Introdução à Soldagem

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INTRODUÇÃO À SOLDAGEMINTRODUÇÃO À SOLDAGEM
FOCO
Classificação dos Processos
O Arco Elétrico
Preparação das Juntas
O Que é Soldagem?O Que é Soldagem?
• Dutra & Quites
* Operação de união de duas ou mais peças
* Continuidade das Propriedades Físicas e Químicas
• AWS - American Welding Society
* Processo de uníão de materiais;
* Coalescência localizada de metais e não metais;
* Aquecimento a uma dada temperatura;
* Com ou sem pressão e/ou metal de adição.
Fundamentos da soldagemFundamentos da soldagem
• Soldagem
– É a técnica de unir duas ou mais partes, assegurando entre 
elas a continuidade e as características mecânicas e químicas 
do material.
• Soldabilidade
– É a facilidade com que a junta é fabricada de tal maneira que 
preencha os requisitos de um projeto bem executado.
• Solda
– É o resultado ou produto da operação de soldagem. 
• Solda Homogênea (similar) ou Heterogênea (dissimilar).
• Mais versáteis meios de fabricação na indústria.
• Utilização: diferentes ligas e formas.
* Aços carbono, ligados e inoxidáveis
* Ligas não ferrosas (Al, Ni e Cu) e metais (Ti, Nb, Mo e Zr)
* Chapas finas e grossas
• Meio de redução dos custos de produção.
A Importância da SoldagemA Importância da Soldagem
Requisitos BásicosRequisitos Básicos
• Segundo Houldcroft, cada processo de soldagem 
deve preencher os seguintes requisitos:
* Gerar uma quantidade de energia suficiente para unir dois 
materiais;
* Remover as contaminações das superfícies a serem unidas;
* Evitar que o ar atmosférico contamine a região de 
soldagem;
* Propiciar o controle da transformação de fase de forma a se 
alcançar as propriedades desejadas.
Classificação dos Processos de Classificação dos Processos de 
SoldagemSoldagem
�� Soldagem por fusão
� Energia é aplicada com a finalidade de produzir calor 
capaz de fundir o material
� Inclui a maioria dos processos mais utilizados 
atualmente..
�� Soldagem por pressão
� Aplicação de pressões elevadas que deformam a 
superfície.
� Redução da rugosidade
Classificação dos Processos de
Soldagem
Gás de proteção Alimentador de arame
Fonte de energia
Tocha com cabo
Bocal
Bico de contato
Solda
Gás de proteção
Poça de fusão
(metal liquido)
Conduíte
(espiral) de
arame
Tubo de gás
de proteção
Cabo de
controle
Cabo de
corrente
Máquinas de Soldagem por ResistênciaMáquinas de Soldagem por Resistência
Classificação dos Processos de
Soldagem
Classificação dos Processos de Classificação dos Processos de 
SoldagemSoldagem
�� Fonte Mecânica: calor por atrito ou por ondas de 
choque (deformação plástica);
� Fonte Química: calor gerado por reações químicas 
exotérmicas;
� Fonte Radiante: calor gerado por radiação 
eletromagnética ou feixe de elétrons;
� Fonte Elétrica: calor gerado pela passagem de 
corrente elétrica ou com formação de um arco elétrico.
• Grande maioria dos aços usados na soldagem consiste de 
aço carbono baixo carbono. Fração restante: aço carbono 
alto carbono e ligados.
• Facilmente soldáveis por quase todos os processos: aços 
carbono com menos de 0,15% C.
• Aços de alta resistência requerem cuidados especiais: 
microestrutura temperada e revenida.
DICA 
O calor de soldagem pode afetar
as características dos materiais
Efeito da Soldagem nos AçosEfeito da Soldagem nos Aços
Efeito da Soldagem nos AçosEfeito da Soldagem nos Aços
• A aplicação do calor produz alteração estrutural, efeitos 
térmicos e mecânicos no metal a ser soldado.
• No componente soldado estas alterações podem aparecer de 
duas maneiras:
* Presença de trincas no metal base e no metal de solda bem 
como porosidades e inclusões. 
* Mudanças nas propriedades do metal base tais como 
resistência, ductilidade, tenacidade e resistência a corrosão.
Estes efeitos da soldagem podem ser minimizados ou 
eliminados através de mudanças nos métodos e práticas de 
soldagem
O Engenheiro de SoldagemO Engenheiro de Soldagem
• Perguntas que o Engenheiro de Soldagem deve responder:
* O projeto é adequado para o serviço?
* O material é adequado para o serviço requerido?
* O processo de soldagem, os procedimentos e o 
equipamento de são adequados?
• SOLDABILIDADE → capacidade do metal ser soldado sob 
condições de fabricação impostas para satisfazer o serviço 
requerido. Depende de:
* O projeto da estrutura, incluindo as juntas soldadas;
* As características e propriedades do metal base;
* As propriedades e características das soldas e do material 
na região adjacente ao cordão de solda.
Seleção dos Processos de Seleção dos Processos de 
SoldagemSoldagem
• Estruturas de aços baixo carbono e não ligados → projetadas 
com base nas propriedades do MB e ZF.
• Estruturas de aços de alta resistência e ligados → seleção dos 
processos e técnicas de soldagem. Exercem influência marcante 
nas características da ZAC.
• A seleção de um processo de soldagem para uma aplicação 
particular deve levar em conta:
* Espessura e dimensão das partes a soldar;
* Posição das juntas a soldar;
* Possibilidade de mecanização do processo;
* Aparência da junta acabada;
* Custo e limitações estabelecidas para o produto.
As Propriedades dos Aços e a As Propriedades dos Aços e a 
SoldagemSoldagem
• As propriedades dos materiais e aquelas requeridas na 
junta soldada é que vão ditar os procedimentos de 
soldagem.
• Casos Práticos:
* Soldagem de aços resistentes ao desgaste → pré e pós 
aquecimento
* Ligas de alto coeficiente de expansão térmica → técnicas 
especiais de soldagem
* Soldagem de aços inoxidáveis ferríticos → controlar aporte de 
calor
* Materiais susceptíveis à corrosão sob tensão → alívio de tensão 
ou martelamento
• Descarga elétrica sustentada através de um gás 
ionizado a alta temperatura.
• Três conceitos importantes:
– Calor
– Ionização
– Emissão Termoiônica
• Em soldagem, o arco normalmente ocorre entre um 
eletrodo cilíndrico e um plano (a peça), dando a 
esse um formato de tronco de cone.
O Arco ElétricoO Arco Elétrico
Arco Elétrico na Soldagem
Processo TIG
• É fonte de calor, sendo responsável pela formação 
da poça de fusão, aquecimento do eletrodo e ciclos 
térmicos de soldagem.
• Sua alta temperatura e turbulência produz intensas 
reações químicas.
• É responsável pela transferência do metal de adição 
da ponta do eletrodo para a poça de fusão.
• As características da fonte de energia é determinada 
pela estabilidade do arco.
Importância do Arco ElétricoImportância do Arco Elétrico
• Eletricamente, arco de soldagem caracteriza-se pela 
diferença de potencial entre as suas extremidades e pela 
corrente que circula pelo mesmo.
• Queda de potencial não uniforme ao longo do mesmo, 
divisão em três regiões:
Zona de Queda Catódica (VC): elétrons são emitidos e 
acelerados para o ânodo. Tensão varia entre 1 a 15 V.
Coluna de Plasma (VCP): elétrons livres, íons positivos e 
negativos. Parte visível e brilhante do arco. Queda de tensão 
proporcional ao comprimento do arco.
Zona de Queda Anódica (VA): constituída por elétrons. Queda 
de tensão igual ao potencial de ionização do gás.
Tensão do Arco: V = (VC + VA) + E . la 
Perfil ElétricoPerfil Elétrico
Perfil Elétrico
Regiões de Queda:
-Elevado gradiente elétrico
Cátodo ≅ 108V/m
Ânodo ≅ 106-107V/m
-Elevado Gradiente Térmico
105-106K/m
-Contração
Cátodo ≅ 106-1014A/m2
Ânodo ≅ 106-109A/m2
Coluna de Plasma:
-Altas temperaturas
-Equilíbrio térmico
-Equilíbrio elétrico
-Fluxo de matéria
Calor →→→→ movimentação de cargas elétricas no arco de um 
eletrodo e choque entre estas cargas.
Elétrons: conduzem mais de 90% da carga 
elétrica.
Íons positivos são praticamente imóveis se 
comparados com a velocidade dos elétrons.
Emissão Termoiônica →→→→ ocorre a partir do aquecimento 
do material a uma temperatura suficientemente 
alta para causar a emissão de elétrons de sua 
superfície.
Ionização →→→→ mudança de órbita de um elétron, sendo 
forçado para uma de maior energia.
A energia necessária à produção de elétron livre é
conhecida por“Potencial de Ionização”.
Perfil ElétricoPerfil Elétrico
• O arco de soldagem sofre as interações da corrente 
elétrica com os campos magnéticos por ela gerada.
• FORÇAS DE LORENTZ (F):
Força experimentada por um condutor de comprimento “l” , 
percorrido por uma corrente elétrica “i”, quando colocado 
numa região onde exista um campo magnético “B”. 
É definida por: F = B . i . L
As forças de Lorentz na região do arco têm sempre o 
sentido de fora para dentro.
• Efeito Magnético: responsável pela penetração do 
cordão de solda e por garantir a transferência da gota 
sempre no sentido eletrodo peça.
i ↑ ⇒ B ↑ e F ↑ → maior penetração
Efeitos MagnéticosEfeitos Magnéticos
• SOPRO MAGNÉTICO:
Perturbação do campo magnético, em torno do arco, 
levando a uma concentração do mesmo em um dos lados 
do arco, causando o seu desvio em relação à junta.
• CAUSAS:
* Mudanças bruscas na direção da corrente elétrica;
* Distribuição assimétrica de material ferromagnético em 
torno do arco.
• MEDIDAS DE CORREÇÃO:
* Inclinar o eletrodo para o lado que se dirige o arco;
* Reduzir o comprimento do arco;
* Balancear a saída da corrente da peça;
* Reduzir a corrente de soldagem;
* Soldar com corrente alternada.
Efeitos MagnéticosEfeitos Magnéticos
Preparação das Juntas a SoldarPreparação das Juntas a Soldar
• Junta é a região onde duas ou mais peças são 
soldadas.
JUNTA DE TOPO: os componentes a soldar encontram-
se topo a topo e em um mesmo nível.
JUNTA EM ÂNGULO: os componentes a soldar 
apresentam-se sob a forma de um ângulo.
Preparação das Juntas a SoldarPreparação das Juntas a Soldar
JUNTA SOBREPOSTA: as superfícies dos componentes 
a soldar se sobrepõem.
JUNTA DE ARESTA: os bordos dos componentes a 
soldar formam um ângulo de 180o.
Preparação das Juntas a SoldarPreparação das Juntas a Soldar
• Os chanfros são sulcos ou aberturas na superfície da peça ou peças 
a unir e que determinam o espaço para conter a solda.
• O chanfro é necessário para facilitar o acesso do eletrodo ou 
cabeçote de soldagem como também para garantir a resistência 
desejada do cordão de solda.
•Os chanfros podem ser preparados por operações de corte a chama, 
plasma ou por usinagem.
• O tipo de chanfro a ser usado em uma soldagem específica é
escolhido em função do processo de soldagem, espessura das peças, 
suas dimensões, facilidades de acesso à região da solda, etc 
• Cobre-junta (mata-junta ou backing) é um dispositivo empregado 
na raiz da solda com a finalidade de suportar o metal fundido 
durante a execução da soldagem. 
Preparação das Juntas a SoldarPreparação das Juntas a Soldar
Preparação das Juntas a SoldarPreparação das Juntas a Soldar
Preparação das Juntas a SoldarPreparação das Juntas a Soldar
• Classificação das juntas quanto à posição dos elementos em relação à 
soldagem
• Plana
• Horizontal
• Vertical
• Sobrecabeça
Juntas de topo em chapas
Juntas de filete em chapas
Preparação das Juntas a SoldarPreparação das Juntas a Soldar
• Dimensões e regiões de soldas de topo e de filete.
Preparação das Juntas a SoldarPreparação das Juntas a Soldar
• Dimensões e regiões de soldas de topo e de filete.
Preparação da Juntas a SoldarPreparação da Juntas a Soldar
Preparação da Juntas a SoldarPreparação da Juntas a Soldar
Preparação da Juntas a SoldarPreparação da Juntas a Soldar