Processos não convencionais de Soldagem

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MANUFATURA MECÂNICA: 
SOLDAGEM
Aula 06 – Processos não convencionais de 
soldagem
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U4S1 - Características gerais dos processos não convencionais de 
Soldagem I
PLASMA
Plasma Arc Welding (PAW)
Eletrodo de tungstênio
Arco restringido por bocal constritor
Fluxo de dois gases
Gás de plasma 
Gás de proteção
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PLASMA
 Constrição do arco
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PLASMA
Eletrodo de tungstênio
Mesmo utilizado na soldagem TIG
Eletrodo apontada (20 a 60°)
Aguda ou tronco-cônica
Pode ou não utilizar metal de adição
Processo aplicado em qualquer posição
Soldagem manual ou mecanizada
Bocal refrigerado
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PLASMA
GASES
Para a realização da soldagem PAW é feita a seguinte distribuição:
•Argônio
•Argônio e Hidrogênio
•Argônio e Hélio
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PLASMA
Os processos industriais nos quais o processo PAW pode ser utilizado dependem do tipo do arco de plasma.
Algumas aplicações são:
• Área automotiva
• Fabricação de eletrodomésticos
• Indústria de móveis
• Fabricação de aviões
• Indústria aeroespacial
• Fabricação de equipamentos clínicos
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Soldagem I
PLASMA
Os processos industriais nos quais o processo PAW pode ser utilizado dependem do tipo do arco de plasma.
Algumas aplicações são:
• Área automotiva
• Fabricação de eletrodomésticos
• Indústria de móveis
• Fabricação de aviões
• Indústria aeroespacial
• Fabricação de equipamentos clínicos
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PLASMA
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PLASMA
Dois tipos de arcos
 Transferido
 Não transferido
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PLASMA
Equipamento
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PLASMA
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PLASMA
Vantagens
• Excelente controle da fonte de calor
• Solda peças de pequena espessura
• Com tochas e correntes apropriadas até 1mm
• Soldagem de materiais não condutores
• Arco não transferido
• Cordão de solda pouco afetado pela distância tocha –peça
• Bocal constritor –confina eletrodo
• Não é possível gerar inclusão de tungstênio
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PLASMA
Controles
• Ajuste de tensão e corrente
• Vazão dos gases
• Fluxo do fluido de refrigeração
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PLASMA
Controles
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PLASMA
Duas técnicas
 Convencional –Menores correntes e fluxos de gás de plasma
 Key hole–buraco de fechadura –Altas correntes e fluxos de gás
• Micro-plasma : soldagem de chapas finas
com espessuras entre 0,01 e 1,5 mm, nas
quais a intensidade de corrente não excede
a 25 ampéres. (0,1-15A)
• "Melt-in” : similar ao TIG, sendo que o arco
plasma é usado como uma fonte de calor
mais concentrado, produzindo soldas com
ZTA e nível de deformações menores, com
maior velocidade de soldagem. Essa técnica
pode ser utilizada com e sem material de
adição.
• Técnica Keyhole : Consiste na formação de
uma poça de fusão estreita com um furo
central que atravessa toda a espessura do
material. Deve ser aplicado em processos
mecanizados.
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PLASMA
Aplicações
o Fabricação de tubos com costura e paredes finas
o Sem metal de adição
o Passe único
o Pode também ser utilizado para corte
Arame
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Arame
CORPO-DE-PROVA SOLDADO COM O PROCESSO PLASMA KEYHOLE
CHAPA DE AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO AISI 304 ESPESSURA: 6mm
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Método Ionizante
FEIXE DE ELÉTRONS
Filamento aquecido emite elétrons
Feixe de elétrons de alta velocidade
Focalizado, funde localmente o material
Vácuo
Electron Beam Welding (EBW)
Arame
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Método Ionizante
FEIXE DE ELÉTRONS
Arame
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Método Ionizante
FEIXE DE ELÉTRONS
Arame
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Método Ionizante
FEIXE DE ELÉTRONS
Arame
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FEIXE DE ELÉTRONS
Vácuo
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FEIXE DE ELÉTRONS
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FEIXE DE ELÉTRONS
 Focalização do Feixe
 Elevada razão penetração largura
 Penetração diferente para cada material
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FEIXE DE ELÉTRONS
Focalização do Feixe
Permite diferentes aplicações
União de peças alta liga
Metais reativos
Metais de alto ponto de fusão
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FEIXE DE ELÉTRONS
Vantagens
 Permite soldagem de materiais refratários, reativos e dissimilares
 Soldas estreitas e profunda com um único passe
 Pequena zona afetada por calor
 Maior eficiência energética que outros processo
 Soldagem de grande faixa de espessuras
Arame
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FEIXE DE ELÉTRONS
Desvantagens
 Custo do equipamento elevado
 Câmara limita o tamanho da peça
 Feixe gera raio x ao incidir a peça
 Peça deve ser desmagnetizada antes da soldagem
 Limitada a juntas de topo e sobrepostas
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LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation = “Luz amplificada pela emissão estimulada da radiação”
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LASER
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LASER
LASER Beam Welding (LBW)
Material recebe energia externa
Volta ao estado fundamental liberando energia na forma de fótons
Fusão localizada
Bombeamento do feixe de luz monocromático de alta intensidade
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LASER
• Dois tipos mais comuns
• CO2
• Soldas de elevada penetração
• Pode ser utilizado para corte
• Nd: YAG –Neodímio
• Soldagem a ponto ou juntas de pequena espessura
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LASER
LASER de corpo sólido
Ytrium/Alumínio Garnet (YAG) - Cristal produzido artificialmente, composto
de um granulado (terras raras), de onde uma pequena parte dos íons de
Ytrium, são substituídos por íons de Neodímio.
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LASER
LASER gasoso (CO2)
• Laser de alta potência, empregado para solda e corte.
• Trabalha em operação contínua ou pulsada.
• Devido a sua potência alta e ao bom grau de rendimento, é usado para
soldar chapas mais espessas, no caso de aço, até 38 mm, com um laser de
45 KW.
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LASER
Comparação entre laser de Nd:YAG (3kW) e CO2 (3kW)
(dados da Trumpf Inc., Ditzingen, Alemanha)
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LASER
• Normalmente soldagem autógena (sem metal de adição)
• Utiliza gases de proteção 
• Argônio e Hélio
• Alta potência possuem custo elevado
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LASER
- Gap max: 0,1 mm (max 0,05 0,1 t );
- Posição do foco:  0,25 mm;
- Error vertical:  0,2 mm (max 0,1 t );
- Centro do raio sobre a giunção:  0,05 mm (max 0,1 t )
Junção de face 
Nota: t = spessura chapa mais fina
- Gap max: 0,1 mm (max 0,1 t);
- Posição do foco :  0,25 mm;
- Error vertical: non applicabile;
- Centro do raio sobre a giunção: não critico.
Junção de sobreposição
O GAP max depende: do grão
de penetração da segunda 
chapa, do tamanho do linea de 
solda, do tipo de material e da 
velocidade de solda.
- Gap max: 0,125 mm (no minimo um ponto de contato)
- Posição do foco:  0,25 mm;
- Error vertical:  0,5 mm;
- Centro do raio sobre a giunção:  0,15 mm
Junção sobre canto dobrado Junção sobre canto vertical
- Gap max: 0,125 mm 
- Posição do foco:  0,25 mm;
- Error vertical:  0,25 mm;
- Centro do raio sobre a giunção:  0,10 mm
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LASER
Cabine para solda
Passagem de aria com labirinto
O teto pode ser usado para posicionar 
a fonte, chiller, armario, ecc.
Janela com filtro para a radiação do 
raio laser e flash de solda
Paredes e teto a prova de 
luz
Portas automaticas o manuais com 
trava e a prova de luz
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LASER
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LASER
• Vantagens
• Não necessita vácuo
• Materiais reativos recomenda-se proteção gasosa
• Não é influenciado por campos magnéticos
• Facilidade de automação do processo
• Não produz raio x
• Pode ser utilizado em materiais não metálicos
• Reduzida zona termicamente afetada
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LASER
• Desvantagens
• Baixa eficiência
• Apresenta problemas para trabalhar materiais que refletem o feixe
• Custo do equipamento elevado
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LASER
• Aumento na potência do feixe
• Diâmetro constante
• Aumento na penetração
• Velocidade de soldagem
• Influencia na penetração
• Velocidade maior –menor penetração
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LASER
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LASER
Aplicações
Peças de baixa espessura e grande precisão dimensional
Industria automotiva –soldagem com robôs
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Eletroescória
O processo é iniciado pela abertura de um arco
elétrico entre um eletrodo e uma peça metálica. Um
fundente ou fluxo de soldagem é então adicionado
ao arco, de modo que uma vez fundido, forme uma
camada de escória que sirva como resistência
elétrica e proteja a poça de fusão contra a
contaminação pela atmosfera. Este processo se
diferencia de vários outros processos de soldagem
pois não utiliza o arco elétrico todo o tempo. É a
eletricidade que passa pelo eletrodo que por efeito
Joule aquece a escória que funde e então mantém
esse calor na poça de fusão composta pelo metal de
adição (arame) bem como metal da própria junta.
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Eletroescória
O processo passa a ser viável
economicamente em juntas de topo a
partir de 19 mm de espessura e, para
espessuras máximas praticamente
não há limitações. Um arco voltaico
funde o fluxo, iniciando o processo. A
condutibilidade elétrica da escória
líquida, que resulta do processo,
aumenta diretamente com a
temperatura. Então a corrente
elétrica corre do eletrodo, através da
escória líquida e através da zona
metálica fundida, até o metal base.
ESCÓRIA Funções da escória:
– Transformar energia elétrica em energia térmica;
– Proteger a poça de fusão. Principal característica da escória:
– Boa condutibilidade elétrica em função da temperatura A
escória é obtida pela adição de um fluxo granulado adicionado
durante o processo Exerce também a função de proteger a
poça de fusão e o metal de adição da contaminação pelo
ambiente
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Eletroescória
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Eletroescória
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Eletroescória
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Eletroescória
VANTAGENS 
Alta taxa de deposição em relação a outros processos, onde a taxa de deposição é por unidade de tempo. Por exemplo, 
soldando chapas de 2 pol. (50 mm) com 600 A, a taxa de deposição é 29,5 Ib/hr (13,4 kg/hr) por eletrodo com tubo guia, 
comparando com o processo SAW que é 19,6 Ib/hr (8,9 kg/hr). 
Velocidade de enchimento alta quando solda chapas acima de 2 pol. (50 mm). A velocidade de enchimento da junta é 
definida em relação ao comprimento da junta por unidade de tempo. Por exemplo, soldando chapas de 2 pol. (50 mm) de 
espessura com 600 A, obtem-se uma velocidade de enchimento de 0,86 ipm, enquanto que com o processo SAW atinge a 
velocidade de enchimento de 0,83 ipm. 
Preparação da junta é relativamente fácil para o processo ESW. Por exemplo, extremidades cortadas com maçarico, com 
rugosidade alta ou oxidação não é problema para o processo ESW. 
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Eletroescória
LIMITAÇÕES 
• Geração de calor muito alta, o que resulta em taxa de refrigeração muito lenta, provocando dessa forma reações na 
metalurgia dos materiais, como: - estrutura grosseira no metal de solda com propriedades mecânicas anisotrópicas -
solidificação induzida pela alta textura de granulometria do material e segregação de elementos que provocam trincas a 
quente no centro da solda - granulometria grosseira na ZTA que é mais susceptível a fratura frágil 
• Alguns materiais sensíveis ao calor não podem ser soldados, devido a alta geração de calor associada ao processo ESW. 
• O processo ESW não pode ser usado para materiais com espessuras muito finas - ¾ in (19 mm). 
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Soldagem I
Eletroescória
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Eletroescória
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Eletroescória
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Eletroescória
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Soldagem I
DÚVIDAS?