, MODENESI, BRACARENSE, 2011).

Figura 8 - Posições de soldagem para solda de topo

FONTE: Marques, Modenesi, Bracarense, (2011, p.34)

Figura 9 - Posições de soldagem para solda de filete

Figura 10 - Posições de soldagem para solda em tubulações

(31)

Simbologia da soldagem consiste em uma série de símbolos, sinais e números dispostos de uma forma particular que fornece informações sobre uma determinada saída e/ou operação de soldagem. Estes elementos que podem ou não ser usados em uma situação particular, segundo a norma AWS. Figura11

Figura 11 - Símbolos de soldagem e alguns de seus componentes e símbolos suplementares.

FONTE: Martins (2011, P.61)

O símbolo básico indica o tipo de solda desejada. Cada símbolo básico é uma representação esquemática da seção transversal da solda a que se refere. Se o símbolo básico é colocado sob a linha de referência, a solda deve ser feita do mesmo lado em que se encontra a seta. Caso o símbolo básico esteja sobre a linha de referencias, a solda deve ser realizada do lado oposto à seta. A Figura 12 mostra os símbolos básicos mais comuns segundo a norma AWS. A Figura 13 apresenta exemplos de soldas em chanfro e seus símbolos. Mais de um símbolo básico pode ser usado de um ou dois lados da linha de referencia. (MARQUES, MODENESI, BRACARENSE, 2011).

Figura 12 - Solda em chanfro.

(32)

Figura 13 - Solda em chanfro.

O tamanho da solda e/ou sua garganta efetiva são colocados á esquerda do símbolo. A abertura da raiz ou a profundidade de soldas do tipo "plug" ou "slot" é colocado diretamente dentro do símbolo básico da solda. À direita do símbolo pode ser colocado o comprimento da solda e a distancia entre os centros dos cordões no caso de soldas intermitentes.(MARQUES, MODENESI, BRACARENSE, 2011).

3.4 ELETRICIDADE APLICADA À SOLDAGEM

3.4.1 EFEITO DA CORRENTE/TENSÃO ELÉTRICA NA SOLDAGEM ⁹

Obtenção da corrente elétrica para a soldagem nas soldagens pode ser obtida por meio de uma máquina de solda geradora (Figura 14);

(33)

Figura 14 - Máquina de solda geradora.

A tensão faz com que a corrente elétrica prossiga circulando, mesmo depois que o eletrodo é afastado da peça fazendo com que o arco elétrico se mantenha. O arco produz alta temperatura, fundindo o material do eletrodo e da peça, formando a solda.

3.4.5 POLARIDADES¹⁰

No processo de soldagem, quando a máquina de solda está operando, a corrente elétrica percorre do borne A até o borne B, passando pela peça que está sendo soldada, provocando a fusão do material da peça com o material do eletrodo através do arco elétrico.

Por isso é comum dizer que quando o cabo porta-eletrodo está ligado ao pólo negativo da máquina (Figura 15) tem-se uma polaridade negativa ou direta, e quando o cabo porta-eletrodo está ligado ao pólo da máquina, a polaridade é positiva ou indireta.

Figura 15 - Retificador

Fonte: Soldagem processo eletrodo revestido-senai(2002, p.15).

(34)

3.5 ACESSÓRIOS E FERRAMENTAS PARA SOLDAGEM¹¹

Além da fonte de energia, chamada de máquina de soldar, outros acessórios e ferramentas são utilizados para executar as operações de soldagem. Uns servem para transportar a corrente da fonte até o local de soldagem, outros para preparação da solda e outros para limpeza durante a execução da solda, são eles:

 Cabo de solda

 Porta-eletrodo

 Grampo-terra (ligação à massa).

3.5.1 CABO DE SOLDA

Este acessório é constituído de um núcleo formado de grande quantidade de fios de cobre e recoberto com material isolante. Essa grande quantidade de fios permite-lhe maior flexibilidade nos movimentos executados nas operações de soldagem. Seu diâmetro depende da intensidade da corrente a ser utilizada e da distância entre a máquina e o posto de soldagem.

Serve para fazer a ligação do porta-eletrodo e do grampo-terra à fonte de energia Figura 16.

Figura 17 - cabo

FONTE: Noções básicas de processo de soldagem e corte- CESE (2OO2, p.11).

Conhecendo-se a distância entre a máquina e o posto de trabalho e a intensidade da corrente a usar, recorre-se à tabela seguinte, para encontrar a bitola conveniente do cabo, evitando, com isso, perda de corrente, aquecimento ou superdimensionamento do cabo Tabela 1 e 2.

11CESE: Noções básicas de processo de soldagem e corte- Minas Gerais Centro Educacional Santa Edwiges, 2002.

(35)

Tabela1: Correntes máximas admissíveis em amperes.

Distância das maquinas de eletrodos Bitola AWG

Até 15 m De 15 a 30 m De 30 a 75 m

200A 300A 375A 450A 550A

150ª 250A 300A 400A 500ª

100ª 175A 200A 250A 300A

2 1/0 2/0 3/0 4/0 FONTE: Noções básicas de processo de soldagem e corte- CESE (2OO2, p.11).

Após encontrar a bitola do cabo, obtêm-se outras características através da seguinte tabela:

Tabela 2: Bitola de acordo com a distância.

Bitola AWG

SEÇÃO mm²

Formação Espessura de proteção (mm)

Diâmetro externo (mm)

Peso (kg/m;)

2 1/0 2/0 3/0 4/0

33,62 53,49 67,43 85,01 107,20

666/0, 254 1.036/02,54 1.332/0, 254 1.342/0, 284 1.647/0, 286

2,4 2,7 2,9 3,1 3,3

13,5 16,3 18,2 20,1 22,1

0,435 0,655 0,830 1,040 1,280

*Numeros de fios do cabo e o diâmetro de cada fio em milímetros.(Exemplo de leitura: 666=numero de fios do cabo;

0,254= diâmetro de cada fio em milímetros)

3.5.2 PORTA ELETRODO

Este objeto conhecido também como alicate porta eletrodo (Figura 17) ou pinça-porta eletrodo, este acessório, que é feito de cobre, tem suas partes externas totalmente isoladas e seu tamanho e isolação variam de acordo com a intensidade da corrente a ser utilizada. Serve para segurar o eletrodo através de suas garras de contato.

Figura 18 - Porta eletrodo

(36)

3.5.3 GRAMPO-TERRA

Assim como o porta-eletrodo, o grampo terra (Figura 18), ou a garra negativa, pode ser de cobre ou de alumínio, o importante é que a pressão é fundamental para o não aquecimento desnecessário do cabo e do metal base, e conservação da garra.

Figura 19 - Grampo terra.

As principais ferramentas utilizadas nas operações de soldagem são: martelo picador, gabarito, escova de aço e tenaz.

 Martelo picador

Usado para remover a escória e os respingos de solda. Também conhecido como picadeira e martelo bate-escória Figura 19.

Observação: Em grandes empresas, para remover escória, usam-se dispositivos pneumáticos.

Ao usar esses dispositivos, deve-se tomar o cuidado de eliminar toda a água que esteja contida no ar comprimido;

(37)

Figura 20 - Martelo picador.

 Gabarito

É uma ferramenta construída de chapa de aço, de forma geométrica variável de acordo com o tipo de trabalho a ser executado. São utilizados em substituição a instrumentos de precisão, para padronizar dimensões de cordões, filetes, verificação de esquadro, ângulos de chanfros, etc.

A figura 20 mostram os principais tipos de gabaritos utilizados nas operações de soldagem e suas aplicações;

Figura 21 - Gabaritos

 Escova de aço

(38)

A escova de aço (Figura 21) é usada para remover o óxido de ferro (ferrugem) das chapas a serem soldadas e também para fazer uma melhor limpeza nos cordões de solda, a mesma pode ser utilizada para limpar a peça antes da soldagem.

Figura 22 - Escova de aço

 d) Tenaz

Ferramenta semelhante a um alicate, porém, com cabos mais longos. Serve para segurar peças quentes.

Figura 23 - Tenaz.

3.6 MOVIMENTOS DOS ELETRODOS¹²

Ao iniciar uma soldagem, os eletrodos realizam movimentos diferentes à medida avançam em uma soldagem. Estes movimentos recebem o nome de oscilação, são diversos e estão determinados principalmente pela classe de eletrodos e pela posição da união. Eles são essenciais para uma boa penetração, de modo que a solda fique totalmente preenchida.

3.6.1 MOVIMENTO ZIGUEZAGUE (LONGITUDINAL)

12SENAI: Soldagem Processo eletrodo revestido- Paraná, Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial, 2002.

(39)

É o movimento em ziguezague (Figura 23), no sentido longitudinal, que o eletrodo descreve ao longo do cordão e que se efetua em linha reta. Este movimento é utilizado em posição plana para manter a cratera quente e possibilitar uma boa penetração.

Figura 24 - Movimento ziguezague (longitudinal)

Para soldas em posição vertical ascendente, sobre cabeça e em juntas muitos finas, utiliza- se este movimento para evitar o acúmulo de calor e impedir que o material depositado goteje.

3.6.2 MOVIMENTO CIRCULAR

Em cordões de penetração em que se requer pouco depósito, utiliza-se essencialmente o movimento circular (Figura 24). Sua aplicação é freqüente em ângulos interiores, porém não para enchimentos ou camadas superiores. À medida que avança, o eletrodo descreve uma trajetória circular.

Figura 25 - Movimento circular

3.6.3 MOVIMENTO SEMICIRCULAR

Uma fusão total das juntas a soldar é garantida pelo movimento semicircular (Figura 25). O eletrodo move-se através da junta, descrevendo um arco ou meia lua, o que assegura a boa fusão nas bordas. É recomendável, esse movimento em juntas chanfradas e enchimento de peças.

(40)

Figura 26 - Movimento semicircular

3.6.4 MOVIMENTO ZIGUEZAGUE (TRANSVERSAL)

O eletrodo move-se de lado a lado enquanto avança (Figura 26). Este movimento é utilizado principalmente para efetuar cordões largos. Obtêm-se um bom acabamento em suas bordas, facilita o deslocamento da escória à superfície, permite o escapamento dos gases com mais facilidade e evita a porosidade no material depositado. Este movimento utiliza-se de todas as posições para soldar.

Figura 27 - movimento ziguezague ( transversal)

(41)

3.6.5 MOVIMENTO ENTRELAÇADO

O movimento entrelaçado é usado geralmente em cordões de acabamento (Figura 27). Em tal caso se aplica ao eletrodo uma oscilação lateral que cobre totalmente os cordões de enchimento. É de grande importância que o movimento seja uniforme, porquanto se corre o risco de ter uma fusão deficiente nas bordas de união.

Figura 28 - Movimento entrelaçado

3.7 NORMAS EM SOLDAGEM ¹³

Nas soldagens, a realização de soldas fora das normas durante a fabricação de certos tipos de estruturas ou equipamentos, tais como, navios, pontes, oleodutos, componentes automotivos e vasos de pressão, pode resultar em grandes acidentes, perdas de materiais e danos ao meio ambiente. Por isso diferentes aspectos das operações de soldagem para diversas aplicações são regulados por diferentes códigos, especificações e outras normas segundo a aplicação especificam. Como por exemplo:

 ASME Boiler and pressure vessel code (Vasos de pressão)

 API STD 1104, Standart for welding pipelines and related facilities (turbulações e dutos na área de petróleo)

 AWS D1.1 Structural welding code (estruturas soldadas de aço carbono e de baixa liga)

13MARQUES, Paulo Villani; MODENESI, Paulo José; BRACARENSE, Alexandre Queiroz. Soldagem: Fundamentação e Tecnologia. 3. ed. Belo Horizonte: Ufmg, 2011. 182 p.

(42)

 DNV.1 Rules for Desingn. Construction and inspecion of Offshore Structures (Estruturasmaritimas de aço)

A ASME IX é a norma utilizada para realizações de ensaios em juntas soldadas, visando qualificar o processo de soldagem executado.

3.7.1 REGISTRO E QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS E DE PESSOAL

As normas de soldagem permitem uniformizar e manter registro das condições de soldagem para controle do processo e eventual determinação de causas de falhas.

A especificação de procedimento de soldagens (EPS) é um documento que apresenta os valores que devem ser adotados, pelo soldador ou operador de soldagem, durante a fabricação de uma dada junta soldada. Variáveis importantes de um EPS incluem, por exemplo, a composição, classe e espessura dos metais de base, processos de soldagem, temperatura de pré-aquecimento e suas características, projeto da junta, posição de soldagem, temperatura de pré-aquecimento e entre passes, corrente, tensão e velocidade de soldagem, aporte térmico, numero aproximado de passes e técnicas operatório. Naturalmente, a forma exata de uma dada especificação de procedimento de soldagem, as variáveis por ela consideradas, sua relevância e variação permitida dependem da norma técnica que está sendo aplicada (MARQUES, MODENESI E BRACARENSE, 2011).

Os testes que serão realizados na qualificação de uma EPS, assim como o seu número, dimensões e posição no corpo de prova dependem da aplicação e da norma considerada. Como testes, que podem ser requeridos, podem-se citar

 Ensaio de tração

 Ensaio de dobramento

 Ensaio de dureza

 Ensaio não destrutivos (ex. ultrasom, ensaio visual, liquido penetrante)

 Ensaio de impacto

 Macrografia

 Teste de corrosão

(43)

Os resultados dos testes devem ser colocados em um registro de qualificação de procedimento de soldagem (RQPS), no qual o mesmo deve ser referido pela norma (EPS), servindo como um atestado de sua adequação aos critérios de aceitação estabelecidos.

Para diversas aplicações, o soldador/operador precisa demonstrar a habilidade para executar um dado serviço. Isto é, ele devera soldar corpos de prova específicos, sob condições preestabelecidas e baseadas em uma EPS. Essas amostras serão examinadas para se determinar sua integridade, e dessa forma, a habilidade de quem soldou. Segundo o código

ASME as variáveis que determinam a qualificação de um soldador são:

 Processo de soldagem

 Posição de soldagem

 Classe do consumível

 Espessura da junta

 Situação da raiz (presença de cobre-junta)

Ensaios comumente usados na qualificação de soldador/operador incluem, por exemplo, a inspeção visual da junta, ensaio de dobramento, macrografia, radiografia e ensaios práticos de fraturas. Os resultados dos testes de qualificação são colocados em um documento chamado registro de teste de qualificação de soldador ou operador (AnexosI, II, III, IV, V e VI).

3.8 PRINCIPAIS DEFEITOS DE SOLDAGEM

É qualquer interrupção da estrutura típica ou esperada. Nesse sentido pode-se considerar como descontinuidade qualquer alteração na homogeneidade nas propriedades físicas, mecânicas ou metalúrgicas do material ou da solda (MARTINS E SANTOS, 2011)

As descontinuidades dividem-se em três tipos:

 Dimensionais

 Estruturais

 Relacionadas com as propriedades indesejáveis da região da solda.

3.8.1 DESCONTINUIDADES DIMENSIONAIS

Martins e Santos (2011) afirmam que para a fabricação de qualquer estrutura soldada é necessário que tanto a estrutura como as suas soldas tenham dimensões e formas similares (dentro das tolerâncias exigidas) às indicadas em desenhos, projetos, ou contratos. Uma junta que não

(44)

atenda a esta exigência pode ser considerada defeituosa, sendo necessária a sua correção para aceitação final.

As principais descontinuidades dimensionais são:

3.8.1.1 DISTORÇÃO

É a mudança de forma da peça devido às deformações térmicas do material durante a soldagem (Figura 28).

Figura 29 - Distorção

FONTE: Martins e Santos (2011,p.95)

3.8.1.2 PREPARAÇÃO INCORRETA DA JUNTA

Inclui falha ao produzir um chanfro com as dimensões ou forma fora das especificadas (Figura 29).

Figura 30 - Preparação incorreta da junta

FONTE: Martins e Santos (2011p. 95)

(45)

3.8.1.3 DIMENSÃO INCORRETA DA SOLDA (PERFIL DO CORDÃO)

O perfil do cordão de solda é importante, pois variações bruscas agem como concentradores de tensão, facilitando o aparecimento de trincas que facilita o aprisionamento de escorias (Figura 30).

Figura 31 - Dimensão Incorreta da Solda (Perfil do Cordão)

3.8.2 DESCONTINUIDADES ESTRUTURAIS

3.8.2.1 POROSIDADE

As principais causas operacionais de formação de porosidade (Figura 31) estão relacionadas com as contaminações de sujeira, oxidação e umidade, na superfície do metal de base e consumíveis de soldagem (MARTINS E SANTOS, 2011).

Figura 32 - Porosidade

3.8.2.2 RESPINGO¹⁴

14SENAI: Soldagem Processo eletrodo revestido- Paraná, Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial, 2002.

(46)

Pequenas gotas de metal fundido que saltam no ato da soldagem (Figura 32), em todas as direções são chamadas de respingo. Podem estar entre 100º e 1700º e seu diâmetro pode chegar até 6 mm. É responsável por queimaduras no soldador e também por incêndios, se caírem sobre material combustível.

Figura 33 - Respingos.

Na soldagem a arco, diversas variáveis podem causar respingo, principalmente as seguintes:

 Ajuste da corrente;

 Comprimento do arco;

 Velocidade de avanço;

 Ângulo do eletrodo.

Ajuste da Corrente: A corrente fornecida pela máquina deve variar de acordo com o diâmetro do eletrodo. Quando o diâmetro do eletrodo vem indicado em milímetros, aplica-se a constante 35, ou seja; para cada milímetro usam-se 35ampères.

Comprimento do arco: Distância muito alta do eletrodo à peça (arco longo). A solução: solde com o eletrodo mais próximo à peça, mantenha um arco curto.

Velocidade de avanço: A velocidade de soldagem é a velocidade de deslocamento do arco elétrico ao longo da junta. A velocidade de soldagem está diretamente ligada à quantidade de energia cedida à peça; quanto maior a velocidade, menor a quantidade de calor cedida por unidade de área. Velocidades muito baixas, além de elevar o custo da operação, podem causar alterações metalúrgicas na estrutura do material devido à concentração térmica. Por outro lado,

(47)

velocidades excessivas provocam menor penetração e menor largura do cordão, possíveis mordeduras e falta de fusão, além de falta de penetração

Ângulo do eletrodo: É possível constatar, que o mecanismo inclinado é o que proporciona a maior versatilidade quanto à geometria e parâmetros de soldagem. Isso se deve ao fato de poder ajustar o ângulo. Este ângulo é responsável pelas componentes de velocidade da soldagem. O correto adequamento dos parâmetros de soldagem como tensão, corrente, tipo de eletrodo e suas características, em combinação com estes ângulos são responsáveis pela qualidade e estabilidade do processo de soldagem.

3.8.2.3INCLUSÃO DE ESCÓRIA

Segundo Martins e Santos (2011), este termo é usado para descrever partículas de óxidos e outros sólidos não metálicos, aprisionados entre os passes de solda ou entre o metal de solda e o metal de base, geralmente formado por materiais poucos solúveisFigura 33.

Figura 34- Inclusão de Escória

3.8.2.4 FALTA DE FUSÃO

Refere-se à ausência de união entre passes adjacentes de solda ou entre a solda e metal de base. A falta de fusão (Figura 34) é geralmente causada por um aquecimento inadequado do material que está sendo soldado como resultado de uma manipulação inadequada do eletrodo.

(48)

Figura 35 - Falta de Fusão

3.8.2.5 FALTA DE PENETRAÇÃO

Trata-se da falha em fundir e encher completamente a raiz. A falta de penetração (Figura 35) é causada por diversos fatores destacando-se a manipulação incorreta do eletrodo, um projeto inadequado da junta (ângulo de chanfro inadequado ou abertura da raiz pequenos, ou alternativamente, a escolha do eletrodo com o diâmetro exagerado, em ambos os casos torna se difícil ou impossível direcionar o arco para a raiz da junta) ou ainda o uso de uma baixa corrente de soldagem.

Figura 36 - Falta de Penetração

3.8.2.6 MORDEDURAS

Martins e Santos (2011) descrevem reentrâncias agudas formadas pela ação da fonte de calor arco entre passes de solda e o metal de base ou outro passe adjacente na última camada (acabamento). A mordedura (Figura 36) causa diminuição da espessura da junta e acumula tensões, quando ocasionada entre passe e junta tende ao acumulo de escoria.

(49)

Figura 37 - Mordeduras

3.8.2.7 TRINCAS

São consideradas em geral, as descontinuidades mais graves em uma junta soldada por serem fortes concentradores de tensão e elas podem se formar logo após a soldagem ou em operações subseqüentes a soldagem, e podem acontecer a quente e a frio Figura 37.

Figura 38 - Trincas

 Tipos de Trincas 1. Trinca de cratera

2. Trinca transversal

3. Trinca a transversal no metal de base 4. Trinca longitudinal

5. Trinca longitudinal no metal de base

6. Trinca na zona afetada termicamente pelo calor (ZAT) 7. Trinca na zona de ligação entre o cordão e metal de base 8. Trinca na raiz da solda

(50)

Figura 39 - Tipos de trincas

3.8.3. PROPRIEDADES INADEQUADAS

Os autores Martins e Santos colocam que soldas depositadas em uma peça ou estrutura devem possuir propriedades (mecânicas, químicas etc.) adequadas para a aplicação pretendida ( Figura 40). Estas propriedades são em geral, especificadas e verificadas em testes de qualificação ou em amostras retiradas de um lote da produção. As propriedades mecânicas freqüentemente avaliadas são limite de resistência atração e escoamento, ductilidade, e tenacidade da junta soldada, propriedades químicas também são de interesse e podemos incluir a composição química resistência a corrosão e etc.

Figura 41 - Propriedades inadequadas

(51)

3.9 SOLDAGENS (CARACTERÍSTICAS, QUALIDADES, RECOMENDAÇÕES)¹⁶

Uma boa solda deve oferecer, entre outras vantagens, segurança e qualidade. Devendo apresentar boa penetração, fusão completa, boa aparência, ausência de porosidade, ausência de descontinuidades e rachaduras.

Boa penetração obtém-se quando o material depositado funde a raiz e estende-se por baixo da superfície das partes soldadas. Isenta de escavações consegue-se uma solda isenta de escavações quando, junto ao pé dessa escavação, não se produz no metal base nenhum afundamento que estrague a peça. A fusão completa ocorre quando o metal base e o metal depositado formam uma massa homogênea. Verifica-se a ausência de porosidade quando em sua estrutura interior, não existem bolhas de gás, nem formação de escória. A boa aparência observa- se em um cordão de solda uniforme, sem fendas nem saliências. Isenção de rachaduras e fissuras também é um requisito para uma boa solda.

A interrupção das estruturas típicas de uma peça caracteriza o que se chama descontinuidade no que se refere à homogeneidade de características físicas, mecânicas ou metalúrgicas. A descontinuidade só deve ser considerada defeito quando, por sua natureza, dimensão ou efeito acumulado, tornar a peça inaceitável, já que não satisfaz os requisitos mínimos da norma técnica aplicável.

3.10 EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI's) ¹⁵

Equipamento de proteção (EPI) para soldador é fundamental e de suma importância, pois, durante o processo de soldagem, o profissional está sujeito a diversos acidentes, que variam desde queimaduras leves até cegueira. Dessa forma, é essencial se proteger de possíveis lesões.

Para isso, cada EPI que é especificado para o trabalho de um soldador, não deve deixar de ser utilizado, para sua própria proteção. Nesse contexto, os trabalhadores autônomos devem comprar e utilizar tais equipamentos.

15 ALUSOLDA; EPI para soldador: quais são e por que são tão importantes?.Disponível em:<http://www.alusolda.com.br/conteudo/epi-para-soldador-quais-sao-e-por-que-sao-tao- importantes.html>Acesso em: 20 jul. 2019

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Os principais Equipamentos de proteção coletivos EPC's (Coletivo) e EPI's (Individual) Figura 40. tem a mesma finalidade é garantir a total segurança e também integridade física dos funcionários.

Os Equipamentos de Proteção Coletiva obrigatórios para todo trabalho de soldagem são:

 Extintores de incêndio.

 Cortinas inactínicas.

 Sistemas de extração de gases.

Figura 42 - EPI's

FONTE: Souza e Barra (2012)

3.11 ENSAIOS ¹⁶

Entre os diversos ensaios que existem, destacamos os mecânicos, por serem os que melhor revelam as propriedades necessárias para a construção da maioria dos equipamentos industriais. Esses ensaios são realizados por meio da aplicação de um dos tipos de esforços

16ZOLIN, Ivan. Ensaio mecânicos e analises de falhas. Santa Maria - Rs: Ctism, 2011. 102 p