Processos não convencionais de soldagem

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Processos não convencionais
de soldagem
Prof. Kioshy Assis
Descrição
Abordagem de processos não convencionais de soldagem, como o que ocorre no processo de fusão do
eletrodo consumível a partir da elevada resistividade da escória protetora, a fusão a partir de processos com
alta densidade de energia (como laser e feixe de elétrons), a união de juntas a partir do atrito, a brasagem
como processo de união entre metais e descrição de processos de soldagem presentes na deposição de
revestimentos metálicos resistentes ao desgaste e à corrosão.
Propósito
Conhecer conceitos inerentes a processos não convencionais de soldagem, que se distanciam dos
princípios convencionais dos processos a arco elétrico e por resistência elétrica, é importante para saber
lidar com equipamentos mais complexos na prática desses processos, pois são utilizados em diversos
setores industriais, como aeroespacial, automobilística, eletroeletrônica e robótica.
Objetivos
Módulo 1
Soldagem por eletroescória
Reconhecer as características da soldagem por eletroescória.
Módulo 2
Processos de brasagem e soldabrasagem
Identificar as principais características da brasagem e soldabrasagem.
Módulo 3
Soldagem com alta densidade de energia, por atrito e de
revestimento
Reconhecer os conceitos importantes e as aplicações da soldagem utilizando processos com alta
densidade de energia e por atrito.
Introdução
Neste vídeo, você irá conhecer um pouco sobre os processos não convencionais de soldagem.

1 - Soldagem por eletroescória
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer as características da soldagem por
eletroescória.
Vamos começar!
Técnica de eletroescória
Neste vídeo, você conhecerá um pouco sobre a técnica de eletroescória.

Principais características do processo de soldagem por
eletroescória
Historicamente, pode-se atribuir toda fundamentação do processo de soldagem por eletroescória ao século
passado. É um processo de soldagem restrito à posição vertical. Desde o início dos anos 1900, a parte
conceitual e teórica do processo já era conhecida; entretanto, somente a partir de 1950, o processo foi
totalmente elaborado em termos práticos pelos russos dentro do Instituto de Soldagem Elétrica - Paton
(Ucrânia).
A principal vantagem que o tornou motivo de estudo foi a eficiência, se comparado com o seu grande
concorrente, o processo de soldagem a arco submerso, na produção de soldas verticais para construção de
vasos de pressão. É um processo em que não há dependência do calor proveniente do arco elétrico, e sim
do calor gerado pela resistividade imposta pela escória líquida à passagem de corrente elétrica.
No processo de soldagem eletroescória, a fusão do metal de adição ocorre por meio do calor gerado pela
passagem da corrente elétrica pela escória, de elevada resistividade, que se mantém fundida durante a
operação. Um fluxo é adicionado e é o responsável pela formação da escória líquida. Além de ser
responsável pela fusão do metal de adição, o fluxo granulado tem a finalidade de proteger a poça de fusão
do ataque de impurezas e do ar atmosférico.
Comentário
A soldagem dentro da região da solda ocorre desde o ponto mais interior do chanfro, e a poça de fusão é
mantida até um ponto na região média entre as sapatas de refrigeração, onde ocorre a solidificação
completa do metal de solda. Logo, o metal fundido é mantido entre as sapatas constituídas de grafite,
cerâmica ou cobre e mantidas refrigeradas durante toda a operação.
A refrigeração é comumente realizada utilizando água. As principais características desse processo são a
elevada produtividade e a grande taxa de deposição. Por isso, o processo é recomendado, sempre que
possível, para soldagem de espessuras entre 25,4mm e 254mm.
O processo é muito utilizado dentro da indústria para fabricação de grande porte, principalmente dentro da
área estrutural:
Fabricação de lingotes.
Indústria naval.
Vasos de pressão.
Máquinas e equipamentos pesados.
Soldagem de metais dissimilares.
Superposição e solda de ferramenta e matrizes.
Vantagens e desvantagens do processo de soldagem por
eletroescória
Uma vez que explicitamos as principais características do processo e os princípios básicos, iremos
apresentar as principais vantagens e desvantagens inerentes ao processo de soldagem por eletroescória.
Como principais vantagens, podemos destacar:
Elevada taxa de deposição – até 20kg/h.
O processo é altamente estável, independentemente do tipo de corrente empregada.
Alterações decorrentes de oscilação nas variáveis de soldagem são desprezíveis.
Consumo de escória baixa.
Baixa distorção.
Espessura ilimitada de trabalho.
O processo não exige preparação rigorosa das juntas.
O processo lento de solidificação é favorável, pois o metal depositado consegue se solidificar
l t t fi d li d
Já como principais desvantagens, devemos citar:
Desenvolvimento de uma região termicamente afetada pelo calor de grandes extensões.
Estrutura de grãos grosseiros da solda.
Baixa tenacidade da solda.
Apenas a posição vertical é possível.
Alto custo dos equipamentos de soldagem.
Solda seções acima de 19mm.
Baixa resistência ao impacto, necessário tratamento térmico após a solda.
Qualquer interrupção durante a soldagem no processo ESW é considerada crítica, pois, uma vez que o
processo é reiniciado, pode provocar defeitos na solda.
lentamente, ficando livre de poros.
Alta velocidade: 500 a 1500mm/h.
No processo ESW, não é requerido uma grande habilidade do soldador.
O processo é muito econômico quando aplicado a chapas de grande espessura.
O processo possui alto nível de automatização.
Exige um controle mais apurado da metalurgia física da junta soldada, devido à alta tendência à
formação de estruturas brutas de fusão (microestrutura dendrítica).
Equipamentos
O equipamento básico para realização da soldagem por eletroescória e as suas principais partes são
descritos a seguir:
Esquemático do processo de soldagem por eletroescória. Composição básica do equipamento.
Ilustração do processo.
Confira mais alguns detalhes sobre o processo de soldagem por eletroescória:
Geralmente, utiliza transformadores – retificadores de tensão constante, com capacidade de
fornecimento de corrente elétrica entre 750A – 1000A em corrente contínua, com fator de trabalho
de 100%. As tensões operacionais, geralmente, variam entre 35V – 60V, com tensão em aberto da
fonte nunca inferior a 60V. Em situações em que se utilizam mais de um alimentador de metal de
adição, são utilizadas fontes independentes de alimentação. Outra característica da fonte de
Fonte de energia 
trabalho é o fato de permitir controle remoto da tensão de trabalho e balanceamento elétrico para
soldagem com múltiplas fontes de alimentação de arame.
Um mecanismo ou equipamento de alimentação do arame é utilizado de modo a manter a fusão
uniformemente contínua com taxa de fusão constante. Esse dispositivo é geralmente montado
dentro de uma estrutura acoplada ao equipamento de soldagem por eletroescória, constituído por
um alimentador com roldanas motoras. As roldanas possuem características específicas em função
do tipo de eletrodo consumível utilizado. Roldanas com ranhuras ovaladas são utilizadas tanto para
arame sólido quanto para arame tubular. A velocidade de alimentação depende da soldagem e do
tipo de eletrodo utilizado, podendo variar entre 15 e 150mm/s para eletrodos, entre 2,4 e 3,2mm de
diâmetro.
É sempre utilizado no processo de eletroescória para soldagem de espessuras superiores a 70mm
ou quando a abertura de chanfro exigir largura de eletrodo superior a esse valor. O oscilador pode ser
do tipo parafuso sem fim ou cremalheira, e o controle do dispositivo utilizado dever permitir
deposição uniforme ao longo de toda a operação de soldagem.
Têm como principal função dirigir os eletrodos consumíveis às roldanas e, por conseguinte, à poça
de fusão. Existem dois tipos de tubos guia: convencional e o consumível. O tubo convencional é
fabricadoem ligas de Cu-Be, onde a composição química desse tubo guia tem como principal
característica a presença do Berílio, que aumenta a estabilidade estrutural do tubo guia em
temperaturas elevadas. Já o tubo guia consumível, como o próprio nome diz, além de conduzir o
eletrodo até a poça de fusão, é consumido durante a soldagem. Dessa forma, esse tipo de tubo guia
é fabricado com composição química similar ao eletrodo consumível, para evitar que o metal de
soldagem sofra alteração em sua composição química que resulte em problemas de soldagem.
Equipamento de alimentação 
Dispositivo de oscilação de eletrodo 
Tubos guias do eletrodo 
Sapatas móveis de resfriamento 
Têm como principal função delimitar a área de fusão da escória e, consequentemente, da poça de
fusão, além de proporcionar o resfriamento da solda durante a execução de soldagem. Utilizando o
processo de soldagem convencional, as sapatas se movem juntamente com o dispositivo de
movimentação do processo de soldagem. São constituídas de cobre e possuem sistemas de
refrigeração interno. Em situações que se utiliza tubo guia, as sapatas são fixas.
É a parte do equipamento em que estão localizados todo o mecanismo de alimentação do eletrodo
consumível, os tubos guias, o cabeçote de soldagem, as ligações elétricas e o sistema de oscilação
do arame. O cabeçote de soldagem é instalado em uma estrutura que se movimenta durante a
soldagem em função da velocidade de avanço.
A soldagem por eletroescória requer o uso de equipamentos de grande porte e pesados e, por isso, a
instalação requer aparato robusto. A montagem, geralmente, requer:
Medidores de corrente e tensão em todas as fontes de soldagem.
Controle remoto para regulagem de tensão e corrente de soldagem.
Controle de velocidade de alimentação do eletrodo.
Controle da movimentação do cabeçote de soldagem.
Como parte operacional do equipamento, estão as variáveis de soldagem. Essas variáveis devem ser
selecionadas de modo a se estabelecer uma operação estável, penetração adequada, fusão completa e
ausência de defeitos de soldagem. Desse modo, algumas variáveis merecem atenção especial:
Estabelece a forma da poça de fusão. É uma relação entre a largura do cordão e a profundidade.
Cabeçote de soldagem 
Fator de forma 
Corrente de soldagem 
Juntamente com a velocidade de alimentação do eletrodo consumível, as variáveis estão
intrinsecamente relacionadas. O objetivo é manter a taxa de fusão constante, logo o aumento de
velocidade alimentação implica aumento de corrente elétrica, e vice-versa.
Esse parâmetro influencia diretamente na penetração da solda e estabilidade do processo. O
aumento da tensão implica aumento da largura e penetração (aumento do fator de forma).
Sendo de conhecimento que o aquecimento da escória promove a fusão do eletrodo, é necessário
estabelecer uma camada de escória coerente com o volume de metal a ser depositado. Além disso,
camadas espessas de escória resultam em dificuldade de troca térmica e maior possibilidade de
aprisionamento de inclusões indesejadas na solda.
Tensão de soldagem 
Profundidade do banho de escória 
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Na soldagem, a utilização da escória, no processo de eletroscória, serve para unir as partes desejadas,
além de atuar
A protegendo o processo de uma possível contaminação pelo meio ambiente.
B fundindo as partes a serem unidas, permitindo uma solda sem marcas.
C protegendo a poça de escória da corrente elétrica.
Parabéns! A alternativa A está correta.
O processo de soldagem por eletroscória utiliza a escória para proteger tanto a poça de escória quanto
as partes a serem unidas no processo de soldagem da contaminação que pode ser gerada pelo meio
ambiente. Essa proteção ocorre graças ao fluxo granulado de escória que é adicionado no processo de
soldagem.
Questão 2
Sobre as vantagens do processo de soldagem por eletroescória, observe as afirmativas abaixo e
marque a alternativa correta.
I. Elevada taxa de deposição.
II. Baixa distorção.
III. Baixa tenacidade da solda.
D fundindo a poça de escória por adição de contaminação do meio ambiente.
E refrigerando o processo de soldagem, garantindo alta resistência mecânica.
A Somente a afirmativa I está correta
B Somente a afirmativa II está correta.
C Somente a afirmativa III está correta
D As afirmativas I e II estão corretas.
Parabéns! A alternativa D está correta.
Algumas das principais vantagens do processo de soldagem por eletroescória são a elevada taxa de
deposição, de até 20kg/h, e a baixa distorção.
2 - Processos de brasagem e soldabrasagem
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car as principais características da
brasagem e soldabrasagem.
Vamos começar!
E As afirmativas II e III estão corretas.

Brasagem e soldabrasagem
Neste vídeo, você conhecerá um pouco sobre brasagem e soldabrasagem.
Introdução aos processos de brasagem e
soldabrasagem
O processo de brasagem pode ser dividido de três formas: brasagem, soldabrasagem e brasagem branca. A
principal diferença do processo de brasagem para os demais processos de soldagem está relacionada ao
fato de, na brasagem, haver somente a fusão do metal de adição, sendo mantido o metal que receberá o
metal de adição completamente no estado sólido. Logo, a região do metal de solda termicamente afetada
será mantida em uma faixa de temperatura em que não ocorrerá transformações microestruturais
significativas, preservando, assim, as propriedades mecânicas do metal a ser soldado.
Sabendo que não há fusão do metal de base, mas somente do metal de solda, a temperatura de fusão do
metal de adição é bem inferior à do metal de base. As faixas de temperatura de fusão do metal de adição,
nas técnicas de brasagem, soldabrasagem e soldagem por brasagem branca são:
Na brasagem, o metal de adição apresenta temperatura de fusão abaixo da temperatura de fusão do
metal de base, porém acima de 400°C.
A soldagem por técnica de brasagem é realizada com temperaturas entre o ponto de fusão do metal e
400°C.
A soldagem branca é realizada a temperaturas abaixo do ponto de fusão do metal de adição, mas
respeitando o limite de 400°C.
O termo soldagem branca está diretamente relacionado ao fato de serem utilizados estanho e chumbo
geralmente como metal de adição; após solidificada, a solda apresenta-se na cor branca.
Exemplos de soldagem branca e brasagem. Soldagem branca.
Brasagem.
A preparação das juntas para brasagem e soldagem branca é realizada de modo a permitir a penetração
máxima do metal de adição por capilaridade entre as partes a serem unidas, sem modificação da forma
dessas peças pela retirada de material por usinagem. Contudo, quando a preparação da junta ocorre de
forma semelhante à exigida para os processos de soldagem por fusão, o processo denomina-se
soldabrasagem. Como não há fusão do metal de base, podem surgir dúvidas quanto à aderência da solda
nas faces de contato, principalmente, quanto à resistência. Na verdade, a aderência é obtida pela difusão
atômica entre o metal de adição na fase líquida e o metal de base na fase sólida.
De modo geral, o processo de brasagem é utilizado em situações em que os requisitos mecânicos da região
de união não são a prerrogativa máxima de qualidade. Ou seja, utiliza-se esse processo de união entre dois
metais quando não existem esforços mecânicos atuantes significativos, prevalecendo, assim, o fluxo de um
fluido pela região soldada (como, por exemplo, em tubulações de cobre e suas ligas utilizadas em sistemas
de refrigeração) ou até mesmo o escoamento de calor pela região de união.
Brasagem
A brasagem engloba um grupo de processos que possuem como principal característica a condição de que
o processo de união é obtido utilizando metais de adição com temperatura de fusão superior a 450°C,
entretanto a temperatura de fusão do metal de adição é inferior à do metal de base. Logo, além do fato de
não haver fusão do metalde base, a união é realizada com o preenchimento da região da junta por
capilaridade, ou seja, o metal líquido completa os espaços vazios que estão presentes nas superfícies a
serem soldadas.
O fator determinante da força de união da brasagem é a temperatura de fusão do metal de adição. Se a
temperatura de fusão do metal de adição for superior a 450°C, o processo de brasagem é considerado forte.
Já em situações em que a temperatura de fusão seja inferior a 450°C, o processo é considerado fraco.
A qualidade da junta brasada é avaliada em função da facilidade com que o metal de adição molha as
superfícies dos metais a serem soldados. Dessa forma, é fundamental que as superfícies em que serão
realizadas a brasagem estejam limpas e isentas de impurezas, como óxidos, graxas etc. O procedimento de
limpeza é realizado, na maioria dos casos, utilizando produtos químicos ou ação mecânica.
Comentário
A classificação dos processos de brasagem é feita levando em consideração métodos de aquecimento.
Dentro da indústrias, os métodos de maior aplicação e destaque são: brasagem por chama, em forno, por
indução, por resistência, por imersão e por infravermelho.
Exemplo de brasagem por chama.
Dentro da variação do processo de brasagem por chama, o procedimento é realizado utilizando uma ou
mais tochas para o aquecimento. Dependendo da temperatura e da quantidade de calor, pode ser também
utilizado gás combustível, como acetileno, propano, gás natural etc.
Com relação ao metal de adição, ele pode ser colocado previamente na região a ser soldada ou alimentado
manualmente, como mostra a imagem anterior.
Para realizar a brasagem por indução, produz-se calor induzindo uma corrente elétrica nas partes a serem
unidas. Esse calor é gerado com o auxílio de uma bobina. Nessa bobina, circula uma corrente alternada que
induz uma variação de fluxo magnético no interior da bobina, que induz uma corrente elétrica nas partes a
serem soldadas que se encontram no interior da bobina.
Essa corrente elétrica, ao circular pelos metais a serem soldados, gera calor o suficiente, por efeito Joule,
para promover a solda e, assim, a união das partes. Mas e o metal de adição para promoção da solda, onde
fica?
Resposta
Esse metal fica posicionado entre as duas partes metálicas a serem soldadas, no interior da bobina.
Exemplo de soldagem por indução.
No processo de brasagem por imersão, a brasagem pode ser realizada por banho químico ou em metal
fundido. Em banho químico, o metal de adição é previamente adicionado na região da junta a ser soldada, e
todo o conjunto é imerso em banho de fluxo fundido com aquecimento realizado por resistência elétrica.
Nesses casos, a proteção é realizada pelo próprio banho ou, eventualmente, com a utilização de fluxo
adicional.
Na situação de imersão em metal fundido, as partes são imersas em um banho fundido constituído do
metal de adição, especialmente retido em recipiente adequado. Finalizando os tipos de brasagem, vamos
abordar a brasagem por infravermelho, em que a fonte de calor é a radiação infravermelha emitida, em geral,
por lâmpadas de quartzo (com capacidade de 5000W), e a proteção é geralmente realizada com fluxo.
Atualmente, o processo de brasagem apresenta grande aplicação industrial em processos de união de
juntas dissimilares, soldagem de peças de pequenas espessuras que poderiam apresentar deformação
excessiva se utilizadas em processos de soldagem convencionais, soldagem de união de ligas tratadas
termicamente, principalmente por evitar alterações metalúrgicas na região soldada, e soldagem de união
entre metal e cerâmicos.
Soldabrasagem
No processo de soldabrasagem, assim como na brasagem, o metal de adição é fundido enquanto o metal
de base permanece no estado sólido. Na soldabrasagem, entretanto, o metal de adição não penetra por
capilaridade e, com isso, os tipos de juntas soldadas são semelhantes aos usados nos processos
convencionais de soldagem por fusão, como chanfros usinados. A resistência da solda é consequência da
aderência obtida pela difusão entre o metal de adição líquido e o metal de base sólido. O processo de
soldabrasagem pode ser utilizado para obtenção de produção seriada, ainda que a maior aplicação seja em
reparos e manutenção de equipamentos. O método de aquecimento utilizado é por meio de maçarico com
chama do tipo oxigás, em que a oxiacetilênica é a mais utilizada.
Os metais de adição para metais de base constituídos de aços e ferros fundidos são ligas de cobre-zinco ou
cobre-zinco-níquel. Para soldabrasagem de alumínio e suas ligas, utilizam-se ligas de alumínio-silício. Para
as ligas de cobre, também se empregam ligas com baixo pontos de fusão.
Atenção!
Antes da soldabrasagem, as superfícies da junta devem ser preparadas. A preparação envolve a limpeza
com lixamento, esmerilhamento, escovamento, uso de solventes para remoção de óxidos superficiais e de
gorduras depositadas e/ou de outras sujeiras eventualmente presentes. Quando os chanfros são
preparados com maçaricos de corte, o uso de da limpeza mecânica é indispensável. As superfícies podem
ainda requerer limpeza com a chama do maçarico e/ou jato de areia.
A soldabrasagem tem necessidade de utilização constante de fluxo de proteção, principalmente para
garantir a completa aderência do metal de adição no metal de base. O uso de fixadores, visando ao correto
posicionamento das peças a serem soldadas, é imprescindível para evitar ao máximo que as partes se
desloquem durante o processo. Nessas situações, a chama utilizada sempre será neutra para aços
convencionais e levemente oxidante para soldabrasagem de ferros fundidos. O pré-aquecimento das peças
é um recurso técnico que pode ser utilizado para aumentar a produtividade.
Momento da conclusão de uma soldabrasagem.
Para realizar a soldagem por aplicação de fluxo, é necessário pré-aquecer o metal de base e o metal de
adição. Em seguida, aproxima-se o metal de adição da região a ser soldada e realiza-se a fusão da vareta,
dando início à deposição nas paredes do metal de base. O procedimento descrito é realizado de forma
sucessiva até o completo preenchimento do chanfro.
Comentário
Como principal concepção de juntas utilizadas em soldabrasagem, a configuração em “V” com ângulos
entre 90° e 120° é a mais utilizada. Esse fato está relacionado à maior área de contato para peças com
espessuras maiores que 2mm. Quando a soldabrasagem é utilizada para soldagem de espessuras menores
que 2mm, não há necessidade de preparação e confecção de chanfros. Em geral, a preparação das juntas
para soldabrasagem segue o mesmo processo que a utilizada para soldagem por oxigás.
Tendo em vista que a soldabrasagem constitui um processo de junção de peças com baixo custo
operacional se comparado com a brasagem, principalmente devido à menor complexidade na preparação
das juntas e devido aos tipos de metal de adição utilizados, pode-se ainda utilizar a soldabrasagem como
substituta da soldagem por fusão oxiacetilênica, com a vantagem principal de utilizar menores temperaturas
de trabalho, o que reduz drasticamente as tensões térmicas responsáveis por causar distorções
dimensionais ou fissuramentos, além de apresentar como resultado final uma solda mais dúctil e com
menores tensões residuais.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A brasagem por indução obtém calor por ____________________ proveniente das peças a unir. Marque a
alternativa que completa a frase.
Parabéns! A alternativa E está correta.
Por meio da criação de uma corrente induzida, devido à bobina de indução, gera-se um alto calor, que
age soldando as partes a serem unidas.
A resistência elétrica acoplada.
B arco elétrico.
C chama de oxigás.
D um feixe de íon.
E uma corrente induzida.
Questão 2
A diferença entre a brasagem e a soldabrasagem está no fato de o _____________________ não penetrar
por capilaridade no metal de base. Marque a alternativa que completa a frase.
Parabéns!A alternativa D está correta.
No processo de soldabrasagem, fundimos o metal de adição, com um fluxo de calor, em geral criado
por uma chama que é mantida a gás. As partes (metal base) a serem unidas continuam na fase sólida.
O metal de adição, então, se solidifica, perdendo calor para o meio, e para o sistema (partes a serem
soldadas), unindo as partes envolvidas no processo de soldagem.
A arco elétrico.
B fluxo de gás.
C oxigás.
D metal de adição.
E calor.
3 - Soldagem com alta densidade de energia, por atrito e
de revestimento
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer os conceitos importantes e as
aplicações da soldagem utilizando processos com alta densidade de energia e por atrito.
Vamos começar!
Processos de soldagem por densidade de energia e por
atrito
Neste vídeo, você conhecerá um pouco sobre processos de soldagem por densidade de energia e por atrito.

Alta densidade de energia
Soldagem com processos de alta densidade de energia ou alta intensidade são processos caracterizados
por fornecer uma grande quantidade de energia em tempos muito curtos e em uma área bem reduzida para
que dois metais sejam soldados. Existem basicamente dois processos não convencionais que podem ser
considerados de alta densidade de energia: laser (LBW – laser beam welding) e por feixe de elétrons (EBW –
electron beam welding). O processo plasma, dependendo das condições operacionais, também pode ser
considerado um processo de alta densidade de energia.
Após a teoria da relatividade, Einstein, em 1917, publicou uma pesquisa descrevendo o
terceiro processo de integração da matéria, a emissão estimulada da matéria, e assim
forneceu princípios sólidos para um novo tipo de luz.
Posteriormente, outro cientista, conhecido como Gold, chamou esse processo de ligth
amplification by stimulated emission of radiation (traduzido para Amplificação da Luz por
Emissão Estimulada de Radiação) e o processo ficou comumente conhecido pela sigla
LASER.
A radiação LASER surge quando átomos de uma estrutura recebem energia externa, levando-
os a um estado energicamente mais excitado. Desse modo, para retornar à forma de mais
baixa energia, a estrutura libera energia na forma de fótons.
O desenvolvimento do LASER é um marco revolucionário na ciência e tecnologia de equipamentos. A
evolução dessa tecnologia resultou em dois tipos de LASER comercialmente disponíveis e utilizados em
soldagem: o de CO2 e o de Nd:YAG (neodymiun – yttrium aluminum granet). Ambos os tipos emitem
radiação eletromagnética em comprimentos de onda entre o ultravioleta e infravermelho. Apesar de nem
todo LASER emitir radiação visível ao olho humano (400nm – 750nm), esse tipo de radiação é designado
como luz.
Exemplo de um feixe de LASER incidindo sobre uma superfície metálica.
Desse modo, o processo de soldagem LASER é caracterizado pela fusão localizada da junta por meio do
bombardeamento por feixe de luz concentrada, de alta intensidade, capaz de fundir, ou até mesmo vaporizar
Em termos tecnológicos, esse processo pode ser repetido e a luz refletida dentro de um cubo
espelhado, o que resulta em uma cadeia de emissão de fótons em uma forma amplificada
relativamente a emissão inicial.
A radiação emitida é do tipo monocromática, ou seja, os fótons emitidos possuem sempre o
mesmo comprimento de onda e energia. Tal fato somente é possível porque os elétrons nos
átomos só podem ter níveis quantizados e discretos de energia ao serem excitados.
Nesse sentido, quando excitados, os eletróns saltam de um nível mais baixo para outro mais
alto e, ao retornarem ao estado inicial original, a diferença de energia entre esses níveis será
liberada com a emissão de um fóton.
parcialmente, o metal da junta no ponto de incidência.
A soldagem LASER é uma ferramenta poderosa que pode ser utilizada para fabricação de peças complexas,
para união de diversos tipos de metais, em juntas soldadas formadas a partir de peças de mesma
composição química e mesma espessura ou materiais diferentes e espessuras diferentes. Com a densidade
de energia é alta, o volume de metal afetado pelo calor de soldagem é reduzido, bem como a energia total
necessária para produzir a peça.
O equipamento utilizado no processo de soldagem é constituído de uma fonte de energia e controles, a
fonte do LASER e o sistema de refrigeração.
Sistema básico para soldagem LASER.
Na fonte, existe uma cavidade chamada de cavidade ressonante, responsável pela amplificação da radiação.
Nessa cavidade, estão os espelhos responsáveis pela amplificação do feixe LASER. Um desses espelhos é
totalmente refletor e o outro possui uma cavidade central com área aproximadamente da área total do
espelho. Eles são montados um de frente para o outro e, entre eles, é montado o meio ativo ou
Nd:YAG .
Atenção!
Uma importante característica do LASER de é a possibilidade de se alterar a densidade de energia na
superfície do material, variando a potência e o foco do feixe. LASERS de de alta potencia são utilizados
tanto para soldagem quanto para o corte de precisão. Equipamentos de LASER Nd: YAG produzem feixe
contínuo, mas apresentam menor consumo de energia e são empregados em aplicações em que se exigem
menores temperaturas.
Ainda sobre a soldagem com alta densidade de energia, iremos agora abordar a soldagem por feixe de
elétrons.
Um feixe de elétrons pode ser obtido dentro de um dispositivo chamado canhão eletrônico. Esse
equipamento consiste em um filamento (geralmente tungstênio) capaz de emitir elétrons quando aquecido e
de um ânodo tubular, em geral de cobre. Os elétrons emitidos pelo cátodo são acelerados em direção ao
ânodo por um forte campo elétrico, passam por ele, são focados e atingem a peça a ser soldada com
velocidade de incidência entre 0.3 – 0.7 a velocidade da luz, em uma área bem reduzida. Esse conjunto é
1%
(CO2
)
CO2
CO2
montado dentro de um sistema de vácuo, principalmente para evitar a desaceleração do feixe de elétrons
devido a colisões com impurezas da atmosfera.
Esquemático do processo de soldagem por feixe de elétrons.
O processo de soldagem por feixe de elétrons produz cordões de soldagem estreitos, com grande
penetração e distribuição de calor bastante concentrada, que resulta em pequenas alterações metalúrgicas,
baixo nível de tensões residuais e baixo nível de distorções da peça soldada. Desse modo, obtém-se uma
junta soldada de alta qualidade e com excelente tolerância dimensional, além de excelentes propriedades
mecânicas.
O processo de soldagem por feixe de elétrons pode ser realizado em alto, médio e baixo vácuo ou até
mesmo em pressões atmosféricas, sendo que o tipo de equipamento deve ser especificado em função do
dimensional a ser soldado, número de peças e da precisão, pois, do alto vácuo até a pressão atmosférica,
ocorre perda substancial de precisão.
Soldagem com feixe de elétrons. Ilustração do processo com feixe focado.
Precisão da soldagem realizada.
Uma comparação com os processos convencionais de soldagem merece ser realizada. Utilizando
processos com alta densidade de energia, é possível realizar a soldagem de peças que são comumente
soldadas com processos convencionais a arco elétrico, utilizando menos energia de soldagem, devido à
transferência localizada de energia. Já uma desvantagem em relação aos processos convencionais são os
custos dos equipamentos e a maior necessidade de qualificação de mão de obra, conforme imagem
anterior.
Soldagem por atrito e soldagem de revestimento
Soldagem por atrito
A soldagem por atrito ou por fricção é um processo de soldagem que ocorre no estado sólido, no qual a
coalescência entre as partes metálicas é obtida pelo aquecimento das partes e da ferramenta e aplicação
da pressão. No processo convencional, uma das peças a serem soldadas é girada com alta rotação
enquanto a outra permanece parada. Assim que se atinge a rotação ideal, aplica-se uma pressão entre as
partes e a soldagem é realizada. Existem duas variações do processo:por arraste contínuo e por inércia.
Variações do processo de soldagem por atrito. Arraste contínuo
Inércia.
Existe a soldagem por fricção com arraste contínuo, em que as peças são fixadas em garras, uma delas é
colocada em alta rotação e a outra permanece parada até que, com uso de um sistema hidráulico ou
pneumático, a peça em alta rotação seja pressionada sobre a outra peça até que haja a união. Há
semelhança desse processo com o da soldagem por inércia, com uma diferença relacionada ao modo de
rotação, que nesse caso quem se desloca é a peça que está parada.
Atenção!
Uma variação do processo de soldagem por atrito e que foge aos processos convencionais é o chamado
friction stir welding – FSW. Essa variação da soldagem por atrito utiliza uma ferramenta não consumível em
alta rotação para produzir o calor necessário pela soldagem ao tocar as peças a serem soldadas.
Nessa variação, pode-se aplicar ou não uma pressão durante a soldagem. A grande aplicabilidade dessa
variação está em ser possível aplicar a soldagem por atrito para soldagem de chapas, o que permite obter
soldagem no estado sólido, ou seja, sem que haja a formação de uma zona termicamente afetada pelo
calor.
Exemplo da soldagem por fricção. Equipamento
Soldagem de chapas.
Soldagem por revestimento
Em se tratando da soldagem de revestimento, a gama de processos e aplicações é abrangente. O
enquadramento desse processo como não convencional está no fato de se utilizar os processos de
soldagem convencionais, como os de soldagem a arco elétrico, para aplicação de revestimentos, seja de
alta resistência ao desgaste, seja de alta resistência à corrosão sobre aços considerados estruturais.
A aplicação de cromo duro em aços ferramenta utilizados em engrenagens de precisão que necessitam de
elevada resistência ao desgaste é um exemplo típico da aplicação da soldagem de revestimento com
finalidades específicas, que não são de união de metais. Já a aplicação de ligas resistentes à corrosão,
como aços inoxidáveis e ligas de níquel sobre aços estruturais utilizados pela indústria de petróleo e gás e
de componentes estruturais, são exemplos clássicos do uso de processos convencionais de soldagem para
soldagem de revestimento.
Exemplos de soldagem de revestimento. Deposição de metal duro sobre as engrenagens de uma peça de precisão.
Soldagem de revestimento utilizando ligas de níquel de componentes estruturais.
Soldagem de revestimento utilizando aço inoxidável em aços estruturais.
A grande vantagem de utilizar a soldagem de revestimento, seja para aplicação de metal duro seja para
aplicação de liga resistente à corrosão, está no fato de a redução do custo estar associada com essa
combinação, já que, muitas das vezes, a fabricação de um componente monolítico, seja de metal duro seja
de liga resistente à corrosão, tem um valor muito mais elevado.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Em relação aos processos de soldagem, é correto afirmar que
Parabéns! A alternativa B está correta.
Nas soldagens utilizando processo de soldagem com alta densidade de energia, a solda apresenta
baixo nível de distorções e tensões residuais. Na soldagem utilizando o LASER Nd:YAG, é produzido um
A a soldagem por feixe de elétrons produz soldagem com grandes distorções.
B
a soldagem com processos de alta densidade de energia produz soldas com alta
penetração.
C as principais fontes são o CO2 e o N2 na soldagem LASER.
D
a densidade de energia da superfície do material é impossível de ser alterada na
soldagem LASER de CO2.
E um feixe descontínuo é produzido na soldagem com LASER Nd:YAG.
feixe contínuo; na soldagem com LASER CO2, é possível alterar a densidade de energia na superfície do
material.
Questão 2
A soldagem por atrito ou por fricção é um processo que ocorre no estado _________________, em que a
coalescência entre as partes metálicas é obtida ao aquecer as partes e a ferramenta, aplicando
__________________. Marque a alternativa que completa a frase.
Parabéns! A alternativa D está correta.
Na soldagem por atrito, obtém-se calor para coalescer as partes a serem soldadas a partir do atrito
delas com as ferramentas utilizadas no processo. Assim que há o coalescimento, aplica-se a pressão
para unir as partes.
A líquido / corrente elétrica.
B sólido / corrente elétrica.
C líquido / pressão.
D sólido / pressão.
E sólido / tensão de arco.
Considerações �nais
Ao longo deste conteúdo, falamos sobre equipamentos utilizados em processos de soldagem, suas
variáveis operacionais, além de tipos de soldagem e as implicações inerentes aos processos de cada uma
delas. Processos não convencionais de soldagem vêm sendo empregados por setores industriais
importantes como aeroespacial, automobilística, eletroeletrônica e robótica. As principais características
estão relacionadas com a elevada produtividade ou com a alta qualidade e precisão das juntas soldadas.
Entretanto, os custos inerentes aos equipamentos e, em muitas das vezes, à elevada qualificação de mão de
obra ainda se colocam como entraves para a ampliação da utilização dentro do cenário tecnológico e
produtivo.
Podcast
Para encerrar, ouça sobre as principais características do processo de soldagem por eletroescória.
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Referências
WAINER, E.; BRANDI, S. D.; DE MELO, F. D. H. Soldagem: processos e metalurgia. São Paulo: Edgard Blϋcher
Ltda., 2004.
Marques, P. V.; Modenesi, P. J.; Bracarense, A. Q. Soldagem fundamentos e tecnoclogia. Minas Gerais:
Editora UFMG, 2011.
KOU, S. Welding metallurgy. [s.l]: John Wiley & Sons Inc., 2003.
Castro, R.; de Cadenet, J. J. Welding metallurgy of stainless steel and heat-resisting steels. Cambridge
University Press, 1974.
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Aprenda mais a respeito dos processos não convencionais de soldagem lendo a obra:
WAINER, E.; BRANDI, S. D.; DE MELO, F. D. H. Soldagem: processos e metalurgia. São Paulo: Edgard Blϋcher
Ltda., 2004.