21-Brasagem

Prévia do material em texto

1
Brasagem
•Fundamentos
•Equipamentos
•Consumíveis
•Técnica operatória
A li õ I d t i i
B
ra
sa
ge
m
•Aplicações Industriais
Fundamentos
Brasagem Æ grupo de processos de união que
produz a coalescência dos metais pelo
i t t t d daquecimento a uma temperatura adequada e
pelo uso de metal de adição que tem um ponto
de fusão abaixo da temperatura “solidus” do
metal de base. Æ metal de base nunca é levado
à fusão.
B
ra
sa
ge
m
Ponto de fusão MA > 450oC Æ “brasagem
forte” (“brazing”)
Ponto de fusão MA < 450oC Æ “brasagem
fraca” (“soldering”).
2
Fundamentos
Basagem: MA preenche a junta por ação
capilar. Boa qualidade Æ perfeito molhamento
das faces a serem unidas pelo metal de adiçãodas faces a serem unidas pelo metal de adição
fundido.
Imprescindível que as superfícies do metal
base estejam completamente isentas de
óxidos, graxas, etc.
B
ra
sa
ge
m
A limpeza normalmente é feita por meios
químicos ou mecânicos.
Aquecimento Æ proteção dos metais por um
fluxo ou uma atmosfera adequada.
Fundamentos
Fluxos, se usados, se fundem a temperaturas
inferiores à do metal de adição.
Ação nas superfícies a serem para dissolver
camadas de óxido eventualmente formadas
após a limpeza, permitindo assim que o metal
B
ra
sa
ge
m
p p p
de adição possa fluir livremente sobre as
superfícies a serem unidas e aderir ao metal
da base.
3
Fundamentos
Atmosfera: ativa, inerte ou vácuo (atmosferas
protetoras eliminam a necessidade de limpeza
após a operação, para eliminar da junta os
materiais corrosivos dos fluxos).
Capilaridade Æ controle rígido da distância de
separação entre as peças.
Espaçamento muito pequeno: preenchimento da
B
ra
sa
ge
m
Espaçamento muito pequeno: preenchimento da
junta é muito lento e pode ser apenas parcial;
Espaçamento exagerado: tempo de preenchi-
mento longo e formação de bolhas de gás ou de
inclusões de fluxo e óxidos.
Fundamentos
Ligação entre metal de adição e metal de base
se dá por difusão, e formação de ligas
intermetálicas na interface entre estesintermetálicas na interface entre estes
materiais.
Classificação: de acordo com o método de
aquecimento usado.
B
ra
sa
ge
m Mais importantes (em termos industriais): por
chama, em forno, por indução, por resistência,
por imersão e por infra-vermelho.
4
Fundamentos
Chama Æ o aquecimento é feito por uma ouChama Æ o aquecimento é feito por uma ou
mais tochas. O gás combustível pode ser o
acetileno, propano, gás de rua, etc. (depende
da temperatura e da quantidade de calor
requeridos). O metal de adição pode ser
colocado previamente na junta ou alimentado
B
ra
sa
ge
m
p j
manualmente. Brasagem a gás Æ uso de fluxo é
essencial.
Fundamentos
Forno Æ muito usada quando o metal de adição
pode ser colocado previamente na junta.
Aplicado geralmente em produção em série e
em grande escala. A proteção é feita por
fluxo por atmosfera controlada ou a vácuo
B
ra
sa
ge
m
fluxo, por atmosfera controlada ou a vácuo.
5
Fundamentos
Indução Æ o calor é obtido por uma corrente
induzida nas peças a unir. As peças são
l d d b b lcolocadas no interior de uma bobina, na qual
circula uma corrente alternada.
Projeto cuidadoso da junta e da bobina para se
garantir que as superfícies a serem brasadas
atinjam ao mesmo tempo a temperatura de
B
ra
sa
ge
m
atinjam ao mesmo tempo a temperatura de
trabalho.
Metal de adição colocado com antecedência na
junta e a proteção é feita por fluxo.
Fundamentos
Resistência Æ o calor é obtido por efeito
J l O l d d ã bé é l dJoule. O metal de adição também é colocado
previamente na junta e a proteção é feita por
fluxo ou atmosfera adequada.
Imersão Æ banho químico ou metal fundido.
Imersão em banho químico: metal de adição é
B
ra
sa
ge
m
Imersão em banho químico: metal de adição é
colocado previamente na junta e o conjunto é
imerso em um banho de sal fundido, aquecido
por resistência elétrica. A proteção pode ser
feita pelo próprio banho ou pelo uso de fluxo.
6
Fundamentos
Imersão em metal fundido: as partes são
imersas em um banho fundido do metal de
adição, contido em um recipiente adequado.
Infravermelho Æ utiliza o calor emitido por
B
ra
sa
ge
m
Infravermelho Æ utiliza o calor emitido por
fontes de radiação infravermelha, em geral
lâmpadas.
Fundamentos
Solda-brasagem (“braze welding”) Æ difere
da brasagem pelo desenho da junta e pelada brasagem pelo desenho da junta e pela
forma de deposição do metal de adição
(semelhantes ao que ocorre na soldagem).
A temperatura de fusão do metal de adição é
superior a 450oC. A solda-brasagem pode ser
B
ra
sa
ge
m
sup r or a 5 . so a rasag m po s r
realizada com chama, em forno e a arco.
Quando o aquecimento é a arco pode-se
utilizar os processos GTAW e GMAW.
7
Fundamentos
“MIG-Brazing” Æ reúne características da
brasagem e da soldagem MIG (GMAW). Um
rc létric é utiliz d c m f nt d c l rarco elétrico é utilizado como fonte de calor.
A transferência de metal pode ser do tipo
spray, curto circuito ou pulsada.
Aporte térmico relativamente baixo e efeitos
térmicos mínimos Æ largamente utilizado na
á
B
ra
sa
ge
m
g
união de chapas galvanizadas, em vários ramos
industriais, em situações em que é
fundamental preservar as características da
camada de zinco.
Equipamentos
Varia dependendo do método de aquecimento
utilizado.
B
ra
sa
ge
m
Forno Banhos
8
Equipamentos
Fornos: a gás, óleo ou elétricos (preferidos).
Bom controle de temperatura e distribuição
homogênea de calor em seu interior. Podem
ainda ser contínuos ou intermitentes e terem
atmosfera controlada ou operarem com vácuo.
B
ra
sa
ge
m
Equipamentos
I d ã f d i lé i b bi dIndução: fonte de energia elétrica e bobina de
indução. Corrente elétrica com freqüência
entre 60 e 450.000Hz. As mais usadas são:
10kHz (motor-gerador) e entre 350 e 450kHz,
(geradores de faísca). A bobina é geralmente
refrigerada a água e deve ter uma forma que
B
ra
sa
ge
m
r fr g ra a a água t r uma forma qu
permita envolver as peças a serem brasadas.
9
Equipamentos
Resistência: dois tipos. a) equipamento similarResistência dois tipos. a) equipamento similar
ao usado na soldagem por resistência e suas
características dependem da dimensão, forma
e material das peças a brasar. A proteção pode
ser feita por fluxo ou atmosfera controlada;
b) utiliza eletrodos de carvão, algumas vêzes
chamado de brasagem a arco O aquecimento é
B
ra
sa
ge
m
chamado de brasagem a arco. O aquecimento é
obtido pela passagem de uma corrente elétrica
pelo eletrodo de carvão e pelas peças.
Equipamentos
Imersão: a) em metal fundido normalmente é
feita para peças pequenas. O metal fundido
fica em um cadinho aquecido, que tem um
tamanho adequado. O método de aquecimento
deve garantir que o banho líquido e as peças
fiquem a uma temperatura superior à
temperatura de brasagem; b) brasagem por
B
ra
sa
ge
m
temperatura de brasagem; b) brasagem por
imersão em banho químico o aquecimento pode
ser feito por resistência elétrica ou por uma
tocha.
10
Equipamentos
Infravermelho: lâmpadas de quartzo de alta
intensidade (capazes de liberar até 5.000W de( p
energia radiante). Normalmente são empre-
gados refletores para a concentração da
radiação sobre a região a ser brasada.
Solda-brasagem: equipamentos similares aos
usados na soldagem a gás. Em alguns casos é
necessário o uso de pré-aquecimento
B
ra
sa
ge
m
necessário o uso de pré aquecimento.
MIG-Brazing: equipamento semelhante ao
utilizado no processo de soldagem MIG
(GMAW) convencional.
Equipamentos
Brasagem fraca: mesmos tipos de equipamento
usados na brasagem forte. O mais simples e
mais usado é o “ferro de solda”, geralmente de
cobre, com aquecimento por resistência
elétrica ou por chama.
B
ra
sa
ge
m
11
Consumíveis
Escolha do metal de adição (crítica) junta comEscolha do metal de adição (crítica) junta com
características adequadas a uma dada
aplicação Æ função do metal base, método de
aquecimento, desenho da junta e proteção.
MA deve ter: temperatura de fusão adequada,
B
ra
sa
ge
m
p q
boa molhabilidade, boa fluidez e propriedadesmecânicas compatíveis com a aplicação.
Consumíveis
Característica importante do MA: intervalo de
fusão. Metais puros e ligas eutéticas possuem
temperaturas de fusão bem definidas e as
demais apresentam intervalos de fusão (fases
líquida e sólida coexistem numa determinada
faixa de temperatura).
Linha “Solidus” Æ mais altas temperaturas em
B
ra
sa
ge
m
Linha Solidus mais altas temperaturas em
que a liga é completamente sólida; Linha “L
iquidus” Æ mais baixas temperaturas em que a
liga é completamente líquida. Em temperatu-
ras intermediárias, líquido e sólido coexistem.
12
Consumíveis
B
ra
sa
ge
m
Consumíveis
Preferível ligas de curto intervalo de fusão
para juntas curtas e ligas de amplo intervalo
para juntas longaspara juntas longas.
Juntas horizontais - distância percorrida pelo
material de adição:
2/1)
3
( μtTDx =
B
ra
sa
ge
m
x é a distância brasada num tempo t,
D é o espaçamento entre as peças,
T é a tensão superficial do líquido e
μ é a viscosidade do metal líquido.
3
13
Consumíveis
Temperatura não aparece explicitamente, mas
influencia fortemente a viscosidade do líquido.influencia fortemente a viscosidade do líquido.
Não há limite teórico para o comprimento da
junta horizontal; o processo continua
indefinidamente enquanto houver metal líquido
de adição suficiente e a temperatura das
f tid l d
B
ra
sa
ge
m
peças for mantida elevada.
Para juntas verticais existe um limite máximo
para o comprimento da junta.
Consumíveis
B
ra
sa
ge
m
14
Consumíveis
Limite para juntas verticais: (pressão da
coluna de líquido se iguala à pressão deq g p
Laplace, que é a força motriz da capilaridade).
gD
R
Tymáx 2. =
B
ra
sa
ge
m
T é a tensão superficial,
R é a densidade do metal líquido,
g é a aceleração da gravidade e
D é o espaçamento entre as peças.
Consumíveis
Outras considerações:ç
- possibilidade de interação entre MA e MB
(formação de compostos, difusão e
solubilização), que depende fortemente do
ciclo térmico de brasagem.
B
ra
sa
ge
m
- classificação dos metais de adição para
brasagem: norma AWS A 5.8 (Specification
for Filler Metals for Brazing).
15
Consumíveis
- metais de adição a base de Ag: usados para a
união de ferrosos e não ferrosos, exceto Al ef f ,
Mg. Podem ser empregados com todos os
métodos de aquecimento.
- metais a base de Ni: usados devido à sua boa
resistência à corrosão e poderem trabalhar a
temperaturas até 980oC, regime contínuo. São
geralmente empregados em aços inoxidáveis
B
ra
sa
ge
m
geralmente empregados em aços inoxidáveis
das séries 300 e 400, ligas de Ni e Co.
Também podem ser usados na brasagem de
aços-carbono, aços baixa-liga e cobre.
Consumíveis
- ligas de Co: usadas para serviço a alta
temperatura em metais de base também a
base de Co Atmosferas protetoras de altabase de Co. Atmosferas protetoras de alta
qualidade são necessárias.
- ligas a base de Al-Si: adequadas à brasagem
em forno e por imersão e, em certos casos, por
chama.
B
ra
sa
ge
m
- Au e suas ligas: usados na brasagem de Fe, Ni
e Co, quando a resistência à oxidação é
necessária ou em aplicações em que
componentes voláteis são indesejáveis.
16
Consumíveis
-ligas de Cu e Cu-Zn: usadas na união de
ferrosos e não-ferrosos, juntas sobrepostas
ou de topo com os diferentes métodos deou de topo, com os diferentes métodos de
aquecimento. Resistência à corrosão inade-
quada para juntas de Cu, bronze-silício, ligas
de Ni e aços inoxidáveis.
- Cu puro: usado com metais ferrosos, níquel e
li C P d i i l C
B
ra
sa
ge
m
ligas Cu-P: usadas principalmente com o Cu e
suas ligas, com todos os métodos de
aquecimento. Resistência à corrosão satisfa-
tória, exceto em atmosferas sulfurosas em
temperaturas elevadas.
Consumíveis
- Ligas de Mg: adequados para brasagem por
chama, em forno ou por imersão de ligas de
magnésio. Produção de juntas com boa
resistência a corrosão. Podem ainda ser usadas
com outros materiais.
B
ra
sa
ge
m
17
Consumíveis
Metal
base
Alumínio 
e ligas
Magnésio 
e ligas
Cobre e 
ligas
Aço carbono 
e baixa liga
Ferro 
fundido
Aço 
inoxidável
Níquel e 
ligas
Aço 
ferramenta
Aço 
ferramenta (a) (a)
BAg, 
BAu, 
RBCuZn, 
BNi
BAg, BAu, 
BCu, BNi, 
RBCuZn
BAg, 
BAu, 
RBCuZn, 
BNi
BAg, BAu, 
RCu, BNi
BAg, 
BAu, 
BCu, BNi, 
RBCuZn
BAg, BAu, 
BCu, BNi, 
RBCuZnBNi BNi RBCuZn
Níquel e 
ligas (a) (a)
BAg, 
BAu, 
RBCuZn
BAg, BAu, 
BCu, BNi, 
RBCuZn
BAg, 
BCu, 
RBCuZn
BAg, BAu, 
BCu, BNi
BAg, 
BAu, 
BCu, BNi
Aço 
inoxidável BAlSi (a)
BAg, 
BAu
BAg, BAu, 
BCu, BNi
BAg, 
BAu, 
BCu, BNi
BAg, BAu, 
BCu, Bni
Ferro 
fundido (a) (a)
BAg, 
BAu, 
RBCuZn
BAg, 
RBCuZn
BAg, BNi, 
RBCuZn
Aço BAg BAg BAu
B
ra
sa
ge
m
Aço 
carbono e 
baixa liga
BAlSi (a)
BAg, 
BAu, 
RBCuZn
BAg, BAu, 
BCu, BNi, 
RBCuZn
Cobre e 
ligas (a) (a)
BAg, 
BAu, 
BCuP, 
RBCuZn
Mg e ligas (a) BMg
Al e ligas BAlSi
(a) Não recomendado mas técnicas especiais podem ser utilizadas em alguns casos.
Consumíveis
Brasagem: processo atrativo na montagem de
conjuntos de metais refratários, em parti-
cular, com seções finas. MA Æ temperatura de
fusão na faixa de 650 a 2095oC. AgCuZn, CuP e
Cu são usados para brasagem de W, em
aplicações onde é necessário um bom contato
elétrico Metais de adição a base de Ta e Nb
B
ra
sa
ge
m
elétrico. Metais de adição a base de Ta e Nb
são usados para aplicações em que a
temperatura de serviço é elevada.
18
Consumíveis
Boa variedade de MA disponível para brasa-
gem de molibdênio, com intervalo de fusão na
mesma faixa dos usados para tungstênio.
Outros materiais de adição são também
disponíveis para união de nióbio e tântalo.
B
ra
sa
ge
m
Consumíveis
Soldabrasagem Æ MA a base de Cu e Zn ASoldabrasagem Æ MA a base de Cu e Zn. A
junta solda-brasada pode estar sujeita à
corrosão galvânica em certos ambientes e o
metal de adição pode ser menos resistente que
o metal de base em certas soluções químicas.
B f Æ MA d ti S Z S Pb
B
ra
sa
ge
m
Brasagem fraca Æ MA dos tipos Sn-Zn, Sn-Pb,
Sn-Ag, Sn-Sb, Sn-I, Zn-Al e Cd-Ag.
19
Consumíveis
A interação dos metais com o ambiente
depende do metal e das condições ambientes,
particularmente da temperatura podendoparticularmente da temperatura, podendo
ocorrer a formação de óxidos e nitretos, que
são prejudiciais ao processo de brasagem e ao
desempenho da junta.
Os fluxos de brasagem precisam permanecer
B
ra
sa
ge
m
g p p
em contato com a área a ser brasada para
impedir a formação de óxidos e facilitar a
remoção de camadas já existentes.
Consumíveis
A viscosidade do fluxo na temperatura dep
operação é uma característica importante para
que o metal de adição consiga expulsar o fluxo
da junta, preenchendo-a.
Tensão superficial do fluxo afeta a molhabi-
lidade do metal de base e o deslocamento do
B
ra
sa
ge
m
lidade do metal de base e o deslocamento do
metal de adição dentro da junta.
20
Consumíveis
Constituintes: Cloretos, fluoretos, fluobo-
ratos, boratos, bórax, ácido bórico, agentes
áumectantes e água.
Fluxos: combinação de alguns destes
constituintes, misturados numa proporção
adequada a uma dada situação.
B
ra
sa
ge
m
Na maioria dos trabalhos, o fluxo é aplicado na
peça sob a forma de uma pasta (fluxo volátil
pode ser introduzido com o gás da chama).
Consumíveis
Classificação AWS: grupos, dependendo do seu
desempenho em um certo tipo de metal de
b d t i d f i d t tbase, numa determinada faixa de temperatura.
Alguns metais de adição são autofluxantes
(exemplo: Cu3P do cobre-fósforo age como
fluxo quando usado em cobre e suas ligas).
B
ra
sa
ge
m
Efeito fluxante ocorre apenas quando o metal
de adição está líquido, podendo ocorrer a
oxidação das peças durante o aquecimento e
resfriamento da junta.
21
Consumíveis
Classe Metal de Metal de adição Faixa de temperatura Forma deClasse 
AWS
Metal de 
base
Metal de adição 
recomendado
Faixa de temperatura 
recomendada (oC)
Forma de 
fornecimento
FB1 Ligas de Al BAlSi 540-615 Pó
FB2 Ligas de Mg BMg 480-620 Pó
FB3
Aço carbono 
e aço 
inoxidável
BAg, BCuP, BCu, 
BNi, BAu, 
RBCuZn565-1205 Pó, pasta e líquido
B
ra
sa
ge
m
FB4 Alumínio-Bronze BAg e BCuP 595-870 Pasta
Consumíveis
Atmosferas controladas: usadas para prevenir
a formação de óxidos (brasagem em forno,
indução ou por resistência. Diversas
combinações de gases, fluxos sólidos ou
líquidos e vácuo podem ser usadas.
B
ra
sa
ge
m
q p
22
Consumíveis
M G B ( h l d ) dMIG-Brazing (chapas galvanizadas): arames de
bronze, ligas Cu-Si e ligas Al-Bronze. O gás de
proteção mais utilizado é o argônio, mas na
brasagem com arames de liga Cu-Si poderão
ser utilizadas misturas empobrecidas de
oxigênio e gás carbônico CO2 contribui para
B
ra
sa
ge
m
oxigênio e gás carbônico. CO2 contribui para
um arco mais estável. Não se utiliza fluxo.
Técnica Operatória
Junta brasada com qualidade aceitável:
projeto da junta é fundamental, além dasp j j ,
técnicas normais de limpeza, brasagem
propriamente dita e limpeza final.
O tipo de junta e seus detalhes dependem da
composição do metal de base, do metal de
adição das condições de serviço do processo
B
ra
sa
ge
m
adição, das condições de serviço, do processo
de brasagem, da quantidade de peças, do
método de aplicação do metal de adição e do
fluxo a ser usado, entre outros.
23
Técnica Operatória
Junta são usados em brasagem: Apenas dois -
sobrepostas (preferenciais, > resistência) e de
topo e variações para aumentar a áreatopo e variações, para aumentar a área.
B
ra
sa
ge
m
Técnica Operatória
Espaçamento entre as peças: grande influência
nas características mecânicas.
B
ra
sa
ge
m
Aço de baixo carbono brasado com BAg-1
24
Técnica Operatória
B
ra
sa
ge
m
Aço de baixo carbono brasado com BAg-1
Técnica Operatória
Espaçamentos recomendados à temperatura de brasagem:
Metal de 
adição
Espaçamento da junta 
(mm)
BAlSi
BCuP
BAg
BAu
0,15 – 0,61
0,03 – 0,12
0,05 – 0,12
0,05 – 0,12
B
ra
sa
ge
m
BCu
RBCuZn
BMg
BNi
0,00 – 0,05
0,05 – 0,12
0,10 – 0,25
0,05 – 0,12
25
Técnica Operatória
Espaçamento entre as peças varia com ap ç p ç
temperatura. Metais similares, de massas
aproximadamente iguais, o espaçamento à
temperatura ambiente é aproximadamente
igual ao espaçamento na temperatura de
brasagem. Metais dissimilares (diferentes
fi i t d ã té i dif
B
ra
sa
ge
m
coeficientes de expansão térmica ou diferen-
tes massas), o espaçamento pode variar
bastante na temperatura de brasagem.
Técnica Operatória
Sequência de brasagem: limpeza adequada
seguida de aplicação do fluxo...
Fluxos em pasta ou líquidos são aplicados
diretamente sobre a junta, em pó são
borrifados sobre a junta ou colocados no metal
B
ra
sa
ge
m
de adição, na forma de revestimento deste
(aquecimento e mergulho da vareta em um
recipiente contendo o fluxo).
26
Técnica Operatória
Sequência de brasagem: ... posicionamento das
peças, (peso próprio ou posicionadores,
colocados o mais longe possível da região a ser
brasada e com a menor área de contato
possível com as peças, para minimizar as
B
ra
sa
ge
m
perdas de calor por condução).
Técnica Operatória
- brasagem por chama, posicionadores devem
permitir o acesso da tocha e a alimentação dopermitir o acesso da tocha e a alimentação do
metal de adição.
- brasagem em forno, fixadores não devem
possuir constituintes voláteis, para não
interferir com a atmosfera protetora.
B
ra
sa
ge
m - brasagem por indução, fixadores cerâmicos,para evitar a introdução de materiais
estranhos no campo de indução da bobina.
27
Técnica Operatória
IMPORTANTE: o fluxo deve ser removido daIMPORTANTE: o fluxo deve ser removido da
junta após a operação (em geral com água
quente ou com o uso de agentes químicos)
Áreas oxidadas durante o processo podem ser
recondicionadas por meios químicos ou
B
ra
sa
ge
m
recondicionadas por meios químicos ou
mecânicos.
Aplicações
Brasagem forte, fraca e a soldabrasagem têm
grande faixa de aplicações industriais,
principalmente: união de metais dissimilares,
de peças de pequena espessura (deformação
excessiva), materiais tratados termicamente
evita perda do tratamento), união metal-
cerâmica etc MIG Brazing tem grande apli
B
ra
sa
ge
m
cerâmica etc. MIG-Brazing tem grande apli-
cação na união de chapas galvanizadas e chapas
finas de aço inoxidável.