Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 1 SUMÁRIO CAPÍTULO I Metalurgia da soldagem...................................................................................... 04 CAPÍTULO II Processos de soldagem e Consumíveis................................................................ 13 CAPÍTULO III Terminologia e simbologia de soldagem............................................................... 124 CAPÍTULO IV Instruções e registros de soldagem...................................................................... 172 CAPÍTULO V Controle de deformação........................................................................................ 177 CAPÍTULO VI Alívio de tensão residual...................................................................................... 193 REFERÊNCIAS.................................................................................................... 219 Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 2 Introdução O simples fato de se usar calor nos processos de soldagem implica em alterações na microestrutura do material metálico. Na verdade, na maioria dos casos, a soldagem reproduz no local da solda os mesmos fenômenos que ocorrem durante um processo de fundição. Ou seja, do ponto de vista da estrutura metalográfica, o material apresenta características de metal fundido. Por isso, não podemos nos esquecer de que, às vezes, o metal após sofrer aquecimento, tem suas características mecânicas afetadas. Assim, a junta soldada pode se tornar relativamente frágil. Na região afetada pelo calor, a estrutura do metal pode ser modificada pelo aquecimento e rápido resfriamento durante o processo de soldagem. A composição química fica, entretanto, praticamente inalterada. Aspectos Térmicos A região que foi afeta pelo calor durante a soldagem é função: • da composição química do metal base • do ciclo térmico da soldagem • da geometria da junta • do procedimento de soldagem • do gradiente térmico entre a poça de fusão e o meta l base. Se, por exemplo, compararmos a soldagem manual ao arco com eletrodos revestidos finos, com o processo de soldagem a gás em peças de aços ao carbono, verificaremos que a região que sofreu alterações em função do calor durante a soldagem será menor. É nessa região que uma série de fenômenos metalúrgicos ocorrem. 1. Metalurgia da Soldagem Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 3 A zona fundida é a solda propriamente. Nesta região encontramos o metal de adição diluído com o metal base, fazendo a ligação metalúrgica entre eles. Ë nesta região que se encontram as maiores temperaturas geradas pelo calor da soldagem. O metal de solda, composto pelo metal de adição e o metal base se fundem e solidificam, resultando numa estrutura metalúrgica bruta de fusão típica. Na região próxima à zona fundida está a zona de ligação , na qual se observa uma transição entre a estrutura do metal fundido e a do metal de base. Próximo a essa faixa, está à zona afetada termicamente (ZAT) ou zona afetada pelo calor (ZAC) na qual o metal é superaquecido de modo que haja um aumento do tamanho do grão e, portanto, uma alteração das propriedades do material. Essa faixa é normalmente a mais frágil da junta soldada. À medida que se distancia da zona fundida, as diferenças na estrutura no metal base diminuem, já que as temperaturas também diminuem, até que não são suficientemente altas para alterar esta estrutura. Do ponto de vista prático a característica física mais importante da soldagem por fusão é a evolução da temperatura na ZTA e na solda, ao longo do tempo, isto é, durante e após a soldagem. A soldagem produz, ao longo da junta, uma variação complexa da temperatura, a qual impõe variados tratamentos térmicos, alterando, portanto, suas propriedades. Em uma soldagem de topo, como a da figura acima, o arco elétrico em movimento introduz calor em certa região específica. Supondo-se o metal base inicialmente frio, o calor flui desta área, difundindo-se pelo material. A figura abaixo mostra um dado instante da soldagem. Identifica-se a área de incidência do calor e do metal de adição e observa-se, também, a poça de fusão situada na frente de soldagem e que acompanha o movimento do arco elétrico. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 4 Atrás da poça, onde a temperatura é mais baixa, tem-se a solda solidificada, unindo as bordas da junta. Um modo de imaginar a distribuição do calor consiste em visualizar as linhas isotérmicas no plano do metal base, num dado instante. Ver figura abaixo. Existe um campo de temperaturas que se move, mantendo-se sempre constante em relação ao extremo do eletrodo. Trata-se de uma onda de calor que acompanha o movimento do arco, de modo similar às ondas produzidas por um barco navegando em águas tranqüilas. Os picos mais altos de temperatura são os mais próximos da solda. Quando a onda passa, cada ponto é aquecido até o pico de temperatura e então resfria. O ponto 1, mais próximo do eixo da solda, alcança temperatura mais elevada que o ponto 2. O ponto 1 alcança mais cedo o seu pico de temperatura devido à maior proximidade do eixo da solda. Ver figura abaixo. Repartição Térmica A repartição térmica é definida pela máxima temperatura atingida em cada ponto, em função da distância deste ponto ao centro do cordão de solda, estando associada basicamente à extensão da zona afetada pelo calor. Esta por sua vez, é determinada pela mínima temperatura Tzac, que afeta a microestrutura e/ou as propriedades do metal de base. A repartição térmica pode ser representada por um gráfico “máxima temperatura x distância do eixo da solda”, conforme abaixo. 400º 1100º 2550º 1850º 1560º 1335º S 400º 1100º 2550º 1850º 1560º 1335º 1 2 3 4 5 Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 5 Ciclo Térmico O ciclo térmico de soldagem é o lugar geométrico dos pontos de variação da temperatura em função do tempo, em uma distância fixa a partir do centro do cordão de solda. Os ciclos térmicos a que se sujeitam os pontos 1 a 5 estão ilustrados na figura abaixo. Pode-se ver que cada ponto é aquecido rapidamente para uma temperatura elevada e então resfria. Este é o tratamento térmico que a soldagem impõe ao metal base, tratando tanto a solda como a ZTA. Algumas considerações gerais sobre ciclos térmicos de soldagem são: • o pico de temperatura decresce com o aumento da distância ao eixo da solda, • quanto maior for à distância do centro da solda, maior será o tempo para atingir o pico de temperatura, • quanto maior for à distância do centro da solda, menores serão as velocidades de aquecimento e resfriamento, TEMPERATURA DISTÂNCIA X 1 2 3 4 5 Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 6 • a velocidade de resfriamento, a qualquer temperatura no ponto considerado, será representada pela tangente à curva neste ponto. Os fatores que influenciam o ciclo térmico são: • à medida que a massa da peça aumenta – expressa pela sua espessura, o gradiente de temperatura e a velocidade de resfriamento aumentam. • forma geométrica: dependendo da geometria da peça, esta poderá trocar calor com o ambiente, a partir do conceito dos caminhos de fuga de calor. • temperatura inicial junta: quanto maior for à temperatura inicial, mais extensa será a ZTA, maior o tempo de permanência à temperatura elevada e menor a velocidade de resfriamento. • procedimento de soldagem: influencia na energia líquida adicionada, ou aporte térmico. Com o aumento da energia líquida adicionada, reduz-se o gradiente térmico e a velocidade de resfriamento,enquanto que o tempo de permanência às temperaturas elevadas é maior. De posse dessas duas funções, ciclo térmico e repartição térmica pode-se estudar as transformações metalúrgicas, no estado sólido, que ocorrem numa junta soldada. O ciclo térmico possibilitará a interpretação ou previsão das transformações, enquanto que a repartição térmica permitirá determinar a extensão da região onde se passam tais fenômenos. Na prática, entretanto, para as temperaturas onde é possível a têmpera, pode-se considerar constante a velocidade de resfriamento ao longo da ZTA. Características Térmicas dos Principais Processos d e Soldagem Soldagem a gás Caracteriza-se por um aquecimento lento, um tempo de permanência relativamente longo e uma velocidade de resfriamento pouco elevada. É o processo que favorece os fenômenos sensíveis ao tempo de permanência e a temperatura, como a precipitação e crescimento de grão. Dificulta as transformações dependentes da velocidade de resfriamento, como por exemplo, a têmpera. A zona termicamente afetada é a mais externa entre os diversos processos. Soldagem a arco elétrico São os processos – eletrodo revestido, TIG, MIG/MAG, arame tubular, arco submerso – de difícil caracterização quanto ao ciclo térmico, pois podem ser aplicados em condições energéticas diferentes. De modo geral, são processos pouco sensíveis ao Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 7 superaquecimento, mas que podem provocar a têmpera, dependendo da energia escolhida. Soldagem em vários passes (multipasse) Em muitos processos, a solda é constituída de deposições sucessivas de metal. É a soldagem em vários passes. Cada passe superpõe seu ciclo térmico aos precedentes, provocando a evolução das estruturas e propriedades da solda. Se o tempo entre passe não é longo, a temperatura inicial a cada passe tende a se elevar, diminuindo, em conseqüência, a velocidade de resfriamento e aumentando o tempo de permanência. O ciclo térmico do primeiro passe é o mais crítico. Tanto a solda como a zona termicamente afetada podem voltar a ultrapassar a temperatura de transformação e com velocidade de resfriamento menor. Este comportamento térmico é particularmente interessante na regeneração estrutural das zonas superaquecidas. Energia Líquida Adiciona (Energia de Soldagem / Hea t Imput) Na maioria dos processos de soldagem iremos encontrar um elemento comum e primordial: a Energia Térmica . Sem calor não há soldagem. O calor é gerado por diferentes fontes de energia. As principais são: • química • mecânica • elétrica • ótica Um grande número de processos de soldagem faz uso do arco voltaico, pois o calor por ele fornecido pode ser bem concentrado e controlado. Sua potência é representada pelo produto da intensidade de corrente (I) através do arco elétrico e a diferença de potencial (V) neste mesmo arco. P = V . I (Watts) A esta potência, durante certo tempo, em segundos, corresponderá certo dispêndio de energia (trabalho W), representado por: W = V . I . t (joules) Em uma soldagem ao arco elétrico, este arco desloca-se com certa velocidade, chamada velocidade de soldagem (Vs). Se esta velocidade de soldagem (Vs) é Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 8 expressa em centímetros por segundo, a Energia Fornecida ou Energia Consumida pelo arco será: E = V . I (joule/cm) Vs Assim, a energia consumida é a quantidade de energia introduzida, por unidade de comprimento de solda, por uma fonte móvel (arco elétrico). Entretanto, somente uma parte dessa energia é efetivamente transferida ao metal base. Essa parcela de energia é denominada de calor líquido adicionado (E) , estando diretamente relacionado ao rendimento térmico ( ηηηη). Este, por sua vez, depende principalmente das condições de soldagem e do processo de soldagem que se está utilizando. E = ηηηη . V . I (joules/mm) Vs É precisamente esse calor que será responsável pelos efeitos metalúrgicos, tanto na solda como na zona termicamente afetada. Por razões metalúrgicas, quase sempre é preferível atingir a necessária fusão dos metais com um mínimo de calor adicionado. Isto será possível utilizando-se fontes de calor de alta intensidade. O cálculo da quantidade de calor estabelece, com certa aproximação, um meio prático de se raciocinar quantitativamente sobre a soldagem. Permite, pois: • comparar diretamente o calor adicionado entre procedimentos de soldagem diferentes • prever as alterações estruturais na ZTA, seus efeitos metalúrgicos e propriedades mecânicas • indicar condições de aquecimento e de resfriamento da junta • alterar, dentro de certos limites, os principais parâmetros (tensão, corrente e velocidade de soldagem), para se conseguir um resultado final adequado. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 9 Entretanto, grandes mudanças produzem alterações na geometria da solda (tamanho e forma do cordão). A tabela abaixo resume como algumas variáveis do procedimento de soldagem podem afetar a energia líquida adicionada. FATORES EFEITO EXPLICAÇÃO Diâmetro do eletrodo aumentado Aumenta Implica em aumento de corrente Tecimento (oscilação) Aumenta Reduz a velocidade de soldagem Diminuição do arco Diminui Reduz a tensão do arco ( em fontes de corrente constante) Mudança no gás protetor (Ar para He) Aumenta Aumenta a tensão do arco Maior velocidade de alimentação do metal de solda (quando houver) Aumenta Implica, em princípio, em aumento da corrente Soldagem fora da posição plana Diminui Implica, em princípio, na redução da corrente ou aumenta a velocidade de soldagem para reduzir a poça de fusão. Pré aquecimento O pré aquecimento tem por objetivo principal reduzir a velocidade de resfriamento durante a operação de soldagem, com a finalidade de: • Não modificar a microestrutura • promover a difusão do hidrogênio causador das trincas a frio • modificar o nível e distribuição das tensões residuais Do ponto de vista mais geral, o pré aquecimento deve também ser entendido englobando o aquecimento entre passes, no caso de soldagem em múltiplos passes, quando o calor gerado pelo arco não é suficiente para manter a temperatura de pré aquecimento entre passes sucessivos. A temperatura de pré aquecimento é a mínima temperatura que deverá ser alcançada em toda a espessura do material e, em pelo menos 100 mm para ambos os lados da junta, antes de se efetuar a solda. Na prática, a temperatura de pré aquecimento situa-se entre a temperatura ambiente e 450oC e, para casos específicos, como na soldagem do ferro fundido, até 700o C. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 10 A temperatura de pré aquecimento deve ser equilibrada com o calor adicionado no transcorrer da soldagem, conforme o tipo de metal base e em função das propriedades requeridas para a junta soldada. As condições de pré aquecimento não podem ser determinadas sem o conhecimento das características gerais de soldabilidade a que estão sujeitos os metais base envolvidos. Pós aquecimento O emprego do pós aquecimento se faz necessário quando se solda materiais que formam estruturas metalúrgicas duras, e estejam sujeitas aos efeitos do hidrogênio difusível. Nestes casos é comum o aparecimento de trincas induzidas pelo hidrogênio ou trincas a frio. Para reduzir estes efeitos usa-se o pós aquecimento. O pós aquecimento pode ser aplicado de diversas maneiras, como por exemplo, após a soldagem colocando a peça em um forno, ou aquecendo a peça com chamaou outro sistema e controlando o seu resfriamento até a temperatura ambiente. Outra forma é apenas controlar a taxa de resfriamento da peça cobrindo-a com cal ou manta refratária. Utiliza-se o pós aquecimento também para alívio de tensões em conjuntos soldados. As temperaturas de pós aquecimento e a taxas de resfriamento necessárias dependerão dos metais e dos conjuntos envolvidos. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 11 Processo Oxigás (OFW – Oxigen Fuel Welding) Introdução Soldagem a gás A soldagem como processo de fabricação só passou a ser usada efetivamente após o início da Primeira Guerra Mundial. A partir dessa época, a tecnologia da soldagem sofreu um grande impulso com o aperfeiçoamento dos processos já existentes, como a soldagem a arco elétrico, a soldagem oxigás, por resistência, por aluminotermia, e o desenvolvimento de novos e diversificados processos. A soldagem é atualmente o método mais usado e mais importante de união permanente de peças metálicas. Usada em conjunto com outros processos de fabricação, ela permite a montagem de conjuntos com rapidez, segurança e economia de material. A soldagem a gás é um processo através do qual os metais são soldados por meio de aquecimento com uma chama de um gás combustível e oxigênio. Isso produz uma chama concentrada de alta temperatura que funde o metal-base e o metal de adição, se ele for usado. Figura 1 Embora esse processo gere temperatura elevadas, estas ainda são baixas se comparadas com as geradas pelo arco elétrico. Por causa disso, a velocidade de 2. Processos de Soldagem e Consumíveis Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 12 soldagem é baixa e , apesar da simplicidade e baixo custo, o uso em processos industriais da soldagem a gás é muito restrito. Assim, ela é usada apenas quando se exige um ótimo controle de calor fornecido e da temperatura das peças, como na soldagem de chapas finas e tubos de pequeno diâmetro e, também na deposição de revestimentos com propriedades especiais na superfície das peças. Seu maior uso se dá na soldagem de manutenção. Para realizar a soldagem a gás, o equipamento básico necessário é composto por dois cilindros, um contendo oxigênio e outro contendo o gás combustível, dotados de reguladores de pressão, mangueiras para conduzir os gases até o maçarico. Figura 2 O equipamento usado para a soldagem a gás é de baixo custo e, com acessórios adequados, pode também ser usados em outras operações como: dobramento, desempeno, pré e pós-aquecimento, brasagem, solda- brasagem e corte a gás. O principal item desse equipamento básico é o maçarico, no qual os gases são misturados e do qual eles saem para produzir a chama. Ele é composto basicamente de: Figura 3 • Corpo , no qual estão as entradas de gases e os reguladores da passagem dos gases; • Misturador, no qual os gases são misturados; • Lança, na qual a mistura de gases caminha em direção ao bico; • Bico, que é o orifício calibrado por onde sai a mistura dos gases; Eles recebem o oxigênio e o gás combustível e fazem a mistura na proporção adequada à produção da chama desejada. A vazão de saída dos gases determina se a chama será forte, intermediária ou suave. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 13 Finalmente, a proporção dos gases determina se a chama será oxidante, neutra ou redutora, cuja importância você verá mais adiante. Basicamente , existem dois tipos de maçaricos: a) O maçarico de baixa pressão , do tipo injetor , que fornece uma mistura de gás e oxigênio sem variação de proporção. Ver figura 8. Entrada de oxigênio Entrada de gás Injetor Mistura entre os gases Câmara de mistura Bico Figura 4 b) O maçarico misturador é usado com cilindros de gás de média pressão Nele, os gases passam por válvulas que permitem controlar a proporção da mistura, e continuam através de tubos independentes até o ponto de encontro dos gases sem sofrer alterações significativas de volume e pressão. Ver figura 9. 1. Entrada de oxigênio 2. Entrada de gás 3. Ponto de encontro dos gases 4. Misturador de gases 5. Câmara de mistura 6. Bico Figura 5 O regulador de pressão tem a função de controlar a pressão dos gases que saem dos cilindros de modo que ela diminua até a pressão de trabalho. Ele pode ser de dois tipos: de um ou dois estágios. O desenho ao lado ilustra as partes componentes de um regulador de um estágio. As mangueiras têm a função de conduzir os gases. Elas devem ser flexíveis e capazes de resistir à alta pressão e a uma temperatura moderada. Para facilitar a identificação, a mangueira para os gases combustíveis deve ser vermelha e ter rosca esquerda. A mangueira de oxigênio deve ser verde e ter rosca direita. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 14 Cada mangueira deve ser protegida por válvulas de segurança presente no regulador de pressão e no maçarico. Figura 6 Os Gases O processo oxigás precisa de dois gases : oxigênio e um gás combustível. Oxigênio É o gás mais importante para os seres vivos, existindo em abundância no ar, cerca de 21% em volume ou 23% em massa. É inodor, incolor, não tóxico e mais pesado que o ar ( peso atômico: 31,9988 g/mol). O Oxigênio por si só não é inflamável porém sustenta a combustão, reagindo violentamente com materiais combustíveis, podendo causar fogo ou explosões. O oxigênio pode ser obtido de duas formas: Através de reações químicas pela eletrólise de água , porém este método é utilizado apenas em laboratórios em função de sua baixa eficiência, e através da destilação fracionada do ar atmosférico (aspiração, filtragem, compressão, resfriamento, expansão, interação e evaporação). Gases Combustíveis São vários os gases combustíveis que podem ser usados para ignição e manutenção da chama de aquecimento. Os gases utilizados são: Acetileno, Propano, GLP, gás de Nafta, Hidrogênio e Gás natural. A natureza do gás combustível influenciará na temperatura da chama, consumo de Oxigênio e custo do processo. Dentre estes, os mais utilizados são o Acetileno e o GLP. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 15 Acetileno (C 2H2) Entre os vários gases citados , o acetileno é o de maior interesse no uso industrial por possuir uma elevada temperatura de chama (3.100°C), em função de este hidrocarboneto possuir o maior percentual em peso de carbono que os outros combustíveis. É um gás estável a temperatura e pressão ambiente , porém não se recomenda seu uso sob pressões superiores a 1,5Kg/cm2, onde o gás pode entrar em colapso e explodir. O acetileno é obtido a partir da reação química do mineral carbureto de cálcio (CaC2) com a água pela seguinte reação química CaC2 + 2H2O = C2H2 +Ca(OH)2 O carbureto de cálcio por sua vez é produzido dentro de um forno elétrico num processo contínuo pela reação do carvão coque com o cal viva a uma temperatura de 2.500°C. Comercialmente o carbureto de cálcio pode ser vendido em diversas granulometrias sob forma sólida, podendo ser usado em geradores para obtenção de acetileno no local de uso. O acetileno é tão usado na soldagem a gás que muitas vezes o processo recebe o nome de soldagem oxiacetilênica . GLP O Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) é uma mistura de 2 gases (Propano: C3H8 e Butano : CH3CH2CH2CH3) que são hidrocarbonetos saturados. O GLP é incolor e inodoro em concentrações abaixo de 2% no ar. É um gás 1,6 vezes maispesado que o ar sendo utilizado como combustível para queima em fornos industriais, aquecimento e corte de materiais ferrosos. O GLP é constituinte do óleo cru (cerca de 2%) e recuperado tal como outros subprodutos do petróleo em refinarias. O gás é estocado de forma condensada sob pressão em esferas. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 16 Em função da qualidade de gás combustível e de oxigênio, o maçarico pode fornecer diferentes tipos de chama, aplicáveis à soldagem de diferentes tipos de metais. É a regulagem da chama que vai permitir o aparecimento de seus três tipos básicos: 1. Chama redutora ou carburante : é obtida pela mistura de oxigênio e maior quantidade de acetileno. Esse tipo de chama é caracterizado pela cor amarela clara e luminosa e pela zona carburante presente no claro. É usada para a soldagem de ferro fundido, alumínio, chumbo e ligas de zinco. Figura 7 2. Chama neutra ou normal : formada a partir da regulagem da chama redutora, é obtida pela mistura de uma parte de gás, uma de oxigênio do ar, e se caracteriza por apresentar um dardo brilhante. Ela é usada para a soldagem de cobre e todos os tipos de aços. Figura 8 3. Chama oxidante : é a obtida a partir da chama neutra, diminuindo a quantidade de acetileno e aumentando a quantidade de oxigênio. É usada para a soldagem de aços galvanizados, latão e bronze. Figura 9 Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 17 Consumíveis Além dos gases, mais dois tipos de materiais são às vezes necessário para a realização da soldagem a gás: os fluxos e os metais de adição . Juntamente com o gás, esses materiais são chamados de consumíveis . Para realizar soldagem de boa qualidade, é necessário que as peças metálicas tenham sua superfície livre da presença de óxidos. Como o oxigênio é parte integrante do processo de soldagem a gás e como a afinidade de certos metais com o oxigênio é instantânea é quase impossível impedir a formação desses óxidos. Uma maneira de removê-los é por meio do uso dos fluxos. Os fluxos são materiais em forma de pó ou pasta que se fundem e têm a função de reagir quimicamente com óxidos metálicos que se formam no processo. Eles são usados na soldagem de aços inoxidáveis e de metais não ferrosos como o alumínio e o cobre e suas ligas. Os metais de adição são usados para preenchimento da junta e para melhorar as propriedades dos metais de base, quando necessário. Encontram-se no comércio sob a forma de varetas com comprimentos e diâmetros variados. São escolhidos em função da resistência mecânica e/ou da composição química do metal de base. Etapas e técnicas da soldagem a gás O processo de soldagem a gás apresenta as seguintes etapas: Abertura dos cilindros e regulagem das pressões de trabalho. Acendimento e regulagem da chama. Formação da poça de fusão . Deslocamento da chama e realização do cordão de solda, com ou sem metal de adição. Interrupção da solda. Extinção da chama. Dentro desse processo, duas técnicas de soldagem podem ser empregadas: a soldagem à esquerda e a soldagem à direita . Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 18 A soldagem à esquerda ocorre quando a vareta do metal de adição precede o maçarico ao longo do cordão. Nesse caso, o metal de adição é depositado à frente da chama. Na soldagem à esquerda, o ângulo entre o maçarico e a peça deve ficar em torno de 60o. O ângulo entre a vareta e a peça, por sua vez, deve ficar entre 45 e 60o. Figura 10 Essa técnica é usada para a soldagem de peça com até 6 mm de espessura, e de metais não ferrosos, porque o cordão de solda obtido é raso. Ela necessita geralmente que o soldador faça movimentos rotativos ou ziguezague de um lado para o outro da chapa para obter uma fusão perfeita. A soldagem à direita acontece quando a chama é dirigida para a poça de fusão e o metal de adição é depositado atrás da chama. O ângulo entre o maçarico e a chapa deve ficar entre 45 e 60o e o ângulo entre a vareta e a chapa é de aproximadamente 45o. Figura 11 Nessa técnica, o maçarico se desloca em linha reta, enquanto a vareta de solda avança em movimento de rotação no banho de fusão . Ela é empregada para a soldagem de materiais com espessura acima de 6 mm. A soldagem à direita apresenta uma série de vantagens: • maior facilidade de manuseio do maçarico e da vareta de solda; • maior velocidade de soldagem ; • melhor visão da poça de fusão e, consequentemente, melhor controle durante a soldagem; • menores esforços de dilatação e contração; • possibilidade de soldagem de ampla faixa de espessuras de materiais. Uma soldagem realizada corretamente proporciona a fusão satisfatória em ambas as bordas da junta soldada e deve apresentar o seguinte aspecto: Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 19 Figura 12 Por outro lado a aplicação errada das técnicas de soldagem, a escolha incorreta do metal de adição, o tamanho inadequado da chama podem gerar defeitos na soldagem. Por isso, é importante conhecer os tipos de defeitos, quais suas causas e como prevenir-se ou corrigi-los. Veja quadro a seguir: DEFEITO CAUSA CORREÇÃO Falta de penetração 1. chama muito fraca 2. técnica inadequada de soldagem. 3. Velocidade de soldagem muito grande 4. Uso de vareta de diâmetro muito grande 1. regular a chama adequadamente, aumente a vazão dos gases ou troque a extensão do maçarico por um maior, de acordo com a espessura da chapa a soldar . (consultar tabela do fabricante do maçarico). 2. Utilizar ângulo correto de trabalho . 3. Diminuir a velocidade de soldagem , mantendo-a de maneira que a largura do cordão fique com aproximadamente o dobro do diâmetro da vareta. 4. Utilizar vareta de menor diâmetro. Falta de fusão 1. A velocidade de soldagem muito alta. 2. Distância incorreta entre o dardo da chama (cone brilhante) c/a peça 1. Diminuir a velocidade de soldagem ,mantendo-a de maneira que a largura do cordão fique com aproximadamente o dobro do diâmetro da vareta. 2. Manter o dardo da chama a uma distância de aproximadamente 3mm da peça. Mordedura da face 1. Chama muito fraca 2. Ângulo de trabalho errado 1. Regular a chama adequadamente; aumentar a vazão dos gases ou trocar a extensão do maçarico por maior, de acordo com a espessura da chapa (consultar a tabela do fabricante do maçarico). 2. Utilizar ângulo correto de trabalho. Superfície irregular 1. Técnica inadequada d deposição. 2. Bico sujo. 1. O Aprimorar a técnica de deposição. 2. Limpar o bico Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 20 3. Diâmetro do bico inadequado. 4. Regulagem inadequada da chama 3. Utilizar o diâmetro do bico adequado à espessura da peça a soldar (consulta r tabela do fabricante do maçarico). 4. Regular a chama adequadamente de acordo com o material a ser soldado. Corte a Oxigás (Oxicorte) As operações de soldagem são precedidas pelas operações de corte. Por questões de economia de escala e característica do processo de fabricação dos materiais metálicos, estes são produzidos em dimensõespadronizadas, não sendo adequadas ao uso para todos os fins a que se destinam. Em função deste aspecto , tornam-se necessário operações de corte das matérias primas. O corte pode ser efetuado de diversas formas: • Mecanicamente : corte por cizalhamento através de guilhotinas, tesouras, etc.; por arrancamento através de serras, usinagem mecânicas, etc., • Por fusão : utilizando-se como fonte de calor um arco elétrico ex. arc air (goivagem), plasma. • Reação química : onde o corte se processa através de reações exotérmicas de oxidação do metal, ex. corte oxicombustível. • Elevada concentração de energia : neste grupo enquadram-se os processos que utilizam o princípio da concentração de energia como característica principal de funcionamento, não importando se a fonte de energia é química, mecânica ou elétrica. Enquadram-se neste, o corte por jato d’água de elevada pressão, LASER e algumas variantes do processo plasma. Característica do Processo de Corte Oxigás O oxicorte é o processo de seccionamento de metais pela combustão localizada e contínua devido a ação de um jato de oxigênio , de elevada pureza, agindo sobre um ponto previamente aquecido por uma chama oxicombustível. Na temperatura ambiente e na presença de Oxigênio, o ferro se oxida lentamente . A medida que a temperatura se eleva, esta oxidação se acelera, tornando-se praticamente instantânea a1350°C. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 21 Nesta temperatura, chamada de temperatura de oxidação viva , o calor fornecido pela reação é suficiente para liqüefazer e realimentar a reação. O óxido no estado líquido se escoará, permitindo o contato do ferro devidamente aquecido com Oxigênio puro, dando continuidade ao processo. Ver figuras 17 e 18. Figura 13 Representação esquemática do corte oxiacetilênico As condições básicas para a obtenção do oxicorte são as seguintes: • A temperatura de início de oxidação viva seja inferior á temperatura de fusão do metal. • A reação seja suficientemente exotérmica para manter a peça na temperatura de início de oxidação viva. • Os óxidos formados estejam líquidos na temperatura de oxicorte, facilitando seu escoamento e dando continuidade do processo. • Material a ser cortada tenha baixa Condutividade térmica. • Os óxidos formados devem ter alta fluidez. Reações Químicas O ferro em seu estado metálico é instável, tendendo a se reduzir para o estado de óxido. No processo de corte esta reação é acelerada, havendo um considerável ganho exotérmico. As reações do ferro puro com o oxigênio são as seguintes: 1ª reação => Fe + 1/2 O2 = FeO + D (64 Kcal) 2ª reação => 3Fe + 2O2 = Fe3O4 + D (266 Kcal) reação final => 2Fe + 3/2 O2 = Fe2O3 + D (109,7 Kcal) Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 22 Equipamentos Uma estação de trabalho deve ter no mínimo os seguintes equipamentos para execução do processo: Figura 14 Equipamento básico portátil para Soldagem e corte oxigás • Um cilindro ou instalação centralizada para Oxigênio (O2) • Um cilindro ou instalação centralizada para gás combustível (Acetileno, Propano, GLP). • Duas mangueiras de alta pressão para a condução dos gases, eventualmente três se utilizar o oxigênio de corte e de aquecimento em mangueiras separadas. • Um maçarico de corte • Um regulador de pressão para oxigênio. • Um regulador de pressão para o combustível. • Dispositivos de segurança ( válvulas anti- retrocesso). Maçarico de corte O maçarico de Oxicorte mistura o gás combustível com o oxigênio de aquecimento, na proporção correta para a chama, além de produzir um jato de oxigênio de alta velocidade para o corte. Este equipamento consiste de uma série de tubos de gás e válvulas de controle de fluxo dos gases Oxigênio e combustível. Um maçarico de corte consiste de : 1. CARRINHO 2. CORRENTE DE SEGURANÇA 3. CILINDRO DE COMBUSTÍVEL 4. CILINDRO DE OXIGÊNIO 5. REGULADOR DO COMBUSTÍVEL 6. REGULADOR DE OXIGÊNIO 7. VÁLVULA CONTRA RETROCESSO DE CHAMA 8. VÁLVULA CONTRA RETROCESSO DE CHAMA 9. MANGUEIRA DO COMBUSTÍVEL 10. MANGUEIRA DE OXIGÊNIO 11. VÁLVULA CONTRA FLUXO E RETROCESSO DE CHAMA (COMBUSTÍVEL) 12. VÁLVULA CONTRA FLUXO E RETROCESSO DE CHAMA (O2) 13. CORPO DO MAÇARICO 14. BICO (INTERCAMBIÁVEL) Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 23 • Cabeça - proporciona rigidez ao conjunto, e serve de acoplamento aos bicos de corte. • Tubos - tem a função de conduzir os gases. • Punho - local onde se fará o manuseio do maçarico. • Alavanca de corte - o seu acionamento atua sobre a válvula de oxigênio de corte proporcionando a abertura do mesmo. • Conjunto de regulagem - é um conjunto de válvulas que servem para regulagem dos fluxos de gases. Figura 15 Tipos de maçaricos Os maçaricos de corte podem ser: • Manuais, • Combinado, • Específicos, ou • Tipo caneta para acoplamento em máquinas de corte automáticas. Maçarico manual combinado É utilizado em locais ou setores onde existe uma alternância entre operações de corte e soldagem, tais como oficinas de manutenção. Neste caso acopla-se a um maçarico de soldagem um dispositivo de corte, ilustrado na figura 17, composto por uma câmara de mistura, sistema de separação e válvula para controle do oxigênio de corte. Maçarico manuais para corte Possuem um circuito especial de oxigênio separado dos gases para chama de aquecimento. Este conduto é específico para o Oxigênio que efetuará o corte, passando a se denominar oxigênio de corte. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 24 A mistura dos gases para a chama de aquecimento pode se dar por três princípios distintos que são apresentados à seguir: Injetor O gás combustível é succionando através de alta velocidade do Oxigênio por meio de um Venturi. Ver figura 18. Figura 16 Misturador Os gases comburente e combustível chegam de mistura com pressões iguais através da regulagem das válvulas. Ver figura 19. Figura 17 Misturador no bico Os gases são administrados separadamente até o bico onde é feita a mistura. Ver figura 22. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 25 Figura 18 O maçarico de corte mecanizado também conhecido como "caneta de corte" é um maçarico com os mesmos princípios de funcionamento já descritos para os maçaricos manuais. Seu corpo alongado estende-se das válvulas de regulação dos gases até o bico de corte. Neste maçarico, a válvula do oxigênio de corte pode ser acionada manual ou automaticamente de um comando central. Sua utilização é recomendada para trabalhos onde se exija uniformidade do corte, tais como peças a serem retrabalhadas ou produção seriada. Figura 19 Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 26 Bicos de corte Os bicos de corte também conhecidas como “ponteiro de corte” são montados na cabeça do maçarico de modo a conservar separadas misturas dos gases de pré- aquecimento do oxigênio de corte, servindo também para direcionar os mesmos para a superfície a ser cortada por meio de orifícios em seu interior. As dimensões destes orifícios variam de acordo com o bico utilizado, determinando assim a capacidade de corte do maçarico. Atualmente são muito utilizados tipos de bicos que desempenham além das funções acima descritas, a função misturador . As partes usinadas do bico que ficam em contato com as câmaras de passagem dos gases são denominados “sedes ”. Os bicos de corte comuns são chamados de duas sedes enquanto os misturados são conhecidos como bicos três sedes . Estes bicos são disponíveis em uma ampla variedade de tipos e tamanhos sendo classificados de acordo com suacapacidade de corte. A escolha do bico deve levar em consideração. • material a ser cortado • gás combustível utilizado • tipo sede Cada fabricante possui características e especificações técnicas próprias para seus bicos, que influenciará o resultado do corte nos aspectos de qualidade e velocidade de corte bem como consumo dos gases. Máquinas de corte As máquinas de corte são equipamentos eletromecânicos cuja principal função é a de movimentar o maçarico de corte a uma velocidade constante através de uma trajetória definida. Existem diversos tipos e modelos destes equipamentos, desde os mais simples conhecidos como “tartarugas ” até os mais complexos controlados por micro processadores. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 27 As principais características técnicas a serem observadas em uma máquinas de corte são: • capacidade de corte • ângulo de inclinação do maçarico • velocidade de corte • número de estações de corte (maçaricos) • área útil de corte (para máquinas estacionárias) Máquina de corte portátil Conhecida também como tartaruga, este equipamento é composto por carro motriz, dispositivo para colocação de um ou mais maçaricos , contrapeso, haste, e um trilho de alumínio. O maçarico de corte é acoplado no carro motriz através de haste, o operador acerta os trilhos de alumínio ou o cintel definindo a trajetória, inicia o corte, faz correções na distância bico/peça para tornar o corte constante. São utilizados para corte retilíneos e circulares, onde seu principal campo de aplicação são os canteiros de obras e montagens industriais. Máquina de corte pantográfica Neste equipamentos , os maçaricos são acoplados a um dispositivo copiador, normalmente preso a uma mesa. O dispositivo copiador pode ser fotoelétrico ou mecânico, e a trajetória dos mesmos é definida pelo dispositivo copiador. São equipamentos estacionários, sua velocidade de corte é controlada eletronicamente. Possuem recursos de abertura dos gás de corte e sistema de compensação de altura do bico automático, localizados em um painel de comando central. São equipamentos muito utilizados em indústrias de médio porte, na produção de peças pequenas e médias seriados e não seriados. Máquinas de corte CNC São os equipamentos de corte com maiores recursos. Tal como nas máquinas pantográficas, podem ser acoplados diversos maçaricos, porém neste tipo os controles de velocidade e trajetória de deslocamento são feitos através de microprocessadores Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 28 possibilitando a utilização deste tipo de equipamentos integrados a sistemas computadorizados controlados por CAD. São equipamentos utilizados em indústrias de médio e grande porte, na produção de peças médias e grandes. Seu principal campo de aplicação são as caldeiras pesadas. Consumíveis Como na soldagem por oxigás são necessários dois tipos de gases, sendo um deles sempre o Oxigênio e o outro um gás combustível. Variáveis do processo Vários são os aspectos que influem no corte oxicombustível, segue-se uma descrição dos principais fatores e sua influência: Pré-aquecimento do metal de base A espessura a ser cortada determinará o tipo de bico, diâmetro do orifício, pressão dos gases e velocidade de corte. Em linhas gerais, quanto maior a espessura, maior o diâmetro do bico, pressão do Oxigênio e menor a velocidade de corte. Grau de pureza do material a ser cortado Sendo um processo químico, a existência de elementos liga no aço apresenta, característica que podem interferir no corte, nos quais citamos os principais: Presença de Carbono Teores acima de 0,35% podem provocar a têmpera superficial e conseqüente aparecimento de trincas . Presença de Cromo Este elemento dificulta o corte por forma CrO2 na superfície e impedir a reação de oxidação. Acima de 5% de Cr só é possível executar o corte oxicombustível por meio da adição de pós-metálicos. Presença de Níquel Com baixos teores deste elemento (até 6%) é possível a execução do corte desde que o aço contenha elevados teores de carbono. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 29 Outras impurezas industriais tais como pinturas, óxidos e defeitos superficiais provocam irregularidades na face de corte durante a operação. Diâmetro e tipo do bico de corte Umas das variáveis mais importantes do processo é o bico de corte, pois é o condutor dos gases, e conseqüentemente responsável pela saída dos mesmo de maneira constante sem turbulência. Os fabricantes de maçaricos dedicam especial atenção a este elemento e suas partes internas. Pressão e vazão do gases Estas variáveis estão relacionadas diretamente com a espessura a ser cortada, tipo de bico, tipo de gás combustível e velocidade de corte. Em linhas gerais, quanto maior espessura maior a pressão e a vazão dos gases. Velocidade de avanço do maçarico É uma das mais importantes para a qualidade de corte, pela velocidade de deslocamento do maçarico o operador controla o tamanho e ângulo das estrias de corte, encontrando empiricamente a relação ideal entre a taxa de oxidação e velocidade de corte. Técnicas de execução do oxicorte No processo de corte, a chama oxiacetilênica tem a função de aquecer o metal, sua combustão processa-se em dois estágios. No primeiro estágio o Oxigênio utilizado provem do cilindro, onde 2C2H2 + 2O2 => 4CO + 2H2 No segundo estágio é aproveitado o Oxigênio do ar ambiente , sendo 4CO +2H2 +3O2 => 4CO2 +2H2O Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 30 A regulagem da chama é neutra. Regula-se o maçarico com jato de Oxigênio de corte aberto, fechando-o logo em seguida. Inicia-se o aquecimento da região a ser cortada por uma borda, quando esta estiver a uma temperatura conveniente abre-se o Oxigênio de corte deslocando-se a chama, iniciando-se assim o processo. Verificação antes do corte Na execução do Oxicorte manual as verificações principais encontram-se no estado de conservação do maçarico, bicos e mangueiras, uma vez que tipo de corte não permite grande precisão na velocidade de corte, distância bico/peça e outros. Para o corte automatizado, algumas verificações devem ser feitas antes da operação a fim de assegurar a qualidade e repetitividade do corte. A figura 22 mostra estas verificações. Figura 20 A chapa : Deve estar nivelada sobre a mesa, esta verificação é feita com auxílio de um nível. O maçarico : Deverá estar perpendicular a chapa , excetuando-se cortes especiais inclinados. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 31 O bico : A distância correta do bico/peça tem grande influência na qualidade de corte, as tabelas dos fabricantes mostram quais as distâncias corretas para cada tipo de bico e espessura da chapa. Dilatação e contração Qualquer material submetido a variações térmicas está sujeito a sofrer dilatações. No processo de corte e soldagem as dilatações são pontuais e causam deformações, uma vez que as regiões adjacentes ao corte estão frias servindo como um vínculo mecânico, isto é, durante o corte não há uma deformação homogênea da peça e, quando esta se resfria, as partes que sofrem dilatação se contraem, provocando o aumento da tensão residual e deformação da peça. Este efeito deve ser considerado na hora da elaboração do procedimento de corte quanto a sequência e regiões da chapa a retirar as peça. As figuras abaixo mostram alguns exemplos de procedimentos corretos de corte . Sequência de corte Certo Errado Em corte paralelos, certificar que os mesmos estão sendo realizados simetricamente para distribuição simétricas do calor. ----------- Em peça com furos internos, cortar primeiro os furos internosdepois os externo. ----------- As áreas expostas ao maior calor devem estar localizadas o mais próximo possível das extremidades da chapa. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 32 Para garantir que a peça não se mova na mesa de corte, a peça deverá permanecer presa as porções centrais da chapa tanto quanto possível P = ponto de perfuração começar o corte no X e não no Y 7.2.1.9. Defeitos de Corte Em um corte de boa qualidade a superfície é lisa e regular, e as linhas de desvios são quase verticais. A escória, aderida a parte inferior do corte pode facilmente ser removida. A seguir são mostrado os defeitos mais comuns em Oxicorte, suas prováveis causa e soluções. DEFEITO CAUSA DETALHE Goivagem na borda superior Velocidade de corte excessiva Bico sujo ou danificado Goivagem na borda inferior Velocidade de corte excessiva Bico sujo ou danificado Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 33 Superfície de corte côncava Velocidade de corte excessiva Bico sujo ou danificado Baixa pressão de Oxigênio de corte Superfície de corte côncava Velocidade de corte excessiva Bico sujo ou danificado Baixa pressão de Oxigênio de corte Fusão da parte superior Baixa velocidade de corte Pouca ou muita distância do bico à peça Bico muito grande Chama de pré- aquecimento excessiva Gotas fundidas na borda superior Pouca distância do bico à peça Chama de pré aquecimento excessiva Carepas ou ferrugem na superfície da chapa Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 34 Borda superior goivada com escória Distância excessiva do bico à peça Chama de pré aquecimento em excesso Pressão do oxigênio de corte excessiva- mente alta. Borda inferior arredondada Pressão do oxigênio de corte excessiva- mente alta bico sujo ou danificado velocidade de corte excessiva Entalhe na superfície inferior de corte Bico sujo ou danificado Baixa velocidade de corte Ondulações profundas Alta velocidade de corte Velocidade de corte desigual Chama de pré aquecimento muito forte Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 35 Grandes ondulações desiguais Alta velocidade de corte Velocidade de corte desigual Chama de pré aquecimento muito fraca Corte incompleto Velocidade de corte excessiva Distância bico/peça excessiva Bico sujo ou danificado Chama de pré aquecimento muito fraca Retrocesso no bico e maçarico Carepas ou ferrugem na superfície da chapa Chapa com inclusão de escória Escória aderente na borda inferior Carepas ou ferrugem na superfície da chapa Bico muito pequeno Chama de pré aquecimento muito fraca Alta ou baixa velocidade de corte Distância excessiva do bico/peça Baixa pressão do oxigênio de corte Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 36 Comparação com outros processos Em relação a outros processos de corte, o oxicorte apresenta as seguintes vantagens: Disponibilidade : De gases combustíveis pois diversos tipos podem ser utilizados e de Oxigênio uma vez que o mesmo abunda no ar. Pequeno investimento inicial : Os materiais necessários como maçarico, processos de corte tais como plasma ou LASER. Facilidade operacional : O corte oxicombustível é de fácil aprendizagem e não possui muitas variáveis, sendo assim fácil de ser regular. E, como todos os processos industriais, apresentam as seguintes limitações: Em função das condições necessárias para a obtenção do Oxicorte descritas anteriormente, a grande maioria dos metais usados industrialmente tais como aço inoxidável, Níquel, Alumínio e suas ligas, não podem ser separados por este processo tendo-se que recorrer a cortes mecânicos e ou por arco elétrico. Outra limitação que se impõe, reside no fato de os materiais periféricos tais como cilindros de gás, serem pesados e de difícil manuseio, dificultando o acesso a lugares altos , ou posto de trabalho que se encontrem afastados dos cilindros. Uma solução encontrada para sanar esta limitação é o transporte de todo o conjunto, fato este que muitas vezes incorre em riscos adicionais como queda dos cilindros ou danificação das mangueiras condutoras de gases. Os aspectos de segurança na utilização do processo Oxicorte devem ser levados em consideração. A constante manipulação de cilindros de Oxicorte que, além de ser um gás comburente está sob alta pressão , requer a utilização de ferramental e procedimentos adequados para se evitar vazamento e explosões. As mangueiras e válvulas ( reguladoras e anti - retrocesso) devem ser constantemente inspecionadas para detectar vazamentos. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 37 Segurança nas Operações de Soldagem e Corte com Oxi gás A soldagem pelo processo oxigás exige que o soldador se mantenha sempre atento para evitar acidentes. Estes podem acontecer durante o uso, manuseio, armazenagem e transporte dos cilindros e do próprio equipamento de soldagem. Os cilindros são vasos de pressão bastante resistentes e pesados. Por isso, devido ao seu peso, pela pressão que contêm e pelo próprio gás que armazenam, eles devem ser manuseados com bastante cuidado. Por exemplo: • o transporte deve ser feito com carrinhos especiais, sempre na posição vertical e com o capacete de proteção das válvulas; • a armazenagem deve ser em local ventilado, seco e protegido dos raios solares, com paredes resistentes ao fogo, no qual os cilindros cheios devem estar separados dos vazios, bem como os oxigênio ( cilindro preto) dos que contêm o acetileno (cilindros bordô); • os orifícios das válvulas devem ser mantidos limpos, sem vestígios de óleo ou graxa; • usar uma válvula contra retrocesso ( chamada de válvula seca corta-chama) no regulador de pressão de acetileno, a fim de impedir que o retorno da chama, o refluxo dos gases ou as ondas de pressão atinjam o regulador ou o cilindro; • manusear os cilindros de gás com cuidado para que eles não sofram choques ou impactos mecânicos; • nunca deixar a chama do maçarico próximo dos cilindros. Além disso outras providências podem ser tomadas durante o uso do equipamento: • verificar se não há vazamento de gases na mangueiras e conexões; • nunca soldar ou cortar recipientes metálicos que tenham sido usados para guardar líquidos combustíveis, sem cuidadosa limpeza prévia; • usar tenazes para movimentar materiais metálicos aquecidos e de pequeno porte Um dos grandes perigos na soldagem a gás é o retrocesso da chama , que pode acontecer devido à regulagem incorreta das pressões de saída dos gases. Quando isso acontecer, deve-se proceder da seguinte maneira: ⇒ Feche a válvula que regula a saída de acetileno do maçarico. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 38 ⇒ Feche a válvula que regula a saída de oxigênio. ⇒ Esfrie o maçarico, introduzindo-o em um recipiente com água. ⇒ Retire o maçarico do recipiente e abra a válvula de oxigênio para retirar a água que tenha penetrado no maçarico. Processo Eletrodo Revestido (SMAW – Shielded Metal Arc Welding) Introdução Soldagem com eletrodo revestido Diferentemente da soldagem oxigás, a soldagem ao arco elétrico com todas as suas variações é um processo muito empregado em praticamente todos os tipos de indústria que usam a soldagem como processo de fabricação. O processo de soldagem ao arco elétrico com eletrodo revestido tem grande versatilidade, sendo possívelsoldar um grande número de materiais que vão desde o aço ao carbono, ligados e inoxidáveis, passando pelos ferros fundidos, até os metais não ferrosos, como o alumínio, o cobre, o níquel e suas ligas. Seu emprego na fabricação montagem e manutenção de equipamentos e estruturas é indicado tanto dentro da fábrica quanto em campo e em operações que exigem soldagem nas mais diversas posições, o que o torna o processo mais comum de soldagem ao arco em uso. Isso compensa as desvantagens de ser um processo manual, com baixa velocidade de produção, estreitamente dependente da habilidade do soldador. O processo exige cuidados especiais com os eletrodos e produz um grande volume de gases e fumos de soldagem. Soldagem ao arco elétrico Soldagem ao arco elétrico é um processo de soldagem por fusão em que a fonte de calor é gerada por um arco elétrico formado entre o eletrodo e a peça a ser soldada. Toda a matéria é constituída de átomos que são formados de partículas carregadas eletricamente: os prótons com carga positivas e os elétrons com carga negativas. Os elétrons estão sempre se movimentando em torno do núcleo do átomo. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 39 Nos materiais metálicos , os elétrons mais distantes do núcleo podem “escapar” e se deslocar entre os átomos vizinhos. Quando em presença de uma tensão elétrica, esses elétrons, chamados de elétrons livres, assumem um movimento ordenado ao qual se dá o nome de corrente elétrica . Por isso, os metais são bons condutores de eletricidade. Quando o movimento dessas cargas se dá sempre no mesmo sentido, tem-se a corrente contínua como a fornecida pela bateria de um automóvel. Quando o movimento dos elétrons acontece alternadamente em um sentido e outro, tem-se a corrente alternada , que é aquela fornecida para nossa casas. A corrente elétrica é medida por meio de amperímetros e sua unidade de medida é o Ampère (A) . A tensão elétrica , que indica a diferente de potencial entre dois pontos de um circuito elétrico, é medida por meio do voltímetro e sua unidade de medida é o Volt (V) . O arco de soldagem é formado quando uma corrente elétrica passa entre uma barra de metal , que é o eletrodo e que pode corresponder ao pólo negativo (ou cátodo ) e o de base pode corresponder ao pólo positivo ( ou ânodo ). Figura 21 Os elétrons livres que formam a corrente elétrica percorrem o espaço de ar entre a peça e o eletrodo a uma velocidade tal que acontece um choque violento entre os elétrons e os íons. Este choque ioniza o ar , facilitando a passagem da corrente elétrica, e produz o arco elétrico. Íon é um átomo que perdeu ou ganhou elétrons . Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 40 Para dar origem ao arco, é necessário que exista uma diferença de potencial entre o eletrodo e a peça. Para a corrente contínua são necessários de 40 a 50 Volts e para corrente alternada de 50 a 60 Volts. É necessário também que o eletrodo toque a peça, para que a corrente elétrica possa fluir. Depois que o arco é estabelecido a tensão cai, de modo que um arco estável pode ser mantido entre um eletrodo metálico e a peça com uma tensão 15 e 30 volts. O metal fundido do eletrodo é transferido para a peça formando uma poça de fusão. Esta é protegida da atmosfera por gases formados pela combustão do revestimento do eletrodo . Atualmente o processo de soldagem ao arco elétrico por eletrodo revestido é usado nas indústrias naval, ferroviária, automobilística, metal mecânica e de construção civil. É um processo predominantemente manual adaptado a materiais de diversas espessuras em qualquer posição de soldagem. Fontes de energia para soldagem O processo de soldagem ao arco necessita de fontes de energia que forneçam os valores de tensão e corrente adequados a sua formação. Para isso, essas fontes devem apresentar algumas características: • 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; • Oferecer uma corrente de soldagem estável; • Possibilitar a regulagem da tensão e da corrente; • Permitir a fusão de todos os diâmetros de eletrodo compatíveis com equipamento usado. Figura 22 Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 41 Três tipos de fontes se enquadram nessa características: transformadores que fornecem corrente alternada, transformadores retificadores e geradores que fornecem corrente contínua. Os transformadores retificadores e os geradores , que fornecem corrente continua na soldagem a arco, permitem dois tipos diferentes de ligação elétrica em função da polaridade: - polaridade direta na qual a peça é o pólo positivo e o eletrodo é o pólo negativo ou - polaridade inversa quando a peça é o pólo negativo e o eletrodo é o pólo positivo . A escolha da polaridade se dá em função do tipo do revestimento do eletrodo. 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. Soldagem ao arco elétrico com eletrodos revestidos Existem vários processos que usam arco elétrico para a realização da soldagem. Os mais comuns são: • soldagem ao arco elétrico com eletrodo revestido; • processo TIG, que significa Tungstênio Inerte Gás, utiliza um eletrodo de tungstênio e gás de proteção inerte; • processos MIG/MAG, que significa Metal Inerte Gás e Metal Ativo Gás • arco submerso; • arco plasma; Todos os processos de soldagem por arco elétrico usam um eletrodo para auxiliar na criação do arco. Isso acontece com todos os processos listados acima. O eletrodo ao se fundir, precisa de algum tipo de proteção para evitar a contaminação da poça de fusão pela atmosfera. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 42 Essa contaminação, que pode ser, por exemplo, pelo oxigênio e pelo nitrogênio que existem no ar, faz com que a junta soldada apresente propriedades físicas e químicas prejudicadas. Figura 23 O eletrodo O eletrodo revestido é constituído de um núcleo metálico chamado alma metálica , que pode ser ou não da mesma natureza do metal base porque o revestimento pode, entre outras coisas, complementar sua composição química. Desse modo, se o material a soldar é um aço de baixo carbono e baixa liga, a alma será de aço de baixo carbono ou aço inoxidável. Se for necessário soldar ferro fundido, a alma metálica será de níquel puro ou liga de ferro fundido, de aço. O revestimento é composto de elementos de liga e desoxidantes ( tais como ferro silício, ferro manganês), estabilizadores de arco, formadores de escória, materiais fundentes, tais como óxido de ferro e óxido de manganês, e de materiais que formam a atmosfera protetora a base de dextrina, carbonatos ou celulose. Figura 24 Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 43 Além de proteção contra a contaminação atmosférica, o revestimento tem as seguintes funções: 1. reduzir a velocidade de solidificação, por meio da escória. 2. Proteger contra a ação da atmosfera e permitir a desgaseificação do metal de solda por meio de escória. 3. Facilitar a abertura do arco, além de estabilizá-lo. 4. Introduzir elementos de liga no depósito de solda e desoxidar o metal. 5. Facilitar a soldagem em diversos posições de trabalho. 6. Guiar as gotas em fusão na direção da poça de fusão. 7. Isolar eletricamente na soldagem de chanfros estreitos de difícil acesso, a fim de evitar a abertura do arco em pontos indesejáveis. O quadro a seguir resume as principais informações sobre os diversos tipos de eletrodos revestidos. Tipos de eletrodo ���� Dados técnicas���� Rutilo Básico Baixo hidrogênio Celulósico Componentes do Revestimento Rutilo ou compostos derivados de óxidos de titânio. Carbonato de cálcio, Outros carbonatos Básicos e flúor. Materiais orgânicos Posição de soldagem Todas Todas Todas Tipo de corrente CA ou CC (polaridade direta ou inversa). CA ou CC ( polaridade direta). CA ou CC ( polaridade direta) Propriedades Mecânicas de depósito Razoáveis Muito boas Boas Penetração Pequena Média Grande Escória Densa e viscosa, geralmente autodescatável Compacta e espessa, facilmente destacável. Pouca, de fácil remoção. Tendência à trinca Regular Baixa Regular Além dessas informações sobre os principais tipos de eletrodos, é importante também saber como eles são classificados de acordo com as normas técnicas. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 44 Exemplos de algumas classificações de eletrodos revestidos em função dos tipos mais usuais conforme especificações AWS Especificação AWS A 5.1 AÇO CARBONO/TIPO Básico Celulósico Rutílico 7018 6010 6013 7018-1 6011 7014 7024 A 5.4 AÇO INOX/TIPO Básico Rutílico 308L-17 307-26 316L-17 308-17 317L-17 308L-17 312-17 309-16 309-15 312-17 310-15 316-17 312-15 316L-17 A 5.5 AÇO BAIXA LIGA/TIPO Básico Celulósico 7018-A1 / G / W1 7010-A1 / G 8018-B / G 8010-G 9018-B3 / D1 / G / M 9010-G 10018-G 11018-G 12018-G Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 45 Classificação dos Eletrodos Revestidos A classificação mais simples, aceita em quase todo mundo, foi criada pela AWS- American Welding Society ( Sociedade Americana de Soldagem). Veja quadro a seguir. Especificação AWS para eletrodos Revestidos Ref. AWS Eletrodos para: A .5. 1 Aços de carbono A .5. 3 Alumínio e suas ligas A .5. 4 Aços inoxidáveis A .5. 5 Aços de baixa liga A .5. 6 Cobre e suas ligas A .5. 11 Níquel e suas ligas A .5. 13 Revestimentos (alma sólida) A .5. 15 Ferros fundidos A .5. 21 Revestimentos (alma tubular com carboneto de tungstênio) Classificação dos Eletrodos utilizados para aço ao carbono (AWS A.5.1) Os eletrodos são classificados por meio de um conjunto de letras e algarismo, da seguinte maneira: E XXX X X 1 2 3 4 1. A letra E significa eletrodo para soldagem e arco elétrico. 2. Os dois primeiros dígitos, que também podem ser três, indicam o limite mínimo de resistência á tração que o metal de solda admite. Eles devem ser multiplicados por 1000 para expressar a resistência em psi. 3. O digito seguinte indica as posições de soldagem nas quais o eletrodo pode ser empregado com bons resultados: Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 46 1. ⇒ todas as posições 2. ⇒ posição horizontal ( para toda solda em ângulo) e plana 4. ⇒ posição vertical descendente, horizontal, plana e sobre cabeça. 4. O digito que vem em seguida vai de zero a oito e fornece informações sobre: • A corrente empregada: CC com polaridade negativa ou positiva, e CA; • A penetração do arco • A natureza do revestimento do eletrodo. Psi, do inglês “pound per square inch”, que quer dizer libra por polegada quadrada, é uma unidade de medida de pressão equivalente a uma libra-força por polegada quadrada ou a 6,895 Pa. Esses dados estão resumidos na tabela a seguir. 4° digito 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Tipo de Corrente CC + CC + CA CC - CA CA CC + CC - CA CC + CC - CC + CA CC + CA CC - CA CC+ Tipo de arco Intenso com salpico Intenso Médio sem salpico Leve Leve Médio Médio Leve Leve Penetração Grande Grande Média Fraca Média Média Média Grande Média Revestimento XX10 celulósico silicato.de Sódio XX20- óxido de ferro. XX30- óxido de ferro. Celulósico com silicato de Potássio Dióxido de titânio e silicato de sódio Dióxido de titânio silicato de Potássio Dióxido de titânio, silicatos, pó de. Ferro ( 20%) Calcário, silicato de sódio Dióxido de titânio, calcário, silicato de Potássio Óxido de ferro silicato de sódio, pó De ferro Calcário, Dióxido de titânio, silicatos. Pó de ferro ( 25 a 40%) Por exemplo: um eletrodo E 6013. Esse número indica que se trata de um eletrodo com 60 000 psi, para solda em todas as posições em CC + , CC – ou CA. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 47 Classificação dos Eletrodos utilizados para aços in oxidáveis (AWS A.5.4) Os eletrodos são classificados por meio de um conjunto de letras e algarismo, da seguinte maneira: E XXXXX - X X 1 2 3 4 1. A letra E designa um eletrodo; 2. Este dígito pode ser formado ou só por algarismos, ou uma composição entre algarismos e letras, e se refere à composição química do metal de solda; 3. O digito seguinte indica as posições de soldagem nas quais o eletrodo pode ser empregado com bons resultados: 1⇒ todas as posições; ‘ 2⇒ posição horizontal (para toda solda em ângulo) e plana. 4. Este dígito refere-se ao tipo de corrente em que o eletrodo deve ser utilizado, e em combinação com o anterior indica os tipos e/ou características do revestimento. Se consumível apresentar a letra “L” no final da especificação mencionada anteriormente, significa que há uma redução no teor de carbono, em relação ao mesmo sem a letra “L”, exemplo: E 308 e E 308L. Se consumível apresentar a letra “H” no final da especificação mencionada anteriormente, significa que neste eletrodo o teor de carbono é alto, exemplo: E 310H. Classificação dos Eletrodos utilizados para aço bai xa liga (AWS A.5.5) Os eletrodos são classificados por meio de um conjunto de letras e algarismo, da seguinte maneira: Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 48 E XXX X X - X 1 2 3 4 5 1 a 4. Idem classificação para aço ao carbono. 5 Grupo de letras e números que indicar a composição química do metal de solda, principalmente quando são utilizados aços de baixa liga. CÓDIGO SIGNIFICADO A1 Eletrodos de aço carbono-molibdênio (0,40 à 0,65%Mo) B1 à B9 Eletrodos de aço cromo-molibdnêio (0,40 à 10,5%Cr e 0,40 à1,20%Mo) C1 à C5 Eletrodos de aço ao níquel (0,80 à 7,25%Ni) NM Eletrodos de aço níquel-molibdênio (0,80 à 1,10%Ni e 0,40 à 0,65%Mo) D1 à D3 Eletrodo de aço manganês-molibdênio (1,0 à 2,0%Mn e 0,25 à 0,65%Mo) G Eletrodos de aço baixa liga em geral com teor mínimo de pelo menos um dos seguintes elementos: 1,0%Mn, 0,8%Si, 0,5%Ni, 0,3%Cr, 0,2%Mo, 0,1%V ou 0,2%Cu M Eletrodos para aplicação militar P Eletrodos para soldagem de tubulações W Eletrodos resistentes à corrosão atmosférica Se consumível apresentar a letra “A1” no final da especificação mencionada anteriormente, significa que são Eletrodos de aço carbono-molibdênio (0,40 à 0,65%Mo). Exemplo: E 7010-A1. Se consumível apresentar a letra “G” no final da especificação mencionada anteriormente, significa que são Eletrodos de aço baixa liga em geral com teor mínimo de pelo menos um dos seguintes elementos: 1,0%Mn, 0,8%Si, 0,5%Ni, 0,3%Cr, 0,2%Mo, 0,1%V ou 0,2%Cu. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 49 Exemplo: E-XX10-G Se consumível apresentar a letra “M” no final da especificação mencionada anteriormente, significa que são Eletrodos para aplicação militar. Exemplo: E-10018-M Cuidados com os eletrodos revestidos Cuidados especiais devem ser tomados com manuseio e armazenamento dos eletrodos,pois estes podem ser facilmente danifica dos. Em caso de choque, queda ou se o eletrodo for dobrado, parte de seu revestimento pode ser quebrada, deixando exposta sua alma. Nesse caso, ele não deve ser usado em trabalhos de responsabilidade. A observação de umidade também pode comprometer o desempenho de alguns tipos de eletrodos. Por isso, eles são fornecidos em embalagens fechadas adequadamente. Uma vez aberta a embalagem, estes eletrodos devem ser guardados em estufas especiais para esse fim. Os eletrodos revestidos devem ser manuseados e guardados de acordo com as instruções dos fabricantes. Quando ainda estão na embalagem do fabricante, os mesmos devem ser armazenados em prateleiras com temperatura controlada entre 20 e 30°C e isento de humidade. Após aberta a embalagem os eletrodos devem ser armazenados em estufa de conservação na temperatura de 150°C tomando-se o cuidado, para que a espessura formada por bandeja não ultrapasse 50mm de altura. Para utilização o soldador ao retirar da estufa de conservação deve armazená-los em uma estufa portátil e controlar a temperatura em 100°C. Os eletrodos que foram retirados da estufa de conservação e não foram utilizados devem ser armazenados na estufa de ressecagem a uma temperatura de 300 à 350°C, por um período de 2 horas e depois armazenados na estufa de conservação, este procedimento deve ser observado para as embalagens que foram abertas, e por não ser armazenados na estufa de conservação retornaram para as prateleiras. Equipamentos A soldagem ao arco elétrico com eletrodos revestidos é um processo manual presente em praticamente todos os tipos de indústrias que usam a soldagem como processo de fabricação. É também largamente empregada em soldagem de manutenção. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 50 Embora amplamente usado, esse processo depende muito da habilidade do soldador. Portanto, a qualidade do trabalho de soldagem depende do profissional que deve ser muito bem treinado e experiente. Como a experiência só se adquire com a execução de muitas soldas, a preparação da mão- de- obra é demorada e, por isso, custa caro. Para executar seu trabalho, além dos eletrodos o soldador precisa de: • Uma fonte de energia que, como já vimos, pode ser um gerador de corrente contínua, • um transformador, ou um retificador que transforma corrente alternada em corrente continua. Figura 27. Figura 25 • Acessórios Porta- eletrodo - serve para prender firmemente o eletrodo e energizá-lo. Figura 28. Figura 26 Grampo de retorno , também chamado de terra, que é preso á peça ou á tampa condutora da mesa sobre a qual está a peça. Quando se usa uma fonte de energia de corrente contínua, ele faz a função do pólo positivo ou do pólo negativo, de acordo com a polaridade escolhida. Figura 29. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 51 Figura 27 Cabo , ou condutor, que leva a corrente elétrica da máquina ao porta- eletrodo e do grampo de retorno para a máquina. Figura 30. Figura 28 Picadeira - uma espécie de martelo em que um dos lados termina em ponta e o outro em forma de telhadeira. Serve para retirar a escória e os respingos. Figura 31. Figura 29 Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 52 Escova de fios de aço - serve para a limpeza do cordão de solda Figura 30 • Equipamentos de proteção individual : luvas, avental, máscaras protetoras, botas de segurança, perneira e gorro. Ver figura 31. Figura 31 Os capacetes e as máscaras ou escudos são fabricados com materiais resistentes, leves, isolantes térmicos e elétricos e contém lentes protetoras de cor escura, que filtram os raios ultravioleta, os infravermelhos ( invisíveis) e os raios luminosos visíveis que prejudicam a visão. Uso correto das máquinas Usar corretamente o equipamento é responsabilidade do soldador que deve conservá-lo em perfeito estado e operá-lo de modo que consiga o maior rendimento possível. Assim, antes de ligar a máquina, o operador deve se certificar de que os cabos, as conexões e os portas-eletrodos estão em bom estado. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 53 Se a fonte de energia usada for um retificador, este deve continuar ligado por mais 5 minutos após o término da soldagem para que o ventilador possa esfriar as placas de silício da máquina. Se a fonte for um gerador, o soldador deve lembrar que a chave para ligar a máquina possui dois estágios. Por isso, é preciso ligar o primeiro estágio, esperar o motor completar a rotação e, só então, ligar o segundo estágio. Etapas de processo O processo de soldagem ao arco elétrico com eletrodo revestido apresenta as seguintes etapas: 1. Preparação do material que deve estar 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. 7. Remoção da escória. Conforme o tipo de junta a ser soldada, as etapas 4, 5, 6 e 7 devem ser repetidas quantas vezes for necessário para a realização do trabalho. As figuras a seguir mostram os vários passes dados em uma junta. Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 54 Figura 32 Defeitos de soldagem Mesmo o trabalho de um bom soldador está sujeito a apresentar defeitos. Ás vezes, eles são visíveis durante o trabalho. Outras, eles só podem ser detectados por meio dos ensaios destrutivos e não destrutivos, ou seja, aquelas análises feitas com o auxílio de aparelhos especiais e substâncias adequadas, após a soldagem. Para facilitar seu estudo, colocamos esses dados na tabela a seguir , que apresenta uma lista de alguns problemas mais comuns na soldagem ao arco elétrico, suas possíveis causas e modo de preveni-las. Tipo de descontinuidade Causas Prevenção Superfície irregular 1. Escolha do tipo de corrente / polaridade errada 2. Amperagem inadequada. 3. Utilização do eletrodo úmido / de má qualidade 4. Manuseio incorreto Verificar as especificações do eletrodo Ajustar a amperagem. Ressecar os eletrodo segundo recomendações do fabricante/ trocar por outro s de melhor qualidade. Aprimorar o manuseio do eletrodo. Mordedura ou falta de fusão na face 1. Amperagem muito alta. 2. Arco muito longo. 3. Manuseio incorreto do eletrodo. 4. Velocidade de soldagem muito 1. Diminuir a amperagem fornecida pela máquina de solda. 2. Encurtar o arco , aproximando o eletrodo da peça em soldagem. 3. Melhorar o manuseio do eletrodo depositando mais nas laterais. 4. Diminuir a velocidade de soldagem , avançando mais devagar 5. Inclinar o eletrodo na direção do sopro Inspetor de Fabricação – Acessórios de Tubulação - Soldagem 55 alta. 5. O arco apresenta sopro lateral ( sopro magnético) 6. Ângulo incorreto do eletrodo 7. Eletrodo com revestimento excêntrico. magnético, principalmente próximo aos externos da junta. 6. Modificar a posição da garra do cabo de retorno. 7. Evitar ou modificar a posição dos objetos facilmente magnetizáveis. 8. Mudar a fonte de energia para corrente alternada (use um transformador). 9. Inclinar o eletrodo na ângulo correto. 10. Trocar o eletrodo Poros visíveis 1. Utilização de eletrodo úmido 2. Ponta de eletrodo danificado (sem revestimento). 3. Em C.C., polaridade invertida. 4. Velocidade de soldagem muito alta 5. Arco muito longo 6. Amperagem inadequada. 7. Metal de base sujo de óleo, tintas, oxidação ou molhada. 8. Manuseio inadequado do eletrodo na posição vertical ascendente. 9. Irregularidade no fornecimento de
Compartilhar