Prévia do material em texto
Indaial – 2020 Práticas de soldagem Profª Patrícia Maria Alves de Melo 1a Edição Copyright © UNIASSELVI 2020 Elaboração: Profª Patrícia Maria Alves de Melo Revisão, Diagramação e Produção: Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri UNIASSELVI – Indaial. Impresso por: aPresentação Olá, acadêmico! Seja bem-vindo a esta nova disciplina em seu curso. Estaremos juntos no desenvolvimento de conceitos relativos a Práticas de Soldagem. Na Unidade 1 do livro didático será apresentada a terminologia da soldagem, bem como a simbologia de soldagem e os seus princípios. Além disso, estudaremos as normas de qualificação e a segurança e suas regras durante o uso do processo de soldagem. Também veremos os elementos de metalurgia com sua transferência de calor e aporte de energia na soldagem, bem como a condução de calor em chapas grossas e finas e os ciclos térmicos na soldagem e na distribuição de temperaturas. Você também será apresentado a microestrutura do aço, para então conhecer: a caracterização da poça de fusão, a solidificação da poça de fusão (com a transformação na zona afetada pelo calor) e, por fim, as descontinuidades no processo de soldagem. Você contará, ao final, com três as práticas de soldagem. Na Unidade 2 do livro didático, você será apresentado aos diversos processos de soldagem, como processo de soldagem com Eletrodo Revestido, MIG (Metal Inert Gás) e MAG (Metal Ativo em Gás), TIG (Tungstenio Inert Gás), Soldagem com arco submerso e a soldagem por plasma, conheceremos os seus Equipamentos e as variáveis elétricas e operacionais envolvidas em cada processo. Estudaremos as aplicações e os procedimentos desses processos. Ao fim, será possível o desenvolvimento de três as práticas de soldagem. Na Unidade 3 do livro didático, apresentaremos a transferência metálica em soldagem com arco elétrico, os tipos de transferência metálica e as forças atuantes durante a transferência. Os tipos de transferência metálica usada na soldagem MIG e MAG; na soldagem com eletrodos revestidos, a Transferência metálica na soldagem com arco submerso, bem como as aplicações dos diversos tipos de transferência metálica. Além disso, apresentaremos as fontes de energia em processo de soldagem, podendo ser fontes e convencionais. Conheceremos os tipos de fontes convencionais, fontes tiristorizadas, fontes inversoras e fontes híbridas. Saberemos sobre as propriedades dos metais de soldagem, como: poça de fusão e diluição, aporte térmico, ciclo térmico de soldagem e, repartição térmica, com esses pontos voltados a estrutura do metal de solda. Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há novi- dades em nosso material. Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagra- mação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo. Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilida- de de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assun- to em questão. Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa continuar seus estudos com um material de qualidade. Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de Desempenho de Estudantes – ENADE. Bons estudos! NOTA Por fim, conheceremos os defeitos do metal de solda. Nesta unidade, você ainda saberá sobre a zona termicamente afetada (ZTA) e suas características, bem como os tipos de soldagem (não convencional) que são abordados aqui e a Soldagem por eletroescória ou eletrogás, soldagem com fonte de calor focada, soldagem por atrito, soldagem por resistência, oxicorte e soldagem com gás. Ao fim deste estudo, abordaremos as três práticas de soldagem. Bons estudos! Profª Patrícia Maria Alves de Melo Olá, acadêmico! Iniciamos agora mais uma disciplina e com ela um novo conhecimento. Com o objetivo de enriquecer seu conhecimento, construímos, além do livro que está em suas mãos, uma rica trilha de aprendizagem, por meio dela você terá contato com o vídeo da disciplina, o objeto de aprendizagem, materiais complemen- tares, entre outros, todos pensados e construídos na intenção de auxiliar seu crescimento. Acesse o QR Code, que levará ao AVA, e veja as novidades que preparamos para seu estudo. Conte conosco, estaremos juntos nesta caminhada! LEMBRETE sumário UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM .......................................................................... 1 TÓPICO 1 — TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DA SOLDAGEM ........................................ 3 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 3 2 TERMINOLOGIA ................................................................................................................................ 4 3 SIMBOLOGIA DE SOLDAGEM ...................................................................................................... 8 RESUMO DO TÓPICO 1..................................................................................................................... 19 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 20 TÓPICO 2 — PRINCIPIOS DE SOLDAGEM ................................................................................. 23 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 23 2 NORMA E QUALIFICAÇÃO DE SOLDAGEM .......................................................................... 23 3 PRINCÍPIOS DE SEGURANÇA EM SOLDAGEM .................................................................... 26 4 REGRAS DE SEGURANÇA RELATIVAS AO LOCAL DE TRABALHO ............................. 26 5 REGRAS DE SEGURANÇA RELATIVAS AO PESSOAL ENVOLVIDO .............................. 28 RESUMO DO TÓPICO 2..................................................................................................................... 30 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 31 TÓPICO 3 — ELEMENTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM .......................................... 33 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 33 2 TRANSFERÊNCIA DE CALOR E APORTE DE ENERGIA NA SOLDAGEM ..................... 34 3 CONDUÇÃO DE CALOR EM CHAPAS GROSSAS E FINAS ................................................. 35 4 CICLOS TÉRMICOS NA SOLDAGEM E NA DISTRIBUIÇÃO DE TEMPERATURAS ....... 39 5 MICROESTRUTURA DOS AÇOS ................................................................................................ 40 6 FASES E ESTRUTURA DO AÇO RESFRIADO LENTAMENTE: DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FE-C ............................................................................................................................. 40 RESUMO DO TÓPICO 3.....................................................................................................................44 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 45 TÓPICO 4 — CARACTERIZAÇÃO DA POÇA DE FUSÃO ........................................................ 47 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 47 2 SOLIDIFICAÇÃO DA POÇA DE FUSÃO .................................................................................... 47 3 TRANSFORMAÇÃO NA ZONA AFETADA PELO CALOR .................................................... 50 4 DESCONTINUIDADES NO PROCESSO DE SOLDAGEM .................................................... 51 RESUMO DO TÓPICO 4..................................................................................................................... 57 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 58 TÓPICO 5 — EXPERIMENTOS DE SOLDAGEM ......................................................................... 61 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 61 2 EXPERIMENTOS .............................................................................................................................. 61 2.1 PRÁTICA DE SOLDAGEM (1): PROVOCAR DESCONTINUIDADE ESTRUTURAL NO CORDÃO DE SOLDA........................................................................................................... 62 2.1.1 Procedimentos ..................................................................................................................... 62 2.2 PRÁTICA DE SOLDAGEM (2): INFLUÊNCIA DO TEOR DE GÁS E ANÁLISE DA CHAMA OBTIDA ................................................................................................................. 62 2.2.1 Procedimentos ...................................................................................................................... 63 2.3 PRÁTICA DE SOLDAGEM (3) .................................................................................................. 64 2.3.1 Procedimento ....................................................................................................................... 64 LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................ 65 RESUMO DO TÓPICO 5..................................................................................................................... 71 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 72 UNIDADE 2 — PROCESSOS DE SOLDAGEM CONVENCIONAL ......................................... 73 TÓPICO 1 — PROCESSO DE SOLDAGEM COM ELÉTRODO REVESTIDO ...................... 75 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 75 2 EQUIPAMENTO ................................................................................................................................ 78 2.1 VARIÁVEIS ELÉTRICAS E OPERACIONAIS .......................................................................... 80 2.2 CONSUMÍVEIS ............................................................................................................................ 83 2.2.1 Higiene e segurança ............................................................................................................ 88 2.2.2 Aplicações e procedimentos ............................................................................................... 89 RESUMO DO TÓPICO 1..................................................................................................................... 91 AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 92 TÓPICO 2 — PROCESSO TIG ........................................................................................................... 93 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 93 2 EQUIPAMENTOS .............................................................................................................................. 93 2.1 VARIÁVEIS DO PROCESSO ....................................................................................................... 95 RESUMO DO TÓPICO 2..................................................................................................................... 99 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 100 TÓPICO 3 — PROCESSO MIG/MAG ............................................................................................ 103 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 103 2 CARACTERÍSTICAS ...................................................................................................................... 103 3 EQUIPAMENTOS ............................................................................................................................ 104 4 VARIÁVEIS DO PROCESSO ........................................................................................................ 105 RESUMO DO TÓPICO 3................................................................................................................... 113 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 114 TÓPICO 4 — SOLDAGEM COM ARCO SUBMERSO .............................................................. 117 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 117 2 EQUIPAMENTOS ............................................................................................................................ 118 3 VARIÁVEIS DE PROCESSO ......................................................................................................... 119 4 TIPOS DE JUNTA ............................................................................................................................ 119 5 CLASSIFICAÇÃO E SELEÇÃO DE CONSUMÍVEIS .............................................................. 120 RESUMO DO TÓPICO 4................................................................................................................... 121 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 122 TÓPICO 5 — SOLDAGEM POR PLASMA ................................................................................... 125 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 125 2 PRINCÍPIOS DE OPERAÇÃO ...................................................................................................... 125 3 EQUIPAMENTO .............................................................................................................................. 126 4 VARIÁVEIS DO PROCESSO ........................................................................................................ 127 RESUMO DO TÓPICO 5................................................................................................................... 129 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 130 TÓPICO 6 — EXPERIMENTOS DE SOLDAGEM ....................................................................... 133 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................133 2 DESCRIÇÃO DOS PROCEDIMENTOS .................................................................................... 133 LEITURA COMPLEMENTAR .......................................................................................................... 136 RESUMO DO TÓPICO 6................................................................................................................... 145 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 146 UNIDADE 3 — PRINCIPAIS TRANSFERÊNCIAS METÁLICAS ........................................... 147 TÓPICO 1 — TRANSFERÊNCIA METÁLICA EM SOLDAGEM COM ARCO ELÉTRICO ................................................................................................................... 149 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 149 2 DEFINIÇÕES .................................................................................................................................... 149 3 TIPOS DE TRANSFERÊNCIA METÁLICA ............................................................................... 149 4 FORÇAS ATUANTES NA GOTA DURANTE A TRANSFERÊNCIA ................................... 150 5 TRANSFERÊNCIA METÁLICA NA SOLDAGEM MIG E MAG.......................................... 155 6 TRANSFERÊNCIA METÁLICA NA SOLDAGEM COM ELÉTRODOS REVESTIDOS ................................................................................................................................... 156 7 TRANSFERÊNCIA METÁLICA NA SOLDAGEM COM ARCO SUBMERSO .................. 156 7.1 APLICAÇÕES DOS DIVERSOS TIPOS DE TRANSFERÊNCIA METÁLICA ................... 157 8 PRÁTICA EXPERIMENTAL Nº 7 ................................................................................................. 157 RESUMO DO TÓPICO 1................................................................................................................... 159 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 160 TÓPICO 2 — FONTES DE ENERGIA EM PROCESSO DE SOLDAGEM ............................. 161 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 161 2 FONTES CONVENCIONAIS ....................................................................................................... 162 2.1 TIPOS DE FONTES CONVENCIONAIS ................................................................................. 164 2.2 FONTES TIRISTORIZADAS ..................................................................................................... 166 2.3 FONTES INVERSORAS ............................................................................................................. 167 2.4 FONTES HÍBRIDAS ................................................................................................................... 168 RESUMO DO TÓPICO 2................................................................................................................... 169 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 170 TÓPICO 3 — PROPRIEDADES DOS METAIS DE SOLDAGEM ............................................ 171 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 171 2 POÇA DE FUSÃO E DILUIÇÃO .................................................................................................. 171 3 APORTE TÉRMICO ........................................................................................................................ 172 4 CICLO TÉRMICO DE SOLDAGEM ............................................................................................ 173 5 REPARTIÇÃO TÉRMICA ............................................................................................................. 174 6 ESTRUTURA DO METAL DE SOLDA ....................................................................................... 175 RESUMO DO TÓPICO 3................................................................................................................... 177 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 178 TÓPICO 4 — DEFEITOS DO METAL DE SOLDA...................................................................... 179 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 179 2 TRINCAS DE SOLIDIFICAÇÃO OU TRINCAS A QUENTE ............................................... 179 3 TRINCAS INDUZIDAS POR HIDROGÊNIO NO METAL DE SOLDA ............................ 180 3.1 POROSIDADE ............................................................................................................................ 181 4 INCLUSÕES DE ESCÓRIA OU OUTRAS INCLUSÕES ....................................................... 183 5 TRINCAS DE CRATERA ............................................................................................................... 183 5.1 FALTA DE FUSÃO E PERFIL DO CORDÃO DESFAVORÁVEL ........................................ 184 5.2 TÉCNICAS DE SOLDAGEM PARA EVITAR OS DEFEITOS .............................................. 185 RESUMO DO TÓPICO 4................................................................................................................... 189 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 190 TÓPICO 5 — ZONA TERMICAMENTE AFETADA (ZTA) ....................................................... 191 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 191 2 ZONA TERMICAMENTE AFETADA ......................................................................................... 191 3 DEFEITOS NA ZONA TERMICAMENTE AFETADA (ZTA) ................................................ 192 RESUMO DO TÓPICO 5................................................................................................................... 198 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 199 TÓPICO 6 — EXPERIMENTO DE SOLDAGEM ......................................................................... 201 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 201 2 AULA PRÁTICA 1 ........................................................................................................................... 201 3 AULA PRÁTICA 2 ........................................................................................................................... 202 4 AULA PRÁTICA 3 ........................................................................................................................... 202 LEITURA COMPLEMENTAR .......................................................................................................... 204 RESUMO DO TÓPICO 6................................................................................................................... 206 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 207 REFERÊNCIAS .................................................................................................................................... 209 1 UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de: • compreenderas terminologias e simbologias da soldagem e a importância de suas aplicações em um projeto que utiliza soldagem; • entender as normas de qualificação da soldagem, com seus princípios de segurança da soldagem e as regras de segurança relativas ao local de trabalho e ao pessoal envolvido; • conhecer os elementos da metalurgia da soldagem, o tipo de transferência de calor e o que é aporte de energia na soldagem; • conhecer a condução de calor em chapas grossas e finas, os ciclos térmicos na soldagem e na distribuição de temperaturas; • entender a microestrutura do aço; • conhecer a caracterização e a solidificação da poça de fusão, o que é transformação na zona afetada pelo calor, as descontinuidades no processo de soldagem. Esta unidade está dividida em cinco tópicos. No decorrer da unidade você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo apresentado. TÓPICO 1 – TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DA SOLDAGEM TÓPICO 2 – PRINCÍPIOS DA SOLDAGEM TÓPICO 3 – ELEMENTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM TÓPICO 4 – CARACTERIZAÇÃO DA POÇA DE FUSÃO TÓPICO 5 – EXPERIMENTOS DE SOLDAGEM Preparado para ampliar seus conhecimentos? Respire e vamos em frente! Procure um ambiente que facilite a concentração, assim absorverá melhor as informações. CHAMADA 2 3 TÓPICO 1 — UNIDADE 1 TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DA SOLDAGEM 1 INTRODUÇÃO Caro acadêmico, bem-vindo ao Tópico 1 deste livro didático! Ao longo de cada um dos tópicos, encontraremos sugestões e dicas que visam potencializar os temas abordados e, ao fim de cada um, estão disponíveis resumos e autoatividades que visam fixar os conteúdos estudados. Neste tópico, aprenderemos sobre as terminologias e simbologias da soldagem, bem como sobre as normas de qualificação da soldagem, com seus princípios de segurança da soldagem e as regras de segurança relativas ao local de trabalho e ao pessoal envolvido. Além disso, aprenderemos também sobre: o comportamento térmico de uma poça de fusão soldada. Para isso, necessitamos conhecer os elementos da metalurgia da soldagem, o tipo de transferência de calor e o que é aporte de energia na soldagem, como também condução de calor em chapas grossas e finas, os ciclos térmicos na soldagem e na distribuição de temperaturas. Conheceremos a caracterização e a solidificação da poça de fusão, o que é transformação na zona afetada pelo calor, as descontinuidades no processo de soldagem. Com as explicações dos principais conceitos necessários para a melhor compreensão da disciplina e para sua vida profissional, como futuro engenheiro, você conseguirá ser responsável pela realização do projeto e poderá definir qual é o material mais adequado para a execução desse projeto: as posições, temperaturas e formas de soldagem. Para que o processo de soldagem apresente o mínimo de problemas ou que seja possível resolver esses problemas, aplica-se princípios metalúrgicos apropriados. A soldagem é o mais importante processo de uniões de metais utilizados industrialmente e ela tem uma larga quantidade de processos envolvidos. Para que ocorra a união de materiais, tem-se as forças macroscópicas. Nela, estão presentes as forças de cisalhamento, as forças de atrito e as forças microscópicas, em que tem-se as forças interatômicas e intermoleculares, entre elas as ligações metálicas e ligações de Van der Waals (MARQUES, 2009). UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM 4 2 TERMINOLOGIA A terminologia define a forma com que ocorre o processo de soldagem. Assim, é possível definir os metais envolvidos e o passo a passo da formação de uma solda. As partes são: metal de adição e metal base (BRITO, 2009). A forma com que ocorre a soldagem está descrita na Figura 1. Logo, tem-se que: O processo funciona seguinte forma: o metal de adição é fundido pela fonte de calor e misturado com uma quantidade de metal de base também fundido, formando a poça de fusão. O metal de adição é fundido pela fonte de calor e misturado com uma quantidade de metal de base também fundido, formando a poça de fusão (MARQUES, 2009, p. 30). FIGURA 1 – TEMINOLOGIA DA SOLDAGEM FONTE: Marques et al. (2009, p. 30) A soldagem possui um conjunto de termos muito próprios, alguns destes termos e suas definições estão presentes nesta unidade, além de alguns aspectos importantes destes termos. O Metal Base (base metal) é o material da peça que passa pelo processo de soldagem. Procura-se escolher, para uma dada aplicação, a metal base de melhor soldabilidade, que seja adequado para a aplicação. Em alguns casos, por exemplo, na recuperação de uma dada peça por soldagem, essa escolha é impossível. O modo como uma solda será produzida (isto é, o procedimento de soldagem usado) deve levar em consideração as características da metal base e os seus aspectos metalúrgicos (MONDENESI, 2008). O Metal de Adição (filler metal) é um material adicionado, no estado líquido, durante a soldagem por fusão (ou a brasagem). O metal de adição deve ser selecionado de acordo com a metal base, as características e a aplicação da junta a ser soldada. Sendo esses metais de adição especificados por diversos organismos nacionais e internacionais, com destaque para a American Welding Society (AWS) e a International Organization for Standardization (ISO). A região conhecida como Poça de Fusão (weld pool) é a região que se encontra em fusão, a cada instante, durante uma soldagem por fusão. Em alguns processos de soldagem que não usam a fusão, pode-se considerar a existência de uma região de processamento de características similares à poça de fusão. TÓPICO 1 — TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DA SOLDAGEM 5 Penetração (penetration) é a distância da superfície original da metal base ao ponto em que termina a fusão, medida perpendicularmente a ela. Entende-se por junta (joint), a região entre duas ou mais peças que serão unidas. As juntas existem em vários tipos. Os mais usuais são a de topo (butt), de ângulo (tee), de canto (corner), sobreposta (lap) e de aresta (edge) (MONDENESI, 2008). Esses termos podem estar reunidos em um só tipo de soldagem. Exemplo: soldas em juntas de topo e ângulo podem ser de penetração total (penetração em toda a espessura de um dos componentes da junta) ou parcial. Soldas de penetração total apresentam um melhor comportamento mecânico, contudo, tendem a ser de execução mais difícil. Assim, quando o melhor desempenho destas não for necessário, o usual é se trabalhar com soldas de penetração parcial (MARQUES, 2009). Os tipos de juntas mais utilizadas em processo de soldagem, estão apresentadas na Figura 2. A determinação do tipo de junta a ser utilizada depende da peça e da posição que será necessário soldar. FIGURA 2 – TIPOS DE JUNTAS FONTE: Adaptado de Marques (2009, p. 40) Existe, para um processo de soldagem bem-sucedido, a necessidade de se ter um corte efetuado na junta para possibilitar/facilitar a obtenção de uma solda com a penetração desejada. Esse corte, conhecido como Chanfro, é usado quando a espessura dos componentes da junta impede a obtenção da penetração desejada sem o chanfro (MARQUES, 2009). A utilização de um determinado tipo de chanfro e suas dimensões dependem de muitos fatores como: • material base; • espessura do chanfro; • tipo de junta; • processo de soldagem; • possibilidade de se acessar os dois lados da junta; • posição de soldagem (ver definição a seguir); • características desejadas para a junta. UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM 6 A Figura 3 representa os tipos de chanfro possíveis de se utilizar, em alguns tipos de soldas. FIGURA 3 – TIPOS DE CHANFRO PARA SOLDAGEM FONTE: Adaptado de Marques (2009, p. 31) Em um chanfro, existem elementos importantes na influência do resultado do processo de soldagem, são eles: • Encosto ou nariz (s) (nose, groove face): parte não chanfrada de um componente da junta. • Abertura, folga ou fresta (f) (root opeming): menor distância entre as peças a soldar. • Ângulo de abertura da junta (a) (groove angle) e ângulo dechanfro (β) (bevel angle). A Figura 4 apresenta os elementos de um chanfro, que são escolhidos de forma a permitir um fácil acesso até o fundo da junta, mas, idealmente, com a menor necessidade possível de metal de adição (MARQUES, 2009). A Raiz (root) corresponde à região do cordão junto da fresta e do encosto, geralmente é a região em que a soldagem é mais difícil e, sendo mais propensa à formação de descontinuidades em uma solda. • A Face (face) é a superfície oposta à raiz da solda. • A Camada (layer) é o conjunto de passes localizados em uma mesma altura no chanfro. • Sobre o Reforço (reinforcement), trata-se da altura máxima alcançada pelo excesso de material de adição, essa medida é dada a partir da superfície do material de base. • A Margem (toe) é a linha de encontro entre a face da solda e a superfície do metal de base. FIGURA 4 – ELEMENTOS DE UM CHANFRO FONTE: Adaptado de Marques (2009, p. 32) TÓPICO 1 — TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DA SOLDAGEM 7 Por último, tem-se que o Passe (pass) que é o depósito de material obtido pela progressão sucessiva de uma só poça de fusão. Uma solda pode ser feita em um único ou em vários passes (Figura 5). FIGURA 5 – NÚMEROS E SEQUENCIAS DE PASSES POSSÍVEIS EM UM PROCESSO DE SOLDAGEM FONTE: Cardoso Júnior (2012, p. 55) A soldagem pode ser realizada em várias posições, sendo elas: • Horizontal (horizontal): o eixo da solda é aproximadamente horizontal, mas com face é inclinada. • Vertical (vertical): apresenta o eixo da solda aproximadamente vertical, podendo ser “para cima” (vertical-up) ou “para baixo” (vertical-down). • Plana (flat): tem-se no lado superior de uma junta e a face da solda é aproximadamente horizontal. • Sobrecabeça (overhead): o lado inferior de uma solda tem eixo aproximadamente horizontal. A posição de soldagem tem uma forte influência sobre o grau de dificuldade da sua execução e na sua produtividade, sendo a soldagem na posição plana, em geral, a mais fácil de ser executada e a que possibilita uma maior produtividade. As posições de acordo com a ASME (American Society of Mechanical Engeneers) estão descritas nas Figuras 6 e 7: FIGURA 6 – POSIÇÕES DE SOLDA FONTE: Marques (2009, p. 34) UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM 8 FIGURA 7 – PARA SOLDAS EM TUBULAÇÕES POSIÇÕES DE SOLDAGEM FONTE: Marques (2009, p. 35) De acordo com a forma em que a solda é executada a soldagem pode ser classificada em: • MANUAL: ocorre de forma em que toda a operação é realizada e controlada pelo soldador. • SEMIAUTOMATICA: a soldagem é realizada com controle automático de alimentação do metal de adição, mas o controle manual é realizado pelo soldador do posicionamento da tocha e de seu deslocamento. • MECANIZADA: a soldagem é realizada com controle automático da alimentação do metal de adição, controle de deslocamento do cabeçote de soldagem pelo equipamento, sendo necessário o posicionamento, acionamento do equipamento e supervisão da operação sob responsabilidade do operador de soldagem. • AUTOMÁTICO: ocorre a soldagem com controle automático de praticamente todas as operações necessárias. Os sistemas automáticos de soldagem podem ser divididos em duas classes: 1. sistemas dedicados: projetados para executar uma operação específica de soldagem, basicamente com nenhuma flexibilidade para mudanças nos processos e; 2. sistemas com robôs: programáveis e apresentando uma flexibilidade relativamente grande para alterações no processo. 3 SIMBOLOGIA DE SOLDAGEM A simbologia em soldagem são representações gráficas de sinais e números, que fornecem informações sobre determinada solda e/ou operação de soldagem. Os símbolos indicam a localização onde será realizada, detalhes do chanfro e algumas informações de operações de soldagem em formatos de desenhos de engenharia existem normas de diferentes países para designar os sistemas de símbolos de soldagem desenvolvidos. No Brasil, o sistema mais usado é o da American Welding Society, através de sua norma AWS A2.4, Symbols for Welding and Nondestructive Testing, podendo ser utilizados normas e símbolos de outros países que sejam similares aos da AWS, isto pode levar à interpretação errada de desenhos (MARQUES, 2009). TÓPICO 1 — TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DA SOLDAGEM 9 A Figura 8 apresenta um símbolo completo de soldagem, que apresentam os seguintes elementos: • símbolo básico da solda; • símbolos de acabamento; • símbolos suplementares; • linha de referência (sempre horizontal); • seta; • dimensões e outros dados; • cauda; • especificação de procedimento, processo ou outra referência. FIGURA 8 – SÍMBOLOS E COMPONENTES DA SOLDAGEM FONTE: Adaptado de Marques (2009, p. 20) SÍMBOLOS BÁSICOS: são os símbolos que fornecem informações básicas do processo. Apresenta linha de Referência suporte para as informações de soldagem e linha de seta, conforme apresentado na Figura 9. FIGURA 9 – LINHAS DE REFERÊNCIA EM SOLDA FONTE: Brito (2009, p. 1) UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM 10 Os símbolos que indicam o procedimento de soldagem podem ser colocados acima ou abaixo da linha de referência. O símbolo abaixo da linha de referência indica que o procedimento é realizado no lado indicado pela linha de seta, já o símbolo acima da linha de referência indica que o procedimento é realizado no lado oposto ao indicado pela linha de seta (MARQUES, 2009) conforme pode ser visualizada na Figura 10. FIGURA 10 – SÍMBOLOS E LINHAS DE REFERÊNCIAS PARA SOLDAGEM FONTE: Brito (2009, p. 2) Alguns tipos de junta com as representações são apresentadas na Figura 11. FIGURA 11 – JUNTAS E REPRESENTAÇÕES EM PROJETOS FONTE: Adaptado de Brito (2009, p. 4) TÓPICO 1 — TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DA SOLDAGEM 11 Sobre a linha base de um cordão de solda, a linha seta pode ser contínua ou quebrada (ziguezague), a outra extremidade da linha de referência pode apresentar um símbolo semelhante a uma letra V deitada. Esse símbolo é chamado de cauda e ele fornece informações a respeito de procedimentos, especificações e normas estabelecidos por associações de soldagem (com algarismos e letras) conforme Figura 12 (BRITO, 2009). FIGURA 12 – LINHA SETA QUEBRADA FONTE: Brito (2009, p. 5) Outros tipos de simbologia de solda estão representados na Figura 13, em que, tem-se que na solda por ponto, utiliza-se um círculo colocado no meio da linha de referência. A solda por costura é representado como um círculo colocado no meio da linha de referência e representa dois traços horizontais que cortam o círculo, um acima e outro abaixo da linha de referência apresentada na Figura 13 (COLOMBARI, 2004). FIGURA 13 – SOLDA POR PONTO (A) E POR COSTURA (B) FONTE: Colombari (2004, p. 56) O Quadro 1 apresenta outros tipos de soldas e os respectivos símbolos que são indicados em projetos que envolvem soldagem (COLOMBARI, 2004). A solda por projeção é representada como um círculo colocado tangencialmente à linha de referência, acima ou abaixo. O símbolo de solda em ângulo é representado por um triângulo retângulo posto acima ou abaixo da linha de referência. UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM 12 A solda de tampão é representada por um retângulo colocado acima ou abaixo da linha de referência. O retângulo pode conter algarismos, indicando a medida do enchimento em milímetros; a omissão da medida indica que o enchimento é total. O símbolo da solda de revestimento é representado por dois semicírculos colocados abaixo da linha de referência e indica que uma ou mais camadas de cordão necessárias, uma ao lado da outra. O símbolo da solda de fechamento ou de aresta. Pode ser representado de duas maneiras: no caso de peças curvas ou flangeadas, há duas linhas verticais com ponta curva, acima ou abaixo da linha de referência. Indica que a preparação da junta deve prever uma aresta. No caso de uma peça curva ou flangeada e uma peça plana, a representação é de duas linhas, sendo uma reta e vertical, e outra reta com ponta curva, acima ou abaixo da linhade referência. O símbolo da solda de suporte é um semicírculo colocado acima ou abaixo da linha de referência e do lado oposto ao do símbolo do chanfro. Indica que um cordão extra de solda deve ser feito na raiz do chanfro. O cordão extra pode ser feito antes ou depois do preenchimento do chanfro; a sequência de soldagem é indicada pelas linhas de referência. O símbolo da solda de encaixe para junta brasada é representado por duas linhas retas inclinadas, colocadas acima, abaixo ou em ambos os lados da linha de referência. QUADRO 1 – SOLDA POR PONTO E SOLDA POR COSTURA Solda por projeção Solda em ângulo Solda de tampão Solda de revestimento Solda de fechamento TÓPICO 1 — TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DA SOLDAGEM 13 Solda de fechamento curvada Solda de suporte Solda de encaixe FONTE: Brito (2009, p. 4) Os símbolos suplementares fornecem informações mais detalhadas a respeito do tipo de trabalho a ser feito, estão descritos no Quadro 2. As linhas múltiplas de referência são utilizadas para conter as informações a respeito das operações sucessivas de soldagem. A ordem em que essas operações devem ser executadas é determinada pela proximidade da linha em relação à seta; a primeira operação será aquela indicada pela linha mais próxima e assim sucessivamente. O símbolo de solda no campo é representado por um triângulo cheio, ligado a um traço vertical e indica que a junta deve ser soldada no final da montagem do conjunto; isso acontece no caso de soldagem de conjuntos formados por peças muito grandes que só podem ser montadas na obra; a ponta do triângulo ou bandeira deve estar sempre em posição oposta à linha de seta. O símbolo de solda, em todo contorno, é representado por um círculo colocado na intersecção da linha de referência com a linha de seta e indica que todo o local ao redor da junta deve ser soldado; esse tipo de soldagem geralmente acontece com junta em T. O símbolo do cobre-junta é representado por um retângulo colocado acima ou abaixo da linha de referência, de acordo com a direção indicada pela seta e pode conter o símbolo químico ou a classificação do material utilizado. Esse símbolo indica que um material deve ser colocado na raiz da junta para servir de suporte para o metal fundido. O símbolo com espaçador é um retângulo que indica que um material igual ao metal de base, que fará parte da fusão e deverá ser inserido. O símbolo é colocado no meio da linha de referência e pode conter a indicação do material utilizado. UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM 14 O símbolo de solda de um lado com projeção no lado oposto é representado por um semicírculo cheio e indica um excesso de solda exigido no lado oposto do cordão. O símbolo é colocado acima ou abaixo da linha de referência, conforme a exigência do desenho do projeto. O símbolo de perfil de solda nivelado é representado por um traço horizontal colocado no símbolo de chanfro e diz respeito ao acabamento exigido para a solda. Quando o perfil nivelado é requerido, o cordão de solda deve ficar no nível da peça. O símbolo de perfil de solda convexo é representado por um arco colocado no símbolo de chanfro e significa que o cordão deve apresentar um excesso de material. O símbolo de solda côncava é representado por um arco colocado no símbolo de chanfro e indica que o cordão de solda deve apresentar uma concavidade ou depressão em relação à superfície da peça. QUADRO 2 – SÍMBOLOS SUPLEMENTARES Solda no campo Solda em todo contorno Símbolo do cobre-junta Solda com espaçador retângulo Solda de um lado com projeção no lado oposto Perfil de solda nivelado Perfil de solda convexo Solda côncava FONTE: Adaptado de Brito (2009, p. 5) TÓPICO 1 — TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DA SOLDAGEM 15 Ao lado dos símbolos ou dentro deles são colocados números que representam as dimensões da solda e indicam: • a altura da perna da solda; • a profundidade ou ângulo do chanfro a ser feito; • a abertura da raiz; • a penetração de solda ou garganta efetiva; • o comprimento; • o espaçamento do cordão de solda. A medida da perna é colocada à esquerda do símbolo. Quando se trata de solda de pernas desiguais, as cotas devem indicar primeiro a altura da perna e depois o seu comprimento. Se a solda executada nos dois lados, cotam-se os dois símbolos e as duas medidas, sejam elas iguais ou diferentes. A medida do ângulo é colocada dentro do símbolo do chanfro. A medida da profundidade do chanfro a ser feito é colocada do lado esquerdo do símbolo. A abertura de raiz é a distância, na raiz da junta, entre as duas peças a serem soldadas. A medida é colocada dentro do símbolo que representa a junta e quando houver mais de uma indicação de medida, a ordem é: abertura de raiz e ângulo de chanfro conforme observado na Figura 14. FIGURA 14 – DIMENSÕES DE SOLDA FONTE: Adaptado de Marques (2009, p. 33) A medida de penetração ou garganta efetiva é colocada à esquerda do símbolo de solda, entre parênteses, como apresentado na Figura 15. FIGURA 15 – MEDIDA DE PENETRAÇÃO DE UMA SOLDA FONTE: Brito (2009, p. 8) UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM 16 As dimensões de comprimento e espaçamento, nessa ordem, são indicadas no lado direito do símbolo, separadas por um traço; o comprimento é conhecido pela letra L, da palavra inglesa “length”, e o espaçamento é identificado pela letra P, de “pitch”; essas letras podem aparecer na descrição do projeto, com as indicações das respectivas dimensões (Figura 16). O espaçamento de uma solda descontínua também é indicado à direita do símbolo; no caso de solda descontínua coincidente, o símbolo é colocado acima e abaixo da linha de referência. A dimensão do espaçamento de uma solda descontínua intercalada também é indicada à direita do símbolo, seguida pela dimensão do comprimento. Se o comprimento da solda é total ou contínuo, não é necessário cotar, porém, se a solda é descontínua, a cotagem é obrigatória. FIGURA 16 – DIMENSÕES DE SOLDA FONTE: Adaptado de Brito (2009, p. 9) Os símbolos típicos de soldagem são aqueles que trazem indicações, que são relacionadas a detalhes do processo, tais como abertura de ângulo, dimensões de solda, de espaçamento entre centros de incrementos, altura do depósito e outras, esses símbolos são colocados nos símbolos básicos, como descrito na Figura 17 (BRITO, 2009). FIGURA 17 – SÍMBOLOS TÍPICOS DE SOLDAGEM TÓPICO 1 — TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DA SOLDAGEM 17 UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM 18 FONTE: Adaptado de Brito (2009, p. 10) 19 Neste tópico, você aprendeu que: • A terminologia define a forma com que ocorre o processo de soldagem, sendo possível definir os metais envolvidos e o passo a passo da formação de uma solda. • O processo funciona seguinte forma: o metal de adição é fundido pela fonte de calor e misturado com uma quantidade de metal de base também fundido, formando a poça de fusão. O metal de adição é fundido pela fonte de calor e misturado com uma quantidade de metal de base também fundido, formando a poça de fusão. • A simbologia em soldagem são representações gráficas de sinais e números, que fornecem informações sobre determinada solda e/ou operação de soldagem. Os símbolos indicam a localização onde será realizada, detalhes do chanfro e algumas informações de operações de soldagem em formatos de desenhos de engenharia. • Os símbolos que indicam o procedimento de soldagem podem ser colocados acima ou abaixo da linha de referência. O símbolo abaixo da linha de referência indica que o procedimento é realizado no lado indicado pela linha de seta, já o símbolo acima da linha de referência indica que o procedimento é realizado no lado oposto ao indicado pela linha de seta. RESUMO DO TÓPICO 1 20 1 Analisando as definições apresentadas sobre soldagem, marque a alternativa CORRETA sobre a definição do processo de soldagem: a) ( ) Processo de pouca união de metais por fusão. b) ( ) Processo de união de materiais baseado no estabelecimento de forças deligação física de natureza similar às atuantes no interior dos próprios ma- teriais, na região de ligação entre os materiais que estão sendo unidos. c) ( ) Operação que visam obter a união de duas ou mais peças, não assegu- rando na junta a continuidade das propriedades físicas e químicas. d) ( ) Processo de união de materiais usados para obter coalescência (união) localizada de metais e não metais, produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, não sendo utilizado pressão e/ou materiais de adição. e) ( ) Processo de união de materiais baseado no estabelecimento de forças de ligação química de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais, na região de ligação entre os materiais que estão sendo unidos. 2 No processo de soldagem existem vários tipos de formação de juntas. Assinale a questão que cita os dois dos tipos de formação de uma junta soldada: a) ( ) Soldagem por pressão ou deformação e soldagem por fusão. b) ( ) Soldagem por fricção e soldagem por fusão. c) ( ) Soldagem por pressão ou deformação e soldagem por interação. d) ( ) Soldagem por junção e soldagem por fusão. 3 A terminologia define a forma com que ocorre o processo de soldagem deve ser executado. Assim, é possível definir os metais envolvidos e o passo a passo da formação de uma solda. Marque a alternativa CORRETA sobre os passos exigidos no processo de soldagem: a) ( ) O metal de adição é fundido pela fonte de calor e misturado com uma quantidade de metal de base também fundido, formando a poça de fusão. b) ( ) O metal de adição é fundido pela fonte de calor e misturado com uma baixa quantidade de metal de base também fundido, formando a poça de fusão. c) ( ) O metal de adição é fundido pela fonte de calor e não misturado com uma quantidade de metal de base também fundido, formando a poça de fusão. d) ( ) O metal de adição é fundido pela fonte de calor e misturado com uma quantidade de metal de base não fundido, formando a poça de fusão. e) ( ) O metal de adição é fundido pela fonte de calor e misturado com uma quantidade de metal de base fundido, mas não forma a poça de fusão de imediato. AUTOATIVIDADE 21 4 Junta é a região onde as peças serão unidas por soldagem. Existem os principais tipos de juntas. Marque a alternativa que descreve CORRETAMENTE os principais tipos de juntas: I - Topo. II - Linha. III - Ângulo. IV - Canto. V - Aresta. VI - Meio. VII - Sobreposta. A alternativa CORRETA é: a) ( ) I - III - IV - V - VII. b) ( ) I - II - IV - V - VII. c) ( ) I - II - IV - V - VI. d) ( ) I - II - IV - VI - VII. e) ( ) I - II - III - IV - V - VII. 5 De acordo com a forma em que a solda é executada, a soldagem pode ser classificada em quatro tipos de forma, assinale as alternativas CORRETAS que correspondem à forma automática de soldagem: a) ( ) Toda a operação é realizada e controlada pelo soldador. b) ( ) Controle automático de alimentação do metal de adição, mas com controle manual pelo soldador do posicionamento da tocha e de seu deslocamento. c) ( ) Controle automático da alimentação do metal de adição, controle de deslocamento do cabeçote de soldagem pelo equipamento, mas com o posicionamento, acionamento do equipamento e supervisão da operação está sob responsabilidade do operador de soldagem. d) ( ) Controle de praticamente todas as operações necessárias, o nível de controle de operação, o uso de sensores, a possibilidade de programar o processo indicam claramente um processo. Podem ser divididos em duas classes: sistemas dedicados, projetados para executar uma operação específica de soldagem, basicamente com nenhuma flexibilidade para mudanças no processo; e sistemas com robôs, programáveis e apresentando uma flexibilidade relativamente grande para alterações no processo. e) ( ) Controle de praticamente poucas operações necessárias, o nível de controle de operação, o uso de sensores, a possibilidade de programar o processo indicam claramente um processo. Podem ser divididos em duas classes: sistemas dedicados, projetados para executar uma operação específica de soldagem, basicamente com nenhuma flexibilidade para mudanças no processo; e sistemas com robôs, programáveis e apresentando uma flexibilidade relativamente grande para alterações no processo. 22 23 TÓPICO 2 — UNIDADE 1 PRINCIPIOS DE SOLDAGEM 1 INTRODUÇÃO Olá, caro acadêmico! Iniciamos, agora, o Tópico 2. Neste tópico, será possível entender as normas e qualificações que compõem uma boa e segura ação no processo de soldagem. O processo de soldagem possui riscos inerentes que devem ser observados com muita atenção, sob pena de trazer danos materiais e, sobretudo, à vida humana. O profissional de engenharia deve estar atento às condições de segurança na soldagem, sempre alinhando suas práticas ao que determina as normas vigentes, com objetivo de preservar a segurança das pessoas, do processo e lhe dar o respaldo legal necessário. Portanto, devem ser observadas algumas regras de segurança. Veremos a seguir. 2 NORMA E QUALIFICAÇÃO DE SOLDAGEM Em operações de soldagem, a realização de soldas inadequadas durante a fabricação de alguns tipos de estruturas ou equipamentos, tais como navios, pontes, oleodutos, componentes automotivos e vasos de pressão, podem resultar em sérios acidentes com perdas materiais e, eventualmente, humanas e danos ao meio ambiente (MARQUES, 2009). Diferentes especificações e códigos ligadas a soldagem são usadas para garantir a boa uniformidade e qualidade do produto final (CALDAS, 2013). Esses códigos e especificações fazem parte das mais diferentes etapas do processo, por exemplo: • Especificação de material do metal de base e do consumíveis. • Projeto e preparação da junta. • Fabricação de estruturas e equipamentos. • Qualificações de procedimento e de operador. • Procedimentos de inspeção e avaliação de descontinuidades. Sobre as especificações, podem ser citadas: • ASME Boiler and Pressure Vessel Code (vasos de pressão). • API STD 1104, Standard for Welding Pipelines and Related Facilities (tubulações e dutos na área de petróleo). • AWS D1.1, Structural Welding Code – Steel (estruturas soldadas de aço carbono e de baixa liga). 24 UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM • AWS D1.2, Structural Welding Code – Aluminum. • DNV, Rules for Design, Construction and Inspecion of Offshore Structures (estruturas marítimas de aço). • Associações como a International Organization for Standardization (ISO), American Welding Society (AWS), British Standard Society (BS), Deustches Institute fur Normung (DIN), Association Francaise de Normalisation (NF), Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) etc. Um documento denominado de Especificação de Procedimento de Soldagem (EPS) é gerado com os valores permitidos de diversas variáveis do processo que estão registrados para serem adotados, pelo soldador ou operador de soldagem, durante a fabricação de uma dada junta soldada (CALDAS, 2013). Em geral, os códigos separam as diferentes variáveis do processo em variáveis de qualificação (ou essenciais), cuja alteração além de limites determinados pela norma implica na necessidade de uma nova qualificação do procedimento, e em variáveis “não essenciais”, que podem ser alteradas sem a necessidade de uma nova qualificação. A Especificação de Procedimento de Soldagem (EPS) e as variáveis por ela consideradas dependem do processo de soldagem usado e da norma técnica que está sendo aplicada. Para ser utilizada na produção, uma EPS deve ser antes qualificada. Para isso, amostras adequadas devem ser preparadas e soldadas de acordo com a EPS. Os procedimentos para a realização e obtenção da EPS passam por várias partes que envolvem esse processo, que são os corpos de prova que devem ser retirados de regiões predeterminadas destas amostras e testados ou examinados, como também os resultados destes que devem ser avaliados com base nos requerimentos estabelecidos pelanorma, projeto ou contrato. O procedimento deve ser aprovado ou rejeitado (neste caso, podendo ser convenientemente modificado e testado novamente) (MARQUES, 2009). Segundo Marques (2009), os testes que serão realizados na qualificação de uma EPS, assim como o seu número, dimensões e posição no corpo de prova, dependem da aplicação, da norma considerada e de eventuais exigências de contrato. Os testes que podem ser requeridossão: • Ensaio de dobramento. • Ensaio de tração. • Ensaio de impacto (ou ensaio para determinação de tenacidade). • Ensaio de dureza. • Macrografia. • Ensaios não destrutivos (por exemplo, radiografia). • Testes de corrosão. TÓPICO 2 — PRINCIPIOS DE SOLDAGEM 25 As análises dos resultados dos testes devem constar em um Registro de Qualificação de Procedimento (RQP) o qual deve ser referido pela EPS, servindo como um atestado de sua adequação aos critérios de aceitação estabelecidos. Os originais da EPS e RQP são guardados e cópias da EPS já qualificada serão encaminhadas para o setor de produção e colocadas próximas das juntas que serão fabricadas de acordo com a EPS. Durante a fabricação, os valores indicados na EPS deverão ser seguidos (MARQUES, 2009). Inspeções periódicas são realizadas para verificar que ele está ocorrendo. Existem disponíveis atualmente programas de computador específicos para o armazenamento e seleção de procedimento de soldagem. Existem as variáveis provenientes do material e as variáveis provenientes do soldador. As variáveis referentes ao processo e ao material são controladas como descrito até agora (MARQUES, 2009). Com relação às variáveis que determinam a qualificação de um soldador são: • Processo de soldagem. • Tipo de junta. • Posição de soldagem. • Tipo de eletrodo. • Espessura da junta. • Situação da raiz. Esse documento EPS é elaborado para cada um dos equipamentos, deve conter para cada junta a ser soldada, os parâmetros principais dos procedimentos de soldagem qualificados e a indicação dos exames e ensaios exigidos. Por suas características, esse documento é um instrumento de uso diário, para o controle da execução e inspeção da soldagem. Ele é elaborado a partir dos desenhos de fabricação e montagem dos equipamentos, procedimentos de soldagem qualificados e requisitos das normas técnicas aplicáveis. Ele é composto basicamente de três partes (MARQUES, 2009): • Parte 1: desenho do equipamento com a identificação de todas as juntas a serem soldadas. • Parte 2: parâmetros principais da operação de soldagem, obtidos nos procedimentos de soldagem da executante qualificados, para cada junta a ser soldada. • Parte 3: exames e testes a serem executados, para cada junta a ser soldada. Os dados para preenchimento são obtidos na norma de projeto e nas normas de fabricação e montagens do equipamento. Todos os requisitos necessários para elaboração de uma EPS são contemplados na norma ASME SEÇÃO IX, artigo II- QW 200.1. 26 UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM 3 PRINCÍPIOS DE SEGURANÇA EM SOLDAGEM O processo de soldagem possui riscos inerentes que devem ser observados com muita atenção, sob pena de trazer danos materiais e, sobretudo, à vida humana. Por isso, um dos principais cuidados ao lidar com essa tecnologia é a segurança do processo. Existem normas que orientam o engenheiro acerca dos pontos a serem cumpridos para atuar corretamente: a norma regulamentadora 34 (NR34) determina condições e meio ambiente de trabalho na indústria. Nesta norma constam orientações sobre as condições para proteção do trabalhador em vários processos industriais, dentre eles, a soldagem. Além da NR34, existem outras normas brasileiras que regulamentam outras operações que fazem parte do escopo do processo de soldagem e que serão citadas ao longo deste capítulo. Diante desta realidade, o profissional de engenharia deve estar atento às condições de segurança na soldagem, sempre alinhando suas práticas ao que determina as normas vigentes, com objetivo de preservar a segurança das pessoas, do processo e lhe dar o respaldo legal necessário. Portanto, devem ser observadas as regras de segurança (ESAB, 2005). 4 REGRAS DE SEGURANÇA RELATIVAS AO LOCAL DE TRABALHO Todos aqueles que já fizeram algum curso de primeiros socorros ou, algum treinamento relativo à brigada de incêndio já viu o diagrama apresentado na Figura 18, trata-se do triângulo de fogo. Nesta representação constam os elementos básicos para que haja combustão. No processo de soldagem a combustão controlada pode fazer parte do processo, mas caso esse controle não siga as normas de segurança, pode acarretar graves acidentes. FIGURA 18 – TRIÂNGULO DE FOGO FONTE: Esab (2019, p. 1) Contudo, mesmo que não desejemos ter combustão no nosso processo, a maioria dos processos de soldagem, por sua própria natureza, traz dois desses elementos: o calor e o comburente (calor e oxigênio). Por isso, é muito alto o TÓPICO 2 — PRINCIPIOS DE SOLDAGEM 27 risco desses dois elementos encontrarem o combustível no local de trabalho durante a soldagem. Os itens estão apresentados na Figura 19. Segundo Cardoso Júnior (2013), para evitar incêndios e explosões algumas condições com o local de trabalho devem ser tomadas algumas precauções, a saber: • garantir que a região soldada esteja isenta de gases, combustíveis ou qualquer outro material inflamável; • manter distância de qualquer material combustível ou na impossibilidade disso, instalar barreiras corta fogo (paredes, biombos ou similares); • prover o ambiente com equipamentos e combate ao incêndio; • não soldar equipamentos que não tenham sido devidamente esvaziados (garantir que não haja gases inflamáveis ou combustíveis líquidos nos reservatórios; • comunicar à equipe de segurança no trabalho da empresa que naquele local haverá um procedimento de soldagem pois o pessoal especializado se certificará das condições de sinalização do local e autorizações necessárias, porém, não havendo essa equipe essa é uma tarefa a ser supervisionada pelo responsável pelo trabalho; • garantir que haja ventilação no local de trabalho, de modo a eliminar os gases decorrentes do processo. A ventilação pode ser natural ou forçada dependendo do tipo de ambiente; • soldagem em áreas confinadas requer cuidados redobrados dado o risco de haver baixa concentração de oxigênio. Para tanto, por precaução, é importante recorrer às recomendações da NR-33 (espaços confinados); • verificar se o metal de base não possui em sua composição meais tóxicos, tais como: zinco, berílio, cádmio etc. • para as soldas que utilizam cilindros de gás observar os cuidados relativos à instalação e posicionamento (longe de fontes elétricas e mantido na vertical), bem como cuidados no controle de pressão (usar regulador de pressão adequado par ao gás de trabalho). Além desses cuidados básicos, seguir outras orientações prestadas pelo fornecedor do gás. FIGURA 19 – ITENS DE SEGURANÇA NO AMBIENTE QUE DEVEM ESTAR NA CABEÇA DO SOLDADOR FONTE: O autor 28 UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM 5 REGRAS DE SEGURANÇA RELATIVAS AO PESSOAL ENVOLVIDO Se o processo de soldagem pode trazer riscos na sua interação com o ambiente, conforme foi explicado no subtópico anterior, quando se trata do cuidado com a segurança pessoal, as exigências são ainda maiores sem contar que a negligência com a segurança do operador pode levar a consequências negativas imediatas. Os equipamentos de proteção individual requeridos para esse tipo de trabalho são requeridos pela norma regulamentadora 6 (NR6) e devem conter um certificado de aprovação (CA), documento este que deve ser observado na aquisição do equipamento (BRASIL, 2018). O primeiro dos cuidados a serem tomados se refere à exposição do operador a fontes de energia elétrica. A corrente elétrica, contínua ou alternada, usada no aparato de soldagem pode oferecer riscos ao operador caso não sejam seguidas instruções de segurança básica. O primeiro ponto a ser observadoé se a instalações elétricas seguem as normas de instalações elétrica, a exemplo da norma NBR-5410 (2004). Para tanto, devem ser seguidos os cuidados relativos a: • proteger-se e isolar-se dos contatos elétricos; • providenciar o aterramento da máquina; • usar equipamento de proteção individual que também proteja contra descargas elétricas; • assegurar-se que todos os contatos elétricos estejam firmes, tanto nos cabos quanto dos quadros de conexão elétricos Na Figura 20 estão destacados os equipamentos de proteção individual utilizados pelo profissional durante a soldagem. FIGURA 20 – EPI USADO PARA SOLDAGEM FONTE: O autor TÓPICO 2 — PRINCIPIOS DE SOLDAGEM 29 Na Tabela 1 estão listados os EPIs apresentados na Figura 20, como também suas respectivas finalidades. TABELA 1 – RELAÇÃO DE EPIS E SUA RESPECTIVA FUNÇÃO Conforme indicado na 20 EPI Finalidade (proteção) A luva de raspa de couro mãos B touca cabelos e ombros C máscara olhos D mangotes braços e antebraços E avental tronco F filtro UV olhos G botas pés H perneiras pernas, abaixo do joelho FONTE: Adaptado de Cardoso Júnior (2017) 30 RESUMO DO TÓPICO 2 Neste tópico, você aprendeu que: • Existem diferentes especificações e códigos ligadas à soldagem que são usadas para garantir a boa uniformidade e qualidade do produto. Bem como existe ainda as regras de segurança para o local de trabalho, segurança coletiva e segurança pessoal, todas com as devidas normas a serem seguidas. • Os códigos e as especificações fazem parte das mais diferentes etapas do processo, por exemplo: especificação de material do metal de base e do consumíveis; projeto e preparação da junta; fabricação de estruturas e equipamentos; qualificações de procedimento e de operador; procedimentos de inspeção e avaliação de descontinuidades. • Existem normas que orientam o engenheiro acerca dos pontos a serem cumpridos para atuar corretamente: a norma regulamentadora 34 (NR34) determina condições e meio ambiente de trabalho na indústria. • Nas normas constam orientações sobre as condições para proteção do trabalhador em vários processos industriais, dentre eles, a soldagem. Além da NR34, existem outras normas brasileiras que regulamentam outras operações que fazem parte do escopo do processo de soldagem. 31 1 Os equipamentos de proteção coletiva, ou EPC, proporcionam segurança ao trabalhador e a outras pessoas circulando em locais de trabalho que possam oferecer riscos. São exemplos de EPC: a) ( ) Escadas móveis, extintores de incêndio, proteção de partes móveis de máquinas e equipamentos. b) ( ) Sinalização de segurança, elevadores, proteção de partes móveis de máquinas e equipamentos. c) ( ) Sinalização de segurança, extintores de incêndio, proteção de partes móveis de máquinas e equipamentos. d) ( ) Escadas móveis, extintores de incêndio, elevadores. e) ( ) Sinalização de segurança, mangueiras de incêndio, elevadores. 2 O Equipamento de Proteção Individual (EPI), utilizado na proteção de um soldador contra os perigos específicos à operação de soldagem, compreende: a) ( ) Avental, luva e máscara. b) ( ) Avental, porta-eletrodo e grampo terra. c) ( ) Cabo de solda, grampo terra e luva. d) ( ) Cabo terra, luva e perneira. e) ( ) Máscara, perneira e porta-eletrodo. 3 Sobre a definição de um Equipamentos de Proteção Individual (EPI), marque a alternativa CORRETA: a) ( ) Dispositivos ou produtos de uso coletivo utilizados pelo trabalhador, destinados à proteção de riscos suscetíveis de ameaçar a segurança e a saúde no trabalho e de terceiros. b) ( ) Dispositivo ou produto de uso individual utilizado pelo trabalhador, destinado à proteção de riscos suscetíveis de ameaçar a segurança e a saúde no trabalho. c) ( ) Somente o calçado de segurança é considerado equipamentos de pro- teção individual (EPI). d) ( ) Somente proteção respiratória é considerada equipamento de prote- ção individual (EPI). e) ( ) Somente máscara é obrigatório como EPI. 4 Sabe-se que existem Equipamentos de proteção individual (EPIs) para cada parte do corpo de um soldador, neste contexto, para a proteção do tronco são usados os EPIs: AUTOATIVIDADE 32 a) ( ) Vestimentas tipo colete à prova de balas, para proteção do tronco contra riscos de origem mecânica. b) ( ) Vestimentas para proteção do tronco contra vibrações. c) ( ) Vestimentas para proteção do tronco contra riscos de origem biológica. d) ( ) Vestimentas para proteção do tronco contra riscos de origem elétrica. d) ( ) Vestimentas para proteção do tronco contra riscos de origem cortante e perfurante. 5 São Equipamentos de Proteção Individual (EPI) para proteção da cabeça, dos membros inferiores e superiores, respectivamente: a) ( ) Óculos, calça e creme protetor. b) ( ) Luva, perneira e manga. c) ( ) Capacete, calça e luva. d) ( ) Capuz, cinturão e luva. e) ( ) Capacete, calçado e colete à prova de balas. 6 Em todos os processos de soldagem por fusão, os riscos à que o soldador se expõe são imenso. Entre estes riscos, assinale a alternativa que os descrevem CORRETAMENTE: a) ( ) Poluição por fumos de soldagem; radiação visível e invisível; ruídos excessivos; choques elétricos; incêndios e explosões. b) ( ) Poluição por gás de soldagem; radiação visível e invisível; ruídos mesmo que pouco; choques elétricos; incêndios e explosões. c) ( ) Poluição por fumos de soldagem; radiação visível e invisível; ruídos excessivos; choques elétricos; incêndios e explosões. d) ( ) Apenas poluição por fumos de soldagem e radiação visível. e) ( ) Poluição por fumos de soldagem; radiação visível e invisível; ruídos excessivos; poucos choques elétricos; incêndios e explosões. 33 TÓPICO 3 — UNIDADE 1 ELEMENTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM 1 INTRODUÇÃO Olá, querido acadêmico! Estamos iniciando agora o Tópico 3. Na introdução, aprenderemos sobre os metais, esclarecendo a ideia de que alguns dos processos químicos que ocorrem durante a fabricação dos metais, especialmente o aço, ocorrem também durante a soldagem, de modo que a metalurgia da soldagem pode ser encarada imaginando-se a soldagem ao arco elétrico como a miniatura de uma siderúrgica (ESAB, 2005). Você deve entender que a soldagem requer do profissional que a executa o domínio das técnicas necessárias para fornecer calor e/ou pressão à junta soldada, de modo a promover a união dos metais. É comum vir à mente do estudante de engenharia que basta esse nível de conhecimento para que se domine a área de soldagem. Esse raciocínio, tão comum, é estimulado pelos fatores macroscópicos do processo que levam a uma ideia diferente de pensar que soldagem é apenas isso. No entanto, é importante saber que a missão do engenheiro não é apenas supervisionar um trabalho de soldagem. Muitas vezes, esse profissional é requisitado para buscar melhorias na eficiência da soldagem, evitar problemas pós soldagem ou ao menos, investigar as causas de problemas de soldagem. Para isso é necessário que haja o mínimo conhecimento de engenharia aplicada nas áreas térmica e da metalurgia. Esse conhecimento dará ao engenheiro elementos para ir além do macroscópico e iluminar a solução para seus desafios. De forma geral, é importante saber que as propriedades do material e a microestrutura resultante após a soldagem é função da quantidade de energia fornecida, da velocidade com a qual essa energia é fornecida e consequentes reações de solidificação do metal fundido. Entenderemos sobre a transferência de calor no processo de soldagem, bem como sobre o aporte térmico e o ciclo térmico de soldagem, que fazem parte da metalurgia de soldagem. Compreenderemos também como se comportam os aços durante aquecimento e resfriamento, para que seja possível o entendimento da soldabilidade deles. 34 UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM 2 TRANSFERÊNCIA DE CALOR E APORTE DE ENERGIA NA SOLDAGEM A junta a ser soldada requer o aporte de calor necessário para que haja a fusão dos metais.Esse calor origina-se de fonte externa, mas nem todo ele é usado para fusão dos metais: parte se perde por radiação e parte por convecção. Essas perdas não são exclusivas da soldagem, ocorrem em outros processos térmicos. Logo, entra o conceito de eficiência. Um sistema é mais eficiente que outro se este primeiro apresentar menores perdas. Considerando uma solda a arco elétrico, fica mais fácil compreender esse conceito, utilizando a equação a seguir: Em que, numa junta soldada, a máquina fornece: I corrente (A); V tensão (V); P energia fornecida (W); ea eficiência do arco; Como nem toda a energia fornecida é usada para fundir o metal, devido às perdas já citadas, considera-se um parâmetro chamado eficiência do arco ea. Assim, a energia fornecida pelo arco elétrico á junta soldada P é calculada. A soldagem a arco elétrico foi citada pela facilidade em modelar a energia fornecida a partir do produto da tensão com a corrente elétrica. Contudo, o conceito de eficiência energética é geral e se estende a outras técnicas de soldagem. Na Figura 21, é apresentado o comparativo de eficiência entre vários processos soldagem além do arco elétrico. Observe que nenhum dos processos apresentados possui eficiência de 100%. FIGURA 21 – GRÁFICO DE VALORES COMPARATIVOS DE EFICIÊNCIA DE ALGUNS PROCESSOS DE SOLDAGEM FONTE: Adaptador de Wainer (1992, p. 360) TÓPICO 3 — ELEMENTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM 35 3 CONDUÇÃO DE CALOR EM CHAPAS GROSSAS E FINAS Para o estudo térmico acerca da região envolvida na solda, recorre-se à teoria de transferência de calor. Wainer (1992) apresenta as equações que modelam a transferência de calor em chapas finas e grossas e que auxiliam no traçado das linhas isotérmicas, que são linhas de mesma temperatura na superfície que recebe calor, conforme presente na Figura 22. FIGURA 22 – ISOTERMAS NA SOLDAGEM DE CHAPAS FONTE: Adaptado de Wainer (1992) O conhecimento acerca da distribuição de temperatura da região soldada decorre do fato que as propriedades do material dependem dos processos pelo qual esse material passou, sobretudo das transformações de fase induzidas pelo aporte de calor durante a soldagem. Durante a soldagem, a região de solda passa por intensas variações de temperatura que provocam alterações microestruturais. Essas alterações de microestrutura alteram as propriedades mecânicas do material. Como as propriedades mecânicas da junta soldada devem atender às condições de trabalho do componente soldado, uma das condições está na forma se dá a transferência de calor na soldagem que influencia diretamente na qualidade final do trabalho. Este fato se encontra demonstrado no gráfico da Figura 23, em que o limite de escoamento do aço sofre mudança no limite de escoamento em decorrência da velocidade de resfriamento empregada. 36 UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM FIGURA 23- GRÁFICO DO LIMITES DE ESCOAMENTO X VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO DE UM AÇO (0,8% C), AQUECIDO A 900°C/H FONTE: Marques et al. (2009, p. 83) A velocidade de resfriamento depende da taxa de transferência de calor do material, que, por sua vez, depende de diversos fatores como: geometria, espessura do material, velocidade do ar e as condições de processo afetam a microestrutura do material (MARQUES, 2009). Na maioria dos processos de soldagem, a junta precisa ser aquecida até uma temperatura adequada. Na soldagem por fusão, particularmente, trabalha- se com fontes de calor (o arco elétrico ou uma chama, por exemplo) de elevada temperatura (1.000 a 20.000 °C), concentradas (superfície de contato com a junta de poucos milímetros quadrados) e, portanto, de elevada intensidade, as quais, ao serem deslocadas ao longo da junta, resultam na formação da solda pela fusão e solidificação localizadas da junta. Temperaturas elevadas; altos gradientes térmicos; e variações bruscas de temperaturas (MONDENESI, 2003). Essa transferência de calor da fonte para a junta causa alterações de temperatura na solda e nas regiões adjacentes da metal base, que dependem da forma com que o calor é difundido para o restante do material sendo soldado (MONDENESI, 2003). A velocidade de resfriamento e de aquecimento de uma junta, determinará suas propriedades mecânicas. IMPORTANT E TÓPICO 3 — ELEMENTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM 37 Ainda segundo Mondenesi (2003), essas variações de temperatura causam, além da fusão e solidificação do cordão de solda, variações dimensionais e alterações microestruturais localizadas que podem resultar em efeitos indesejáveis, tais como: • Tensões residuais e distorção. • Deterioração de propriedades mecânicas (ductilidade, tenacidade, resistência mecânica etc.). • Formação de trincas devido a (a) e (b). • Deterioração de propriedades físicas, químicas etc. Para um bom esclarecimento sobre o processo de soldagem, tem-se numa primeira etapa o Aporte Térmico (energia de soldagem ou Heat input) que é definido como a quantidade de energia fornecida à junta por unidade de comprimento da mesma (MARQUES, 2009). Para soldagem a arco é definida como descrito na equação 3 e apresentado na Figura 24. Em que: H - a energia de soldagem (J/mm); η - é a eficiência do processo; V- é a tensão no arco (V); I - É a corrente de soldagem (A); Ѵ-velocidade de soldagem (mm/s); Na segunda etapa, a dissipação do calor ocorre principalmente por condução, na peça, das regiões aquecidas para o restante do material. A evolução de temperatura em diferentes pontos, devido à soldagem, pode ser estimada teórica ou experimentalmente (MARQUES, 2009). FIGURA 24 – APORTE TÉRMICO NO PROCESSO DE SOLDAGEM FONTE: Adaptado de Brito (2009) 38 UNIDADE 1 — METALURGIA DA SOLDAGEM Cada ponto do material localizado próximo à junta experimentara uma diferente variação de temperatura devido à passagem da fonte de calor, como mostra a Figura 25. Essa curva e chamada de “ciclo térmico de soldagem” e pode ser considerada como o “tratamento térmico” que o ponto sofreu durante a soldagem (MARQUES, 2009). Segundo Marques (2009), os ciclos térmicos de soldagem e a repartição térmica dependem de diversas variáveis, são elas: • Tipo do material de base: quando o material apresenta alta condutividade térmica, ocorre também uma maior dissipação de calor da região da solda para a peça, dificultando a formação da poça de fusão. Já se a condutividade térmica for baixa, tem-se uns gradientes térmicos abruptos no aquecimento e, por consequência, tem-se baixa velocidade de resfriamento, assim, a energia térmica é mais bem aproveitada para a fusão localizada. • Geometria da junta: os ciclos térmicos de soldagem e a repartição térmica dependem de variáveis, como a espessura da junta. Se espessura da junta for alta, ocorrerá o fácil escoamento de calor da região da solda (até uma espessura limite a qual não dependerá da espessura da solda). • Energia de soldagem e temperatura inicial da peça: com a alta energia de soldagem e alta temperatura inicial da peça, ocorre a diminuição da velocidade de resfriamento (repartição térmica mais larga). Esses dois parâmetros geram um controle sobre a velocidade de resfriamento, microestrutura e por consequência as propriedades mecânicas. • A zona fundida: pode ser formada pelas mais diversas condições, um exemplo é a soldagem a arco com eletrodo consumível, onde o metal de adição fundido é transferido para a poça de fusão na forma de gotas, aquecidas a temperaturas muito elevadas, acima de 2.000 °C (para aços). Nas partes mais quentes da poça de fusão, localizadas logo abaixo do arco, o metal de adição é misturado, sob intensa agitação, ao metal de base fundido. Na parte posterior da poça, a temperatura cai e ocorre a solidificação. Nas regiões superaquecidas ocorre uma intensa interação do metal fundido com os gases e escorias presentes na região do arco. Essas interações envolvem a absorção de gases (por exemplo, hidrogênio pelo aço, alumínio ou cobre), a redução de óxidos, com a transferência de oxigênio para o metal,