16-SAW

Prévia do material em texto

24/02/2011
1
Soldagem com Arco Submerso
rc
o 
Su
bm
er
so
• Fundamentos
• Equipamentos
• Consumíveis
• Técnica operatória
• Aplicações Industriais
So
ld
ag
em
 a
 A
r pl cações Industr a s
Fundamentos
Definição
ld b ( b d
rc
o 
Su
bm
er
so
A soldagem a arco submerso (Submerged
Arc Welding-SAW) é um processo que
produz a coalescência entre metais pelo
aquecimento destes com um arco elétrico
estabelecido entre um eletrodo metálico
revestido e a peça que está sendo soldada
So
ld
ag
em
 a
 A
r revestido e a peça que está sendo soldada
sob uma camada de um material granulado
fusível, chamado fluxo, que é colocado sobre
a região de solda, protegendo-o da
contaminação pela atmosfera.
24/02/2011
2
Fundamentos
rc
o 
Su
bm
er
so
So
ld
ag
em
 a
 A
r
Fundamentos
Adição de metal – eletrodo na forma de fio ou
fita alimentado por um dispositivo mecânico
rc
o 
Su
bm
er
so
fita, alimentado por um dispositivo mecânico,
pode ser suplementada por outros eletrodos
ou materiais contidos no fluxo.
Operação Mecanizada (semi-automática, raro).
Eletrodo e fluxo alimentados continuamente
So
ld
ag
em
 a
 A
r f
enquanto a tocha é deslocada.
Calor gerado funde eletrodo, parte da camada
de fluxo e metal de base Æ poça de fusão.
24/02/2011
3
Fundamentos
A parte fundida do fluxo forma escória, que
sobrenada a poça de fusão se solidifica Æ
rc
o 
Su
bm
er
so
sobrenada a poça de fusão, se solidifica Æ
camada protetora contra contaminação do
cordão e reduz a velocidade de resfriamento.
A parte não fundida Æ reciclada (se não
estiver contaminada).
So
ld
ag
em
 a
 A
r
Arco invisível, dispensa dispositivos de
proteção mas dificulta a operação semi-
automática.
Fundamentos
Ampla faixa e alta densidade de corrente Æ
espessuras a partir de 3,0mm e elevada taxa
rc
o 
Su
bm
er
so
espessuras a partir de 3,0mm e elevada taxa
de deposição.
Variações do processo: mais de um eletrodo,
mais de um arco, adição de pó metálico ao
fluxo, que permitem elevar ainda mais a taxa
de deposição
So
ld
ag
em
 a
 A
r de deposição.
Processo estável, suave, poucos fumos e quase
nenhum respingo, acabamento uniforme, tran-
sição suave entre o metal base e de solda.
24/02/2011
4
Fundamentos
Taxas de deposição possíveis com diferentes processos
e técnicas de soldagem:
rc
o 
Su
bm
er
so Processo de soldagem Taxa de deposição
SMAW
GMAW
FCAW
SAW (1 arame)
0,5 a 3,0
1,0 a 8,0
2,0 a 12,0
3,0 a 20,0
So
ld
ag
em
 a
 A
r
SAW (2 arames) 12,0 a 40,0
(Taxas aproximadas, ciclo de trabalho de 100%)
Fundamentos
Principal limitação: alta intensidade de cor-
t d l d Æ d
rc
o 
Su
bm
er
so
rente e grande volume da poça Æ usado
apenas nas posições plana e horizontal (metal
líquido tende a escorrer para fora da junta).
Além disso, fluxo é um material granular.
Dispositivos especiais podem ser usados para
ld d
So
ld
ag
em
 a
 A
r permitir a soldagem de topo na posição
horizontal. A soldagem circunferencial pode
ser feita usando-se viradores.
24/02/2011
5
Fundamentos
Permite soldas em juntas de topo, filete e
rc
o 
Su
bm
er
so
sobrepostas, com declive de até 15° com a
horizontal.
Combinação adequada de metal de adição,
fluxo e técnica Æ união, enchimento e reves-
timento de peças metálicas.
So
ld
ag
em
 a
 A
r m p ç m
Brasil: aços-carbono, aços de baixa liga, aços
inoxidáveis e alguns tipos de revestimento.
Equipamentos
Equipamento: fonte de energia, tocha de
soldagem, alimentador de arame, sistema de
rc
o 
Su
bm
er
so
controle, dispositivo para alimentação do fluxo
e cabos elétricos.
Cabeçote: “tartaruga” sobre trilho, velocidade
ajustável, sustenta alimentadores de arame e
fluxo, tocha e outros (operação mecanizada).
So
ld
ag
em
 a
 A
r , ( p ç )
Outros dispositivos: deslocamento da tocha ou
da peça; sistemas óticos ou eletrônicos para
controle do posicionamento da tocha (trilha-
dores de junta) e para reciclagem de fluxo.
24/02/2011
6
Equipamentos
rc
o 
Su
bm
er
so
So
ld
ag
em
 a
 A
r
Equipamentos
rc
o 
Su
bm
er
so
So
ld
ag
em
 a
 A
r
24/02/2011
7
Equipamentos
Tocha: bico de contato deslizante, de cobre,
sistema para fixação do cabo de saída da
fonte e suporte isolante Bicos de contato
rc
o 
Su
bm
er
so
fonte e suporte isolante. Bicos de contato
adequados para cada diâmetro de arame.
Alimentador de arame: suporte para a bobina,
motor, controlador de velocidade e conjunto
de roletes de alimentação. Velocidade de
li t ã t 8 235 /
So
ld
ag
em
 a
 A
r alimentação entre 8 e 235 mm/s.
Alimentador de fluxo: porta-fluxo, mangueira
e bocal de saída (concêntrico ou à frente da
tocha). Alimentação por gravidade.
Equipamentos
Sistemas de recuperação: aspiram o fluxo não
f did d l t fl P d t
rc
o 
Su
bm
er
so
fundido e devolvem ao porta-fluxo. Podem ter
sistemas de aquecimento.
Sistema de controle: ajuste das variáveis de
soldagem (velocidade de alimentação, de deslo-
camento e tensão).
So
ld
ag
em
 a
 A
r
Cabos: condução da corrente, diâmetro compa-
tível com a corrente usada.
24/02/2011
8
Equipamentos
Quando se usa trilhador de junta, o cabeçote
precisa de movimento na direção transversal
rc
o 
Su
bm
er
so
prec sa de mov mento na d reção transversal
ao eixo de soldagem.
Cabeçote pode ficar parado enquanto a peça é
movimentada por posicionadores ou viradores.
(exemplo: soldagem circunferencial de tubos).
So
ld
ag
em
 a
 A
r
Velocidade máxima da ordem de 45 mm/s. O
cabeçote pode também ser suportado por um
manipulador com movimentos lineares nos três
eixos.
Variações do processo
• arames múltiplos (até 6): “tander-arc” (arcos
disti t s) “t i ” ( ú i )
rc
o 
Su
bm
er
so
distintos) ou “twin-arc” (arco único);
• soldagem com “stickout” elevado: aumentar a
taxa de deposição mantendo nível de corrente;
• soldagem em chanfro estreito (“narrow-
gap”): peças espessas cabeçotes especiais
So
ld
ag
em
 a
 A
r gap ): peças espessas, cabeçotes especiais,
pequena abertura de raiz e ângulo de chanfro
entre 5o e 10o, (economia de material menores
energias de soldagem);
24/02/2011
9
Variações do processo
• eletrodo fita: largura
rc
o 
Su
bm
er
so
g
de 15 a 90 mm e espes-
sura 0,5mm, cordões
largos, baixa diluição,
revestimento,
• adição de pó metálico
So
ld
ag
em
 a
 A
r adição de pó metálico
(ferro): aumenta a taxa
de deposição (chanfro).
Consumíveis
Consumíveis: eletrodos e fluxos de soldagem.
Eletrodos: arames sólidos tubulares com
rc
o 
Su
bm
er
so
Eletrodos: arames sólidos, tubulares com
diâmetro de 2,4 a 6 mm ou fitas, fornecidos em
carretéis ou bobinas, com diferentes dimensões
e quantidades.
Fluxos: mistura de óxidos minerais, ferro-ligas:
b l f l d l
So
ld
ag
em
 a
 A
r estabilizar arco, fornecer elementos de liga,
proteger arco e metal aquecido contra conta-
minação, retirar impurezas do metal de solda,
formar escória e controlar suas propriedades.
24/02/2011
10
Consumíveis
processo de fabricação: fundidos e aglome-
rados (mais usados).
rc
o 
Su
bm
er
so fluxos fundidos: fusão dos componentes emforno elétrico e resfriamento rápido Æ
produto de aparência cristalina, britado,
moído, peneirado e embalado. Boa homogenei-
dade química, não higroscópicos Æ manuseio e
So
ld
ag
em
 a
 A
r
armazenagem simples. Facilmente reciclados,
(pouca variação de granulometria ou compo-
sição. Difícil adicionar desoxidantes e ferro-
ligas, sem segregação ou altas perdas Æ faixa
de composição limitada.
Consumíveis
fluxos aglomerados: ingredientes são pulveri-
zados, misturados a seco e aglomerados com
ili t d K N i t d t Mi t
rc
o 
Su
bm
er
so
silicato de K, Na ou mistura destes. Mistura
úmida é pelotizada e cozida a temperaturas
entre 600 e 950oC. material obtido é moído,
peneirado e embalado. Adição fácil de desoxi-
dantes e elementos de liga, pode ser usado em
camadas mais grossas e de fácil identificação
So
ld
ag
em
 a
 A
r camadas mais grossas e de fácil identificação
pela cor. Higroscópico, gera alguma fumaça
quando fundido e pode sofrer mudanças na
composição devido à segregaçãoou remoção
de partículas.
24/02/2011
11
Consumíveis
fluxos aglomerados: composição química muito
mais variada que fluxos fundidos e menor
rc
o 
Su
bm
er
so
mais variada que fluxos fundidos e menor
custo.
tamanho e a distribuição das partículas do
fluxo: influenciam alimentação e recuperação,
além do nível de corrente e formato do cordão.
So
ld
ag
em
 a
 A
r
corrente muito alta para um determinado
tamanho de partícula Æ arco instável e extre-
midades do cordão irregulares e desiguais.
Consumíveis
características químicas: básicos, ácidos ou
neutros Propriedades da solda influenciadas
rc
o 
Su
bm
er
so
neutros. Propriedades da solda influenciadas
pela basicidade do fluxo. Vários “índices de
basicidade (B)” desenvolvidos para quantificar
estes efeitos:
CaO + CaF2 + MgO + K2O + Na2O + ½(MnO + FeO)
B = ----------------------------------------------------------------------
So
ld
ag
em
 a
 A
r B ,
SiO2 + ½ (Al2O3 + TiO2 + ZrO2)
(CaO, MgO, etc., são as percentagens em peso
dos diferentes componentes do fluxo).
24/02/2011
12
Consumíveis
B > 1 – fluxo básico B < 1 – fluxo ácido
rc
o 
Su
bm
er
so
B > 1 fluxo básico, B < 1 fluxo ácido,
B ≈ 1 - fluxo neutro.
Basicidade elevada Æ redução nos teores de
oxigênio, enxofre e fósforo da solda, melhoria
das propriedades mecânicas (tenacidade);
So
ld
ag
em
 a
 A
r p p ( )
fluxos ácidos tendem a produzir metal
depositado com teores de oxigênio, fósforo e
enxofre mais altos.
Consumíveis
influência na composição química da solda:
ativos, neutros ou ligados.
rc
o 
Su
bm
er
so
, g
neutros: praticamente não influenciam.
ativos: incorporam elementos de liga (Mn, Si)
ligados: adicionam outros elementos ao metal
depositado Variações nos parâmetros opera-
So
ld
ag
em
 a
 A
r depositado. Variações nos parâmetros, opera-
cionais (tensão), influenciam a transferência
de elementos de liga para a solda Æ controle
da operação.
24/02/2011
13
Consumíveis
Exemplo de influência da corrente e tensão na
transferência de Cr e Mo de um fluxo ativo na
ld l d d ã li d
rc
o 
Su
bm
er
so
soldagem com eletrodo de aço não ligado.
Corrente
(A)
Tensão
(V)
Composição da solda (% peso)
Cr Mo
500 26 2,3 0,41
500 29 2 9 0 49
So
ld
ag
em
 a
 A
r 500 29 2,9 0,49
500 32 3,5 0,59
400 27 2,5 0,43
600 27 2,0 0,33
Consumíveis
Classificação:
ê i d b i (L) édi (M)
rc
o 
Su
bm
er
so
Arames, três tipos: de baixo (L), médio (M) e
alto (H) teor de manganês, que podem ter
diferentes teores de silício baixo ou alto (K) e
de carbono.
Maiores teores de C, Mn e Si Æ soldas com
So
ld
ag
em
 a
 A
r
maior resistência e dureza
Si aumenta fluidez da poça, melhorando o
formato com alta velocidade de soldagem e
aumentando a resistência à porosidade.
24/02/2011
14
Consumíveis
rc
o 
Su
bm
er
so
So
ld
ag
em
 a
 A
r
Consumíveis
Propriedades do metal depositado com uma
dada combinação eletrodo-fluxo dependem do
di t d ld
rc
o 
Su
bm
er
so
procedimento de soldagem.
Número relativamente grande de consumíveis
disponíveis comercialmente (muitos desenvol-
vidos para situações especiais, não enqua-
drados nas especificações usuais).
So
ld
ag
em
 a
 A
r
Seleção final da combinação eletrodo-fluxo é
feita com base na avaliação ou medida das
propriedades de interesse da solda em corpos
de prova de qualificação.
24/02/2011
15
Consumíveis
Propriedades mecânicas do metal depositado.
rc
o 
Su
bm
er
so Classificação Limite de resistência
MPa (ksi)
Limite de
escoamento 
mínimo 0,2%
MPa (ksi)
Alongamento 
em
51 mm
(%)
F43XX (F6XX) – EXXX (*)
F48XX (F7XX) -EXX-XX(*)
F55XX (F8XX) -EXX-XX
F62XX (F9XX) -EXX-XX
430-560 (60-80)
480-660 (70-95)
550-700 (80-100)
620-760 (90-110)
330 (48)
400 (58)
470 (68)
540 (78)
22
22
20
17
So
ld
ag
em
 a
 A
r F62XX (F9XX) -EXX-XX
F69XX (F10XX) -EXX-XX
F76XX (F11XX) -EXX-XX
F83XX (F12XX) -EXX-XX
620-760 (90-110)
690-830 (100-120)
760-900 (110-130)
830-970 (120-140)
540 (78)
610 (88)
680 (98)
740 (108)
17
16
15
14
Técnica Operatória
Outras técnicas para aumentar a velocidade de
ld d hi d j
rc
o 
Su
bm
er
so
soldagem ou de enchimento da junta:
• adições de arames sólidos e tubulares frios
(aumentos de até 73% na taxa de deposição)
com penetração mais baixa.
• adições de arame quente (aumento de 50% a
So
ld
ag
em
 a
 A
r • adições de arame quente (aumento de 50% a
100%) sem prejuízo das propriedades do metal
de solda. Requer equipamento adicional e maior
atenção do operador.
24/02/2011
16
Técnica Operatória
• adição de pó metálico no fluxo (aumento de
até 70% na taxa de deposição, diminui pene-
rc
o 
Su
bm
er
so
p ç , p
tração e diluição. A adição de pó pode ser
feita também à frente da poça de fusão ou
diretamente nela. Não requer energia
adicional, não deteriora a resistência do metal
de solda nem aumenta riscos de fissuração.
So
ld
ag
em
 a
 A
r
Técnicas especiais para aumento na taxa de
deposição Æ cuidados especiais (projeto e
preparação da junta, seqüência de soldagem e
fixação adequada das peças.
Técnica Operatória
As principais variáveis operacionais na soldagem por
arco submerso, em ordem aproximada de importância,
rc
o 
Su
bm
er
so
p p
são:
• valor e tipo de corrente,
• tipo de fluxo e distribuição das partículas,
• tensão,
• velocidade de soldagem,
diâ t d l t d
So
ld
ag
em
 a
 A
r • diâmetro do eletrodo,
• extensão do eletrodo,
• tipo de eletrodo e
• largura e profundidade da camada de fluxo.
24/02/2011
17
Técnica Operatória
corrente: variável mais importante, influi dire-
tamente na taxa de fusão taxa de deposição
rc
o 
Su
bm
er
so
tamente na taxa de fusão, taxa de deposição,
penetração, reforço e diluição.
Correntes ↑↑ Æ cordões com elevada razão
penetração/largura, favorecendo fissuração a
quente, reforço excessivo e formação de
d d
So
ld
ag
em
 a
 A
r mordeduras.
Correntes ↓↓ Æ penetração ou fusão incom-
pletas.
Técnica Operatória
tipo de corrente: CC+: mais usado (maior
penetração). CC-: aumenta a taxa de fusão. CA:
á
rc
o 
Su
bm
er
so
resultados intermediários, minimiza sopro
magnético (arames múltiplos).
tensão: influi no comprimento do arco, largura
do cordão e consumo de fluxo e inversamente
na penetração e no reforço e tem pouco efeito
So
ld
ag
em
 a
 A
r p ç ç p
na taxa de deposição. Pode ter forte influência
na composição química e nas propriedades de
soldas com fluxo ativo. Tensão ↑↑ aumenta a
dificuldade para remoção de escória.
24/02/2011
18
Técnica Operatória
velocidade de soldagem: largura, penetração e
reforço tendem a diminuir com o aumento da
rc
o 
Su
bm
er
so
reforço tendem a diminuir com o aumento da
velocidade. Velocidade ↑↑ Æ mordedura,
porosidade e cordão irregular.
diâmetro do eletrodo: para valor fixo de
corrente, a largura do cordão aumenta e a
p n t ã t x d d p si ã t nd m
So
ld
ag
em
 a
 A
r penetração e a taxa de deposição tendem a
cair com o aumento do diâmetro. Estabilidade
do arco e facilidade de abertura também
diminuem para eletrodos de maior diâmetro.
Técnica Operatória
Como ocorre em outros processos, para cada
diâ t d l t d i t f i d
rc
o 
Su
bm
er
so
diâmetro de eletrodo existe uma faixa de
valores de corrente recomendada. Maior
produtividade é obtida no limite superior das
faixas.
comprimento energizado do arame (stick-out):
So
ld
ag
em
 a
 A
r p g
mesmo efeito já citado em outros processos
de soldagem. Em geral, usam-se valores entre
20 e 40 mm.
24/02/2011
19
Técnica Operatória
Faixa de corrente para arames de aço de
diferentes diâmetros
rc
o 
Su
bm
er
so
Diâmetro do arame
(mm)
Corrente de soldagem 
(A)
1,6 100 a 300
2,0 200 a 500
2,4 300 a 600
3,2 300 a 800
So
ld
ag
em
 a
 A
r
4,0 400 a 900
4,8 500 a 1200
5,6 600 a 1300
6,4 600 a 1600
8,0 1000 a 2500
Técnica Operatória
largura e a altura da camada de fluxo:
influenciam a aparência da solda e o arco de
rc
o 
Su
bm
er
so
influenciam a aparência da solda e o arco de
soldagem. Camada muito espessa Æ solda com
aparência pastosa e áspera. Os gases gerados
não podem escapar imediatamente,e a
superfície da solda fica irregular. Camada de
fluxo muito estreita Æ arco não fica
So
ld
ag
em
 a
 A
r
inteiramente submerso, ocorrendo clarões
(“flashing”) e respingos, solda com aparência
ruim e porosa.
24/02/2011
20
Técnica Operatória
espessura ótima: estabelecida na prática,
s nt nd l nt m nt flux té
rc
o 
Su
bm
er
so
acrescentando lentamente o fluxo até o arco
ficar completamente submerso e não mais se
observe o clarão do arco.
inclinação da peça ou da tocha: maioria das
soldas é feita na posição plana. Algumas vezes
é á d á l ld
So
ld
ag
em
 a
 A
r é necessário ou desejável soldar com a peça
levemente inclinada para que a tocha avance
em declive ou aclive.
Aplicações Industriais
Larga faixa de aplicações industriais:
rc
o 
Su
bm
er
so
fabricação em larga escala: soldas de alta
qualidade, altas taxas de deposição, grande
penetração e adaptação à automação (esta-
leiros, caldeirarias, mineradoras, siderúrgicas,
fábricas de perfis e estruturas metálicas).
So
ld
ag
em
 a
 A
r
fabricação de vasos de pressão, navios, vagões,
tubos com costura e revestimento ou
recuperação de peças com propriedades
especiais.
24/02/2011
21
Aplicações Industriais
manutenção e recuperação das peças metálicas,
cilindros de laminação e rolos de lingotamento
rc
o 
Su
bm
er
so
cilindros de laminação e rolos de lingotamento
contínuo, cones de altos-fornos, material ro-
dante e superfícies desgastadas em geral.
espessuras a partir de 1,5 mm até chapas com
300mm, mas não é aplicável para todos os
metais e ligas
So
ld
ag
em
 a
 A
r metais e ligas.
soldagem de aços carbono, aços estruturais de
baixa liga, de alta resistência, aços de alto
carbono, aços inoxidáveis e ligas de níquel.
Aplicações Industriais
rc
o 
Su
bm
er
so As composições de ligas que podem ser
soldadas por SAW têm se expandido com a
crescente disponibilidade de eletrodos e
fluxos.
So
ld
ag
em
 a
 A
r
24/02/2011
22
Aplicações Industriais
rc
o 
Su
bm
er
so
So
ld
ag
em
 a
 A
r
Aplicações Industriais
rc
o 
Su
bm
er
so
So
ld
ag
em
 a
 A
r
24/02/2011
23
Aplicações Industriais
rc
o 
Su
bm
er
so
So
ld
ag
em
 a
 A
r
Aplicações Industriais
rc
o 
Su
bm
er
so
So
ld
ag
em
 a
 A
r
24/02/2011
24
Aplicações Industriais
rc
o 
Su
bm
er
so
So
ld
ag
em
 a
 A
r