PROCESSO DE
SOLDAGEM
O que é soldagem?
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.
O que é soldagem?
• Processo de junção de metais porfusão.
• Operação que visa obter a união de
duas ou mais peças, assegurando na junta soldada, a continuidade de propriedades físicas, químicas e metalúrgicas.
• Operação que visa obter
COALESCÊNCIA localizada
produzida pelo aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a aplicação de pressão e de metal de adição.
• Processo de união de materiais
baseado no estabelecimento, na
região de contato entre os materiais sendo unidos, de forças de ligação química de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais
MOMENTO PORTUGUÊS
coalescência
s. f.
1. Aderência de partes
que se achavam
separadas.
2. Aglutinação.
coalescência
s. f.
1. Aderência de partes
que se achavam
separadas.
2. Aglutinação.
O que é soldagem?
É o processo de juntar
peças metálicas,
colocando-as em
contato íntimo, e
aquecer as superfícies
de contato de modo a
levá-las a um estado de
fusão e plasticidade
Vantagens
Aplicabilidade
A vantagem da soldagem em
relação a outros métodos de união (por parafuso, por
rebite, com cola) é a
possibilidade de obter uma união em que os materiais têm uma continuidade não só na aparência externa, mas também nas suas
características e
propriedades mecânicas e químicas, relacionadas à sua estrutura interna.
A soldagem encontra
aplicação extensa em
quase todos os ramos da
indústria e da construção
mecânica e naval, além da
engenharia civil
Comparada à
fundição, a
soldagem apresenta
características
interessantes:
possibilidade de se teremgrandes variações de espessura na mesma peça;
inexistência de uma espessura
mínima para adequado
preenchimento do molde com o metal fundido;
possibilidade de se usar
diferentes materiais numa mesma peça;
maior flexibilidade em termos de
alterações no projeto da peça a ser fabricada e menor
A solda é uma união permanente e não deve
ser utilizada em juntas que precisam ser
desmontadas.
SOLDABILIDADE
Para obter a solda, não basta apenas colocar duas peças metálicas próximas, aplicar calor com ou sem pressão. Para que a soldagem realmente se realize, os metais a serem unidos devem ter uma propriedade imprescindível: a soldabilidade.
Soldabilidade é a facilidade que os materiais têm de se unirem por meio de soldagem e de formarem uma série contínua de soluções sólidas coesas, mantendo as propriedades mecânicas dos materiais originais.
O principal fator que afeta a soldabilidade dos materiais é a sua composição química. Outro fator importante é a capacidade de formar a série contínua de soluções sólidas entre um metal e outro.
É preciso saber que, em se tratando de soldagem, cada tipo de material exige maior ou menor cuidado para que se obtenha uma solda de boa qualidade.
Se o material a ser soldado exigir muitos cuidados, tais como controle de temperatura de aquecimento e de interpasse, ou tratamento térmico após soldagem, por exemplo, dizemos que o material tem baixa soldabilidade.
Por outro lado, se o material exigir poucos cuidados, dizemos que o material tem boa soldabilidade. O quadro a seguir resume o grau de soldabilidade de alguns dos materiais metálicos mais usados na indústria mecânica.
Como se vê, a soldabilidade mútua dos metais varia de um material metálico para outro, de modo que as juntas soldadas nem sempre apresentam as características mecânicas desejáveis para determinada aplicação.
Juntas Soldadas
NATURALMENT
E
Juntas Soldadas
Juntas Soldadas
Rugosidade
• Superfícies contém
camadas de óxidos,
umidade, gordura,
poeira
Juntas Soldadas-Solução
1.
Deformação da
superfície,
aproximando
átomos.
2.
Aplicação de calor
na região de
união, até sua
fusão
Juntas Soldadas
1.
SOLDAGEM SOB
PRESSÃO
2. Soldagem por
FUSÃO
Soldagem
ELEMENTOS:
Processo
metalúrgico de
escala
microscópica.
Temperaturas elevadas;
Curto tempo de
duração;
Elevada interação entre
o metal fundido com
sua vizinhança;
Presença de fluxos ou
escórias complexas;
Etc;
Processo varia de
materiais para
materiais.
Solubilidades:
Sólida e líquida
Variaveis distintas
de processos.
Metalurgia da solda
Arco elétrico
Fundição entre o
metal de adição e o
metal base
REAÇÕES
DIVERSAS.
Geração de vapores
Metalurgia da solda
zona fundida
zona termicamente afetada
metal de base
Estruturas Cristalina
SEGURANÇA
Os principais riscos das operações de soldagem são: incêndios e explosões, queimaduras, choque elétrico, inalação de fumos e gases nocivos e radiação.
Do ponto de vista do soldador que utiliza o equipamento de soldagem, este deve proteger-se contra perigos das queimaduras provocadas por fagulhas, respingos de material fundido e partículas aquecidas.
Deve se proteger, também, dos choques elétricos e das radiações de luz visível ou invisível (raios infravermelhos e ultravioletas) sempre presentes nos diversos processos de soldagem.
Assim, quando estiver operando um equipamento, ou seja, durante a soldagem, o operador deve proteger:
· As mãos, com luvas feitas com raspas de couro;
· O tronco, com um avental de raspa de couro, ou aluminizado;
· Os braços e os ombros com mangas e ombreiras também feitas com raspas de couro;
· A cabeça e o pescoço, protegidos por uma touca;
· Os pés e as pernas, com botinas de segurança providas de biqueira de aço e perneiras com polainas que, ao cobrir o peito dos pés, protegem contra fagulhas ou respingos que possam entrar pelas aberturas existentes nas botinas;
· Dependendo do processo de soldagem, o rosto deve ser protegido com máscaras ou escudos de proteção facial dotados de lentes que filtram as radiações infravermelhas e ultravioleta, além de atenuar a intensidade luminosa;
· As vias respiratórias, com máscaras providas de filtros, toda a vez que se trabalhar em locais confinados ou com metais que geram vapores tóxicos como o chumbo e o mercúrio.
· As roupas do soldador devem ser de tecido não inflamável, e devem estar sempre limpas, secas e isentas de graxa e óleo para evitar que peguem fogo com facilidade.
Além desses cuidados com a proteção individual, o operador deve ficar sempre atento para evitar acidentes que podem ocorrer no armazenamento, no uso e no manuseio do equipamento. Para isso, algumas precauções devem ser tomadas:
· Manter o local de trabalho sempre limpo;
· Retirar todo o material inflamável do local de trabalho antes de iniciar a soldagem;
· Manter o local de trabalho bem ventilado;
· Restringir o acesso de pessoas estranhas ao local da soldagem, isolando-o por meio de biombos;
Finalmente, deve-se também cuidar para que o trabalho do soldador não seja prejudicado pela fadiga. Além de aumentar a possibilidade de haver um acidente, a fadiga causa a baixa qualidade da solda e baixos níveis de produção. Para superar esse fator, as seguintes providências devem ser tomadas:
· Posicionar a peça a ser soldada de modo que a soldagem seja executada na posição plana, sempre que possível;
· Usar o menor tamanho possível de maçarico/tocha adequado à junta que se quer soldar;
· Usar luvas leves e flexíveis;
· Usar máscaras com lentes adequadas que propiciem boa visibilidade e proteção;
· Garantir ventilação adequada;
· Providenciar ajuda adicional para a realização de operações como limpeza e goivagem;
· Colocar as mesas de trabalho e os gabaritos de modo que o soldador possa se sentar durante a soldagem.
Soldagem a ARCO
Mais Utilizado
Processo Autógeno
ARCO: descarga
elétrica em uma meio
gasoso parcialmente
ionizado.
AUTOGENA : É o processo em que as
superfícies a serem soldadas são
aquecidas pela chama até a fusão das
bordas contínuas, formando uma poça de
fusão, que estabelece a interação entre
as duas peças. Conforme seja a espessura
ou as condições de soldagem do material
base, há a necessidade de adição ao
processo de mais material na forma de
varetas ( material de adição).
Soldagem a ARCO
Soldagem a ARCO
Como se forma o arco entre o eletrodo e a peça ?
GÁS ISOLANTE TÉRMICO
PLASM
A
É um “GÁS” ionizado, onde a densidade de íons e elétrons é alta, porém há equilíbrio de
OBTENÇÃO DO PLASMA (condição para
existência)
Natural:
- Altas Temperaturas;
- Baixíssimas Pressões.
Artificial: - Alto Diferencial de Tensão;
- Elevado Aquecimento (Curto- Circuito);
- Alta Freqüência e alta tensão
• A condutividadeelétrica depende do meio (gás e vapores).
Soldagem a ARCO
Corrente.
1 A a valores superiores a 2000 A
• Tensão.
10V a valores superiores a 100 V
É esta variável que controla o tamanho de arco e a
largura do cordão de solda.
Soldagem a ARCO
Quanto maior for a velocidade de soldagem,
menor será a quantidade de energia
recebida por unidade de comprimento da
junta
Logo, para se realizar a solda deve –se
analisar de forma dependente:
1.
.
2.
.
Influência da Corrente na dimensão
do arco e na Tensão
Influência do comprimento do arco na
dimensão do arco e na Tensão
Ao Arco
Eletrodo consumível
Manual (com eletrodo revestido)
Automática (submersa)
Com gás de proteção (MIG/MAG)
Não
consumível Eletrodo de Tungstênio e gás Inerte (TIG)
Existem vários processo que usam o arco elétrico para a realização da soldagem. Os mais comuns são:
FONTE DE ENERGIA PARA SOLDAGEM
· Transformar a
energia da rede que é
de alta tensão e baixa
intensidade de
corrente em energia
de soldagem,
caracterizada por
baixa tensão e alta
intensidade de
corrente;
· Possibilitar a regulagem da tensão e da corrente;
· Oferecer uma
corrente de soldagem
estável;
Três tipos de fontes se enquadram nessas características: os
transformadores que fornecem corrente alternada e os transformadores-retificadores e os geradores que fornecem
Quando se usa corrente contínua na soldagem a arco, tem-se:
· A polaridade direta na qual a peça é o pólo positivo e o eletrodo é o pólo negativo.
· A polaridade inversa quando a peça é o pólo negativo e o eletrodo é o pólo positivo.
A maioria das soldagens ao arco é feita com corrente contínua porque ela é mais flexível, gera um arco estável e se ajusta a todas as situações de trabalho.
Requisitos básicos para uma fonte de soldagem
Produzir saídas de corrente e tensão a níveis
e com caracteristicas adequadas para o
processo de soldagem( baixa tensão e alta
corrente)
Permitir o ajuste adequado dos valores de
corrente e/ou tensão para aplicações
específicas.
Controlar a variação e a forma de variação dos
níveis de corrente e/ou tensão de acordo com
os requerimentos do processo de soldagem.
Eletrodo revestido (Shielded Metal Arc Welding -
SMAW)
Coalescência obtida pelo
aquecimento destes com um arco
estabelecido entre um eletrodo
especial revestido e a peça
O eletrodo é formado por um
núcleo metálico (alma), com 250 a
500mm de comprimento, 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.
Eletrodo revestido (Shielded Metal Arc Welding - SMAW)
A alma do eletrodo conduz
a corrente elétrica e serve como metal de adição
O revestimento gera
escória e gases que
protegem da atmosfera a região sendo soldada e estabilizam o arco.
O revestimento pode ainda
conter elementos que são incorporados à solda, influenciando sua composição química e características metalúrgicas. Soldagem a ARCO
Eletrodo revestido (Shielded Metal Arc Welding - SMAW)
• Uma fonte de energia (transformador);
• Porta eletrodo – serve para prender e energizar o
eletrodo;
• Grampo de retorno – também chamado de terra, que é
preso à peça ou à tampa condutora da mesa sobre a qual está a peça;
• Picadeira – serve para retirar a escória e os respingos;
• Escova de fios de aço – serve para a limpeza do cordão de solda
ELETRODOS
•elementos de liga.
•Aglomerantes
•formadores de
gases
•estabilizadores do
arco.
•formadores de
fluxo e escória.
•Plasticizantes.
Soldagem a ARCOEletrodo revestido (Shielded Metal Arc Welding - SMAW)
O soldador controla o
tamanho do arco, a
poça de fusão e o
deslocamento.
Soldagem a ARCOVANTAGENS E
LIMITAÇÕES
APLICAÇÕES
Equipamento simples portátil e
barato.
Não necessita fluxos ou gases
externos.
Pouco sensível a presença de
correntes de ar.
Processo muito versátil em termos
de materiais soldáveis.
Facilidade para atingir áreas de
acesso restrito.
Aplicação difícil para materiais
reativos.
Produtividade relativamente baixa. Exige limpeza após cada passe.
Soldagem de produção,
manutenção e em
montagens no campo.
Soldagem de aços
carbono e ligado.
Soldagem de ferro
fundido.
Soldagem de alumínio,
níquel e suas ligas.
Eletrodo revestido (Shielded Metal Arc Welding - SMAW)
Etapas do processo
1 Preparação do material que deve ser isento de graxa, óleo, óxidos, tintas, etc;
2 Preparação da junta;
3 Preparação do equipamento; 4 Abertura do arco elétrico; 5 Execução do cordão de solda; 6 Extinção do arco elétrico;
ELETRODOS COD CorrenteTipo cordão de solda PENETRAÇÃO PROPRIEDADES MECÂNICAS
CELULÓSICOS EXX10 e EXXX1 CC+ irregular ALTA adequadas para várias aplicações
RUTÍLICOS EXXX2, EXXX3 e EXXX4 CA, CC+;CC- bom aspecto MÉDIA/BAIXA boas
especificação AWS A5.1
SOLDAGEM TIG (GTAW)
O processo de soldagem TIG (Tungsten Inert Gás), se refere a um processo de soldagem ao arco elétrico, com ou sem metal de adição, que usa um eletrodo não-consumível de tungstenio envolto por uma cortina de gás protetor.
A união das peças é produzida por aquecimento e fusão através de um arco elétrico;
A proteção da poça de fusão e do arco contra a contaminação da atmosfera é feita pelo gás inerte; Ar ou He
Esse processo é aplicável à maioria dos metais e suas ligas numa ampla faixa de espessuras.
Devido à baixa taxa de deposição, sua aplicação é limitada à soldagem de peças pequenas e no passe de raiz, principalmente de metais não-ferrosos e de aço inoxidável.
Produz soldas com boa aparência e acabamento, exigindo pouca ou nenhuma limpeza após a operação de soldagem.
Com o alumínio e magnésio e suas ligas, promove a remoção
da camada de óxido que se forma na frente da poça de fusão.
O uso do eletrodo não-consumível permite a soldagem sem
utilização de metal de adição. O gás inerte, por sua vez, não
reage quimicamente com a poça de fusão. Com isso, há pouca
geração de gases e fumos de soldagem, o que proporciona ótima
visibilidade para o soldador.
A soldagem TIG é normalmente manual em qualquer posição
mas, com o uso de dispositivos adequados, o processo pode ser
facilmente mecanizado.
O eletrodo usado no
processo de soldagem TIG é
uma vareta sinterizada de
tungsténio puro ou com
adição de elementos de liga
(toria e zircônia).
Espessura do eletrodo: depende do material, da espessura
da peça, do tipo da junta, do número de passes necessários à
realização da soldagem, e dos parâmetros de soldagem que vão
ser usados no trabalho.
Embora o processo TIG permita a soldagem sem metal de adição, esse tipo de trabalho é de uso limitado, principalmente a materiais de espessura muito fina e ligas não propensas a trincamento quando aquecidas.
A função do metal de adição é justamente ajudar a diminuir as fissuras e participar na produção do cordão de solda.
Para soldagem manual, o metal de adição é fornecido na forma de varetas. Para a soldagem mecanizada, o metal é fornecido na forma de um fio enrolado em bobinas.
Metal de adição: função da composição química e das propriedades mecânicas desejadas para a solda.
- em geral, o metal de adição tem composição semelhante à do metal de base.
Gás inerte: são usados os gases hélio, argônio ou uma mistura dos dois:
- proteger a região do arco compreendida pela poça de fusão; - transfere a corrente elétrica quando ionizado;
- grau de pureza do gás é essencial para a qualidade da solda e deve ficar em torno de 99,99%;
É importante lembrar que essa pureza deve ser mantida até que o gás chegue efetivamente ao arco, a fim de evitar que vestígios de sujeira e umidade resultem em contaminação da solda.
Etapas do processo
1. Preparação da superfície, para remoção de óleo, graxa, sujeira, tinta, óxidos, por meio de lixamento, escovamento, decapagem;
2. Abertura do gás (pré-purga) para expulsar o ar da mangueira de gás e da tocha;
3. Pré-vazão, ou formação de cortina protetora antes da abertura do arco;
4. Abertura do arco;
5. Formação da poça de fusão;
6. Adição do metal na poça de fusão, quando aplicável;
7. Ao final da junta, extinção do arco por interrupção da corrente elétrica.
8 Passagem do gás inerte sobre a última parte soldada para
resfriamento do eletrodo e proteção da poça de fusão em solidificação (pós-vazão).
SOLDAGEM MIG/MAG (GMAW)
é largamente utilizada em função da grande produtividade alcançada,
baseado na possibilidade da total automação do processo;
em função disto, não é tão dependente da habilidade do operador.
A soldagem GMAW ou MIG/MAG realiza a união de materiais
metálicos pelo seu aquecimento e fusão localizados, através de um arco
elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico não revestido e maciço,
na forma de fio, e uma peça.
As duas principais diferenças dos processos MIG/MAG com relação ao
processo por eletrodo revestido são:
•
usam eletrodos não-revestidos para a realização da soldagem. A
proteção é realizado por um gás;
•
a alimentação do eletrodo é feita mecanicamente, garantindo uma
a alta produtividade.
Fonte: a mais utilizada é do tipo tensão constante, com regulagem
entre 15 e 50 V, pois permite um controle automático do arco de
soldagem.
MAG (metal active gas): usam gás de proteção ativo na forma
pura ou em uma mistura: usada, principalmente, na soldagem de
materiais ferrosos;
MIG (metal inerte gas): o gás utilizado é inerte e pode ser usado
puro ou em uma mistura. É mais utilizado para soldagem de
materiais não-ferrosos, como alumínio, cobre, níquel, magnésio e
suas respectivas ligas.
Aplicações:
•
Na fabricação de componentes e estruturas;
•
Na fabricação de equipamentos de médio e grande porte como
pontes rolantes, vigas, escavadeiras, tratores;
•
Na indústria automobilística;
•
Na manutenção de equipamentos e peças metálicas;
•
Na recuperação de peças desgastadas e no revestimento de
superfícies metálicas com materiais especiais.
As amplas aplicações desses processos são devidas à:
•
Alta taxa de deposição, o que leva a alta produtividade no trabalho do soldador;•
Versatilidade em relação ao tipo de materiais, espessuras e posições de soldagem em que podem ser aplicados;•
Ausência de operações de remoção de escória por causa da não utilização de fluxos de soldagem;Parâmetros de influência:
•
diâmetro e composição do arame;
•
tipo de gás de proteção;
•
velocidade de alimentação do arame;
•
vazão do gás de proteção;
•
comprimento do eletrodo e distância da tocha à peça;
•
posição da tocha em relação à peça;
•
corrente e tensão de soldagem;
•
velocidade de soldagem;
•
indutância (característica dinâmica) da fonte;
•
técnica de manipulação.
CONSUMÍVEIS E SUAS ESPECIFICAÇÕES
Consumíveis: eletrodo (arame) ou metal de adição e gás de proteção;
Eletrodos:
- apresentam composição química, dureza, superfície e dimensões controladas e normalizadas;
- são fabricados com metais ou ligas metálicas como aço inoxidável, aço com alto teor de cromo, aço carbono, aços de baixa liga, alumínio, cobre, níquel, titânio e magnésio.
O tipo de gás influencia nas características do arco, na transferência
do metal, na penetração, na largura e no formato do cordão de solda, na
velocidade máxima da soldagem.
Os gases inertes puros são usados principalmente na soldagem de
metais não-ferrosos como o alumínio e o magnésio.
Os gases ativos puros ou as misturas de gases ativos com inertes são
usados principalmente na soldagem dos metais ferrosos e permitem a
soldagem com melhor estabilidade de arco nos metais ferrosos.
TRANSFERÊNCIA DE METAL
A transferência é influenciada, principalmente, pelo valor da corrente de soldagem, pela tensão, pelo diâmetro do eletrodo, e pelo tipo de gás de proteção usado.
O modo como essa transferência ocorre influi na estabilidade do arco, na aplicabilidade em determinadas posições de soldagem e no nível de geração de respingos.
Transferência por curto-circuito. Transferência globular.
Transferência por curto-circuito.
•
Baixos valores de tensão e corrente.•
A gota de metal que se forma na ponta do eletrodo vai aumentando de diâmetro até tocar a poça de fusão.•
É empregado na soldagem fora de posição, ou seja, em posições diferentes da posição plana.•
É usado também na soldagem de chapas finas, quando os valores baixos de tensão e corrente são indicados.Transferência globular.
•
Baixos valores de tensão e corrente.•
O metal do eletrodo se transfere para a peça em gotas com diâmetro maior do que o diâmetro do eletrodo.•
Essas gotas se transferem sem direção, causando o aparecimento de uma quantidade elevada de respingos.Transferência spray.
•
Altos valores de corrente.•
As altas correntes de soldagem, faz diminuir o diâmetro médio das gotas de metal líquido.•
Esse tipo de transferência produz uma alta taxa de deposição, mas é limitado à posição plana.ETAPAS DO PROCESSO
1.
Preparação das superfícies;
2. Abertura do arco;
3. Início da soldagem pela aproximação da tocha da peça e acionamento
do gatilho para início do fluxo do gás, alimentação do eletrodo e
energização do circuito de soldagem;
4.
Formação da poça de fusão;
5.
Produção do cordão de solda, pelo deslocamento da tocha ao longo da
junta, com velocidade uniforme;
6.
Liberação do gatilho para interrupção da corrente, da alimentação do
eletrodo, do fluxo do gás e extinção do arco.
SOLDAGEM A ARCO SUBMERSO
Neste processo, um arame é alimentado continuamente e funde-se no arco voltaico sob a proteção de um fluxo de pó.
Pó: varia em função do material, espessura da chapa e natureza da superfície exterior.
Os pós são diferenciados por: tipo de fabricação, composição e granulação. O arco arde numa caverna dentro de um banho de escória, que ao solidificar-se recobre o cordão.
Uma vez aberto o arco, tanto o eletrodo quanto o fluxo são alimentados continuamente para a região do arco enquanto a tocha é deslocada.
O eletrodo, parte da camada de fluxo e o metal de base fundem sob o calor do arco formando a poça de fusão.
A parte fundida do fluxo forma uma camada de escória que protege o cordão da solda e que é facilmente removida.
É um processo estável que gera poucos fumos de soldagem e quase nenhum respingo.
Como resultado são obtidos cordões uniformes com bom acabamento e boas propriedades mecânicas.
Principais vantagens: alto rendimento, pois praticamente não há perdas por respingos, com alta taxa de deposição.
É um processo rápido, pois exige apenas um terço do tempo normalmente necessário para outros processos, e econômico, por causa de sua alta produtividade.
Correntes e velocidade: as densidades de corrente atingem 150 A/mm2
(contra300 A/mm2 MIG/MAG) em arames-eletrodo de 2,4 mm ( duas vezes o diâmetro usado no processo MIG/MAG).
Como o arco é enclausurado (na escória líquida) , o rendimento térmico é elevado. Estes dois fatores propiciam uma grande velocidade de fusão.
Indicações: Pode-se soldar chapas de até 15 mm de espessura sem chanfrar os bordos .
Custo: Para chapas espessas, soldadas com várias passadas, é um dos processos mais econômicos. Entretanto se caracteriza por alto investimento inicial.
Limitações: Limita-se a soldagem na posição plana e horizontal do filete.
Obsevações adicionais: Quando este processo é bem usado, revela-se como o mais econômico entre todos os processos. Pode ser empregado desde
pequenas espessuras de chapa (2 ou 2,5 mm ) até espessuras de até 60 mm em passes múltiplos.
Entretanto a má preparação dos bordos (chanfro de oxi-corte ou mecânico), a errônea seleção de parâmetros de soldagem e o mau posicionamento das partes são responsáveis pela sub-utilização deste processo.