Processos de fabricação soldagem parte 1

Parte I

- Metalurgia da Soldagem: Prof. Carlos Abreu Filho

- Processos de fabricação: junção, soldagem e brasagem : Prof. Dr Gilmar F. Batalha - Soldagem dos Metais: terminologia, simbologia de soldagem

Processos de fabricação

Definições:

Junção de materiais: é a ligação permanente ou uma colocação em contato de duas ou mais peças com uma determinada forma geométrica ou até mesmo de peças com material sem forma definida.

Classificação dos processos de junção

Através de uma multiplicidade de materiais completamente distintos e suas possíveis combinações, tais como metais, plásticos, madeira, têxteis ou papel, que podem ser empregados como peças a serem submetidas a um processo de junção, que pode ser tanto direto, p. ex.: através de soldagem e brasagem, quanto sob a ação de elementos de adicionais de fixação e junção, como; parafusos, rebites e anéis de cravação.

No caso presente iremos no ater na união de materiais.

Processo de soldagem: O que é soldagem? Algumas definições:

- "Processo de junção de metais por fusão"

- "Operação que visa obter a união de duas ou mais peças, assegurando, na junta soldada, a continuidade de propriedades físicas, químicas e metalúrgicas".

- A soldagem é usada para unir materiais, similares ou não, de forma permanente, sendo que sua aplicação varia de acordo com os diversos métodos existentes e características de juntas apresentadas, como, basicamente: a forma,a espessura e geometria das peças, o tipo de material usado e o tipo de desempenho esperado.

- 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

-- Soldagem é união de materiais na zona de soldagem mediante o emprego de calor e/ou força com ou sem material de adição. Pode ser facilitada através do emprego de materiais auxiliares., p. Ex.: gases de proteção, pós ou pastas de soldagem. A

Pequeno Histórico da Soldagem

Embora a soldagem, na sua forma atual, seja basicamente um processo recente, com menos de 150 anos de aplicação, alguns processos, tais como a brasagem e a soldagem por forjamento, têm sido utilizados desde épocas remotas. Existe, por exemplo, no Museu do Louvre, um pingente de ouro com indicações de ter sido soldado e que foi fabricado na Pérsia por volta de 4000 AC.

O ferro, cuja fabricação se iniciou em torno de 1500 AC, substituiu o cobre e o bronze na confecção de diversos artefatos. O ferro era produzido em fornos por redução direta e conformado por martelamento na forma de blocos com um peso de poucos quilogramas. Quando peças maiores eram necessárias, estes blocos eram soldados por forjamento, isto é, o material era aquecido ao rubro, colocava-se areia entre as peças e martelava-se até a formação da solda.

A soldagem foi também usada, na antiguidade e na idade média, para a fabricação de armas e outros instrumentos cortantes. Isto ocorreu porque o ferro obtido por redução direta tem um teor de carbono muito baixo (inferior a 0.1%), não sendo, portanto, endurecível por têmpera. Por outro lado, o aço, com um teor maior de carbono, era um material escasso e de alto custo, tendo de ser fabricado a partir da cementação de tiras finas de ferro. Assim, ferramentas eram inicialmente fabricadas em ferro com tiras de aço soldadas nos locais de corte e endurecidas por têmpera. Espadas de elevada resistência mecânica e tenacidade foram fabricadas no oriente médio, na antiguidade, utilizando-se um processo semelhante, no qual tiras alternadas de aço e ferro eram soldadas entre si e deformadas por compressão e torção. O resultado era uma lâmina com uma fina

alternância de regiões de alto e baixo teor de carbono. - Metalurgia de soldagem:

O principal objetivo a ser alcançado com o estudo da Metalurgia da soldagem é entendimento dos fenômenos físico-químico e metalúrgicos responsáveis pela ocorrência de defeitos e sua relação de dependência com os procedimentos de soldagem. Esta condição é acompanhada da premissa na qual é estabelecido que a qualidade de uma junta soldada não deve ser avaliada exclusivamente pelo aspecto visual do cordão de solda

Na grande maioria dos casos, os defeitos originários de processos de soldagem, quando não ligados diretamente a falhas do processo (parâmetros desregulados), têm relação direta com os fenômenos influenciados diretamente pelo calor de soldagem. A ação do calor, mais ou menos intensa, dependendo de particularidades do processo, é a principal responsável pela ocorrência de fenômenos físico-químicos como fusão, vaporização e solidificação, assim como, de transformações metalúrgicas no estado líquido e sólido. Embora as ocorrências de “defeitos” de soldagem possam ser eliminadas ou pelo menos reduzidas a níveis aceitáveis. Deve ser considerado que em condições de soldagem “em campo” ou fora das condições ideais de laboratórios, é praticamente impossível a produção de juntas soldadas isenta de defeitos, entretanto, quando a incidência de defeitos

não excede determinado nível, na maioria das vezes estabelecido em normas técnicas, a ocorrência não implica necessariamente na impossibilidade de uso da junta soldada.

Subdivisão do processo de soldagem:

Soldabilidade é a capacidade de um material ser unido / revestido / recuperado (fabricado), empregando um determinado processo de soldagem, obtendo uma estrutura final que irá desenvolver satisfatoriamente as condições desejadas em projeto (relação adequada entre defeitos x solicitações em serviço x alterações das propriedades).

Soldabilidade do material - composição química - propriedades mecânicas - propriedades físicas Possibilidade da soldagem - Preparação da soldagem

- Condução do trabalho de soldagem Segurança da soldagem

- Arranjo do cordão de solda - Tipo de soldagem

- Propriedades mecânicas dos materiais - Estado de deformação e tensões residuais

Ao contrário do que muitos pensam uma junta soldada não é constituída unicamente pelo que se convencionou chamar de cordão de solda. Do ponto de vista da metalurgia da soldagem, qualquer região na qual em decorrência dos efeitos da soldagem tenham ocorrido consideráveis alterações em suas condições iniciais, é constituinte da junta soldada.

As principais particularidades relacionadas às regiões indicadas são:

1 – Metal de base – É a região constituinte da junta soldada que não sofreu qualquer alteração em suas características físicas, químicas ou metalúrgicas, ou seja, o material utilizado para a construção da estrutura metálica, nesta região, não sofreu qualquer influência do processo de soldagem.

2 – Zona termicamente afetada – Nesta região, de grande interesse no campo da metalurgia da soldagem, embora a temperatura de processamento não tenha sido suficiente para modificar o estado físico dos materiais envolvidos, ocorrem importantes transformações metalúrgicas no estado sólido, ou seja, são registradas importantes alterações nas propriedades iniciais dos materiais utilizados na construção metálica.

Entre as transformações citadas encontram-se principalmente o crescimento de grãos (aços e outros), dissolução ou coalescimento (tratamento térmico de recozimento reduzir sua dureza, para poderem ser deformados plasticamente)(ligas de alumínio cobre), e o recozimento (ligas alumínio magnésio).

3 – Zona fundida – É a região na qual a temperatura de processamento é suficiente para fundir os materiais envolvidos, ou seja, parte de metal de base juntamente com parte do metal de adição passam para a forma líquida formando a denominada poça de fusão. Nesta região, diversos fenômenos ligados a metalurgia física manifestam-se simultaneamente, dando origem a uma série de transformações, não só de origem metalúrgica, como também química e física. A forma como ocorre à solidificação da zona fundida após o resfriamento da região tem grande influência na qualidade final da junta soldada. Um dos principais aspectos a serem considerados é a morfologia (forma geral) dos grãos metálicos resultantes, esta vai ter influência direta na susceptibilidade a defeitos, assim como no comportamento mecânico da junta soldada.

A massa metálica resultante na zona fundida é denominada de metal de solda. É constituída de parte de metal de base e parte de metal de adição.

Exemplo de soldagem utlizando eletrodo

Terminologia de solda

A terminologia de soldagem é bastante extensa e muitas vezes os termos técnicos que utilizamos em uma região geográfica não são aplicáveis em outras.

O primeiro termo a ser definido é junta – junta é a região onde duas ou mais partes da peça são unidas pela operação de soldagem. Abaixo vemos 2 tipos de juntas bastante comuns.

Outros 3 tipos de juntas estão mostrados abaixo:

Para conseguirmos executar as soldas, na maioria das vezes precisamos preparar aberturas ou sulcos na superfície das peças que serão unidas – estas aberturas recebem o

nome de chanfro. O chanfro é projetado em função da espessura da peça, do material, do processo de soldagem a ser adotado, das dimensões da peça e da facilidade de acesso à região de solda; abaixo vemos alguns dos tipos de chanfros mais comuns em matéria de soldagem.

Abaixo vemos algumas das características dimensionais dos chanfros e das soldas de topo e filete. S = Nariz f = Abertura ou Fresta r = Raio do Chanfro α = Ângulo do Chanfro β = Ângulo do Bisel

A posição da peça e do eixo da solda determinam a posição de soldagem; a seguir vemos as diversas posições normalmente utilizadas. Observar que existem limites de ângulos para cada posição e que muitas vezes não se consegue saber com exatidão a posição de soldagem exata que foi utilizada.

SIMBOLOGIA DE SOLDAGEM

Em soldagem utilizamos uma série de números, sinais e símbolos que representam a forma do cordão de solda, processo utilizado, dimensões, acabamento, tipos de chanfro, etc.., os quais permitem maior rapidez na confecção de projetos e evitam erros de interpretação. Conforme AWS A 2.4 temos:

Cada símbolo básico é uma representação esquemática da seção transversal da solda em referência. Quando o símbolo básico é colocado sob a linha de referência, a solda tem que ser feita do mesmo lado em que se encontra a seta; caso contrário, a solda deve ser

executada do lado oposto da seta. Mais de um símbolo básico pode ser utilizado de um ou dos dois lados da linha de referência.