[Soldagem] Relatório 3

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SOLDAGEM 
 
PROCESSO DE SOLDAGEM POR ELETROESCÓRIA 
 
 
Relatório referente a disciplina de 
Soldagem, turma MT, como um dos 
projetos do período, sob orientação do 
Prof. Paulo Marcelo. 
 
 
IASMIN BENVINDA PEREIRA ALVES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RECIFE 
Julho, 2021 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO 
CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS 
 
 
1. Desenvolvimento 
1.1. Processos soldagem por eletroescória 
 
O processo de soldagem por eletroescória teve início no século passado, dando origem a um 
processo de soldagem na posição vertical. Os fundamentos do processo de eletroescória já eram 
conhecidos por volta de 1900, porém só em 1950 o processo de soldagem foi desenvolvido por 
russos que desenvolveram o princípio do processo no instituto de Soldagem elétrica, Paton 
(Ucrânia). 
O processo foi constituído em função da sua eficiência sobre o processo de soldagem a arco 
submerso na execução de soldas verticais em vasos de pressão. Este processo não depende de 
calor gerado pelo arco elétrico, o calor requerido é gerado através da resistência à passagem de 
corrente elétrica por um banho de escória líquida. O tiristor é um dispositivo de quatro camadas 
e membro da família dos semi-condutores que tem dois estados estáveis de operação: um 
estado apresenta corrente aproximadamente igual a zero, e o outro tem uma corrente elevada; 
limitada apenas pela resistência externa. Ele pode ser considerado uma chave unidirecional que 
substitui, com vantagens, por exemplo, contatores e relés de grande capacidade. 
1- Vantagens 
Entre as vantagens da utilização do processo por eletroescória, podemos citar a preparação 
do chanfro a baixo custo, por meio de oxicorte, pois não há tolerâncias críticas a serem 
consideradas; o processo lento de solidificação é favorável, do ponto de vista metalúrgico, para 
as reações químicas na poça de fusão; o metal depositado é bem desgaseificado e livre de poros, 
não mostra endurecimento e confere alta qualidade à junta soldada; devido ao resfriamento 
lento, as tensões próprias da solda são consideravelmente mais baixas do que as de soldas 
executadas por outros processos; solda sem distorções, o que evita trabalhos de ajustamento 
muito onerosos. 
2- Desvantagens 
Algumas desvantagens podem ser notadas quando se solda pelo processo por eletroescória: 
a granulação é grosseira, com baixa resistência ao impacto, sendo necessário tratamento 
térmico posterior; o custo dos dispositivos de soldagem é alto; a operação requer mão- -de-obra 
especializada; o processo é eficiente apenas para soldar secções acima de 19mm; a soldagem só 
pode ser feita na posição vertical ascendente e não deve ser interrompida, pois cada 
interrupção, por mais breve que seja, leva ao resfriamento da camada de escória, com diluição 
insuficiente e consequentes descontinuidades. 
3- O processo 
O processo de soldagem eletroescória é um processo por fusão através de uma escória 
líquida a qual funde o metal de adição e as superfícies a serem soldadas. O processo de soldagem 
Eletroescória é usado onde se necessita grandes quantidades de material de solda depositado, 
como por exemplo para soldar seções transversais muitos espessas. O processo passa a ser 
viável economicamente em juntas de topo a partir de 19 mm de espessura e, para espessuras 
máximas praticamente não há limitações. Todos os cordões são executados na posição vertical 
ascendente ou aproximadamente a esta. A poça de soldagem é circundada, pelos lados das 
bordas por suportes de cobre, resfriadas na parte interna com uma vazão constante de água, a 
qual chama-se de sapata de refrigeração, ver a figura abaixo. 
 
 
Figura 1- Componente Tiristor 
 
Antes de iniciar o processo coloca-se no chanfro, fluxo para soldar. Depois inicia-se o 
processo de soldagem com um arco elétrico, entre o eletrodo (em fusão) e o lado inferior do 
chanfro. Este arco voltaico funde o fluxo. A condutibilidade elétrica da escória líquida, que 
resulta do processo, aumenta diretamente com a temperatura. Tão logo a condutibilidade do 
banho de escória tenha aumentado, a tal ponto que a escória conduza melhor do que a corrente 
elétrica do arco, este se apaga. Então a corrente elétrica corre do eletrodo, através da escória 
líquida e através da zona metálica fundida, até o metal base. 
O aquecimento, devido às propriedades especiais de condutibilidade da escória, funde o 
metal adicionado e as faces do chanfro, devido a passagem da corrente elétrica pelo banho da 
escória aquecido. Este calor gerado pela corrente elétrica é o princípio que serve como fonte de 
calor. O guia do eletrodo e as sapatas se deslocam continuamente para cima, isto é, de modo 
que a superfície do metal líquido seja mantida sempre na altura média das sapatas de 
refrigeração. O metal solidificado é coberto lateralmente com uma camada fina de escória, e, 
portanto, deve ser substituída com a adição regular de fluxo, para que a profundidade do banho 
de escória seja mantida estável. Na maioria dos casos a profundidade mais favorável está entre 
40 e 60 mm. 
1.2. Processos de soldagem por Laser e por Fricção 
1- Princípio de geração de Laser 
O laser é constituído por três elementos: 
1. Uma fonte externa de bombeio 
2. O meio laser ativo 
3. O ressonador. 
A fonte de bombeio conduz a energia externa ao laser. 
O meio laser ativo está localizado no interior do laser. Dependendo do tipo, o meio laser 
pode consistir em uma mistura de gás (laser de CO2), um corpo de cristal (laser YAG) ou fibras 
de vidro (laser de fibra). Quando a energia é alimentada ao meio laser pelo bombeio, este 
emite energia na forma de radiação. 
O meio laser ativo está localizado entre dois espelhos, o “ressonador”. Um desses espelhos 
é um espelho unidirecional. A radiação do meio laser ativo é amplificada no ressonador. Ao 
mesmo tempo, somente uma certa radiação pode ser liberada do ressonador através do 
espelho unidirecional. Essa radiação agrupada é a radiação laser. 
2- Princípio da soldagem com Laser 
De posse de um feixe LASER, a soldagem ocorre da seguinte maneira: a radiação do feixe ao 
interagir com a matéria é parte absorvida, parte refletida. A parte absorvida é de tal ordem de 
grandeza que aquece o material levando-o a fusão ou vaporização dependendo da densidade 
de energia. No caso de ter-se a vaporização do material, forma-se uma coluna de vapores 
metálicos partindo do ponto de interação do feixe com o material e avançando em direção ao 
interior da peça. 
Esta coluna, semelhante a um furo, recebe o nome de Key-hole e absorverá grande parte da 
radiação incidente na peça distribuindo-o posteriormente. Como o processo é dinâmico, o 
deslocamento da peça garantirá a sustentação do key-hole, porém existirá uma velocidade de 
avanço mínima para que o processo se sustente. Com o deslocamento do key-hole, a massa de 
material líquido vai se solidificando ocorrendo assim a soldagem. Em oposição ao caso acima 
citado, quando a densidade de energia não for suficiente para a vaporização (e for apenas para 
fusão), ocorrerá a soldagem por condução, que terá um mecanismo extremamente semelhante 
aos processos de soldagem convencionais, com o calor sendo dissipado lateralmente. Assim, no 
primeiro caso então a forma do cordão será mais próxima de um furo, enquanto que no 
segundo, a forma será amais parecida com um "V". 
Para aumentar a potência (e consequentemente a penetração), um recurso usado é a 
utilização de modo pulsado. Neste modo, o equipamento fornece a potência em dois diferentes 
patamares, em um mecanismo semelhante ao MIG pulsado. este mecanismo é bastante útil na 
soldagem de materiais como Al e Cu, que por serem extremamente reflexivos, e difíceis de 
soldar com este processo. 
3- Vantagens do uso de Laser na soldagem 
Algumas vantagens do processo de soldagem a laser são: aporte de energia concentrado; 
minimização dos efeitos metalúrgicossofridos pela zona afetada pelo calor (ZAC); muito menos 
distorções; soldagens em um único passe; não requer metal de adição, portanto está livre de 
eventuais contaminações; facilidade em soldar locais de difícil acesso, uma vez que não há 
contato com a peça; soldagem de peças muito finas; possibilidade de automatização do 
processo. 
A soldagem a laser possui um aporte de energia muito concentrado, produzindo uma solda 
estreita e profunda. A penetração é facilmente controlada pelo ajuste dos principais 
parâmetros, como potência e taxa de pulso. Fazendo isto, é possível executar uma solda interna 
ou externa nos painéis do automóvel, sem distorções ou descoloração da parte externa do 
painel. Em algumas aplicações, o uso do robô para laser de C02 tem propiciado movimentação 
e posicionamento muito precisos sobre a peça de trabalho. Esta vantagem da soldagem com 
laser é que tem propiciado a popularização de sua utilização na indústria automobilística. 
O interesse na soldagem a laser de chapas metálicas tem aumentado consideravelmente, 
devido a apresentar um alto potencial de redução de custos. Algumas vantagens resultam da 
alta flexibilidade do processo, outras resultam de que neste processo não existe contato com a 
peça, enquanto que outras advêm do resultado de soldas de qualidade com altas velocidades. 
Outros benefícios incluem o fato da inexistência de retrabalho. O processo de soldagem a laser 
também permite soldar de um só lado, o que propicia novas soluções em projetos. 
Outra vantagem é a eliminação de flange, necessário quando se solda por resistência. Essa 
eliminação pode causar redução de peso da ordem de 40Kg na soldagem de partes de um 
automóvel. Uma solda a laser contínua também aumenta a integridade estrutural do material. 
A resistência da solda é usualmente maior que a resistência do metal de base. 
4- Métodos de fornecimento de energia utilizados na soldagem por Fricção 
1- Soldagem por arraste continuo (ou fricção o convencional): 
Nesse método, os materiais a serem soldados são fixados nas garras do equipamento de 
soldagem. Uma das peças é acelerada por intermédio de uma unidade motora até atingir a 
velocidade de soldagem pré-estabelecida, e a outra peça que está parada é deslocada até tocar 
na peça que gira. O contato entre as superfícies das peças promove o aquecimento devido ao 
atrito. Posteriormente, é aplicada uma pressão (P1), durante um intervalo de tempo (t1), em 
seguida, a máquina é frenada até que a rotação seja totalmente cessada. Ao final do processo, 
a pressão é mantida ou intensificada (P2) em um tempo estabelecido (t2) (FARIA; BRACARENSE, 
2003). Na FIG 2.12 é mostrado o esquema de um equipamento de soldagem por fricção 
convencional. 
 
 
Abaixo temos alguns exemplos de aplicação da solda por fricção: 
- (a) Diodo elétrico de prata e cobre; (b) Componente eletrônico industrial de cobre e 
alumínio; (c) Tudo de bronze soldado a base sólida; (d) Válvulas forjadas soldas por fricção; (e) 
Solda de aço inoxidável com aço carbono 
 
2- Soldagem por inercia: 
 
Na soldagem por fricção inercial, as peças a serem soldadas são fixadas nas garras do 
equipamento de soldagem. Uma das peças é acoplada a um volante acumulador de energia 
cinética rotacional. Este volante é acelerado por intermédio de uma unidade motora até atingir 
a velocidade FIGURA 2.15. – Soldas por fricção - (a) Diodo elétrico de prata e cobre; (b) 
Componente eletrônico industrial de cobre e alumínio; (c) Tudo de bronze soldado a base sólida; 
(d) Válvulas forjadas soldas por fricção; (e) Solda de aço inoxidável com aço carbono. FONTE: 
AMERICAN FRICTION WELDING, 2016, p.8 43 de soldagem, junto com uma das peças a ser 
soldada. Alcançada esta velocidade, a unidade motora é desacoplada e a peça parada é 
deslocada até entrar em contato com a peça em rotação, instante em que é aplicada a pressão 
(P1). O contato entre as peças gera aquecimento devido ao atrito até a temperatura de 
forjamento. A pressão é mantida até que a solda esteja consolidada (FARIA; BRACARENSE, 
2003). Na FIG 2.16 é apresentado o equipamento de soldagem por fricção inercial. 
 
 
5- Variação dos parâmetros de soldagem por fricção 
Na figura abaixo temos os comportamentos dos parâmetros de soldagem em função das 
fases para a soldagem por fricção convencional: 
 
Já na soldagem por fricção inercial, existem três parâmetros fundamentais: o momento 
de inércia (massa e geometria do volante), velocidade de rotação e a força axial (ASM, 1993). 
Se a força axial é constante durante o processo, ele é chamado de soldagem de estágio 
simples, mas quando existem diferentes níveis de forças no processo, ele é chamado de 
soldagem de estágio duplo e o processo torna-se complexo. Abaixo temos uma imagem que 
representa os parâmetros em função do tempo para soldagem por fricção: 
 
 
Abaixo temos uma comparação dos dois processos: 
 
 
 
 
 
 
2. Referencias Bibliográficas: 
 
[1] INFO SOLDA – PROCESSO DE SOLDAGEM POR ELETROESCÓRIA 
<www.infosolda.com.br> 
[2] Soldagem por processo eletroescória (ESW) 
[3] < http://pt.scribd.com/doc/88731373/21/Eletroescoria> 
[4] < https://infosolda.com.br/biblioteca-digital/livros-senai/processos/190-soldagem-a-laser> 
[5] MARQUES, Paulo V.; Soldagem: Fundamentos e Tecnologia. Janeiro de 2009.