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E-Book - Apostila Esse arquivo é uma versão estática. Para melhor experiência, acesse esse conteúdo pela mídia interativa. Unidade 2-Metalurgia e terminologia de Soldagem, Princípio da Brasagem e Processos de Soldagem E-Book - Apostila E-Book - Apostila 2 - 37 Introdução da unidade Vamos iniciar a nossa jornada ao universo da soldagem! É com muito prazer que apresentaremos a você este material, que o(a) ajudará a refletir sobre processos de soldagem, terminologia e metalurgia. Serão discutidos símbolos usados para identificar soldas, propriedades metalúrgicas e zonas afetadas pelo calor de juntas soldadas, possíveis defeitos na soldagem, características de segurança e higiene. Diante do exposto, aprenderemos acerca do processo de brasagem, um método de união no qual são adicionados outros metais, além do metal de base da junta, e o método de soldagem por eletrodo revestido. Bons estudos! Terminologia de soldagem Caro(a) estudante, você sabe dizer qual é o objetivo da soldagem? Como principal alvo da soldagem, podemos afirmar que é a união de peças. Além disso, seu uso se aplica no revestimento e manutenção de peças, materiais e equipamentos. O metal das peças a serem soldadas é o metal de base. Normalmente, na soldagem por fusão, um material de enchimento é usado para unir as peças, ou seja, metal de adição. Durante a soldagem, o metal de adição é geralmente fundido por uma fonte de calor e misturado com uma certa quantidade de metal de base fundido para formar uma poça fundida (WAINER; BRANDI; MELLO, 2019). E-Book - Apostila 3 - 37 FIGURA 1 - Representação esquemática de um processo de soldagem com adição de material Fonte: MODENESI, 2008, p. 1. A soldagem cria uma forte conexão entre duas partes, chamada de junta soldada. Aliás, juntas soldadas são conexões entre arestas ou superfícies de peças que são unidas por soldagem. Vamos nos aprofundar, agora, nas duas classificações relacionadas às juntas soldadas: (1) tipos de junta e (2) tipos de solda usados para unir as peças que formam a junta (WAINER; BRANDI; MELLO, 2019). Tipos de juntas Existem cinco tipos básicos de juntas que conectam duas partes. Os cinco tipos de juntas não se limitam à soldagem; também são adequados para outras técnicas de união e fixação. Conheça os tipos de juntas clicando nos (•) para visualizar o conteúdo: Recurso Externo E-Book - Apostila 4 - 37 Recurso é melhor visualizado no formato interativo Tipos de soldas Cada uma das juntas citadas pode ser realizada com o processo de soldagem. É conveniente fazermos a diferenciação entre o tipo de junta e a maneira como ela é realizada – o tipo de solda. As diferenças entre os tipos de solda estão na geometria (tipo de junta) e no processo de soldagem (GROOVER, 2017). (Clique no (+) das sanfonas para visualizar o conteúdo): Soldas de filete As soldas de filete são usadas para preencher as arestas de peças criadas em cantos, sobreposições e juntas em T. O metal de adição é usado para fornecer uma seção transversal aproximadamente triangular à direita. As soldas de filete podem ser simples ou duplas (ou seja, soldadas ao longo de um ou ambos os lados) e podem ser contínuas ou descontínuas (ou seja, soldadas ao longo de todo o comprimento da junta ou com um comprimento espacial não vendido ao longo da junta). Soldas de chanfro As soldas de chanfro, geralmente, exigem que a borda da peça tenha a forma de um chanfro para facilitar a penetração da solda. As formas de chanfro incluem chanfros direito, chanfrado, V, U e J e em um ou ambos os lados. Preparar as arestas da peça, em vez de usar arestas retas, requer um procedimento extra, mas é frequentemente usado para aumentar a resistência das juntas soldadas ou para soldar peças mais grossas. Embora mais associada a juntas de topo, a soldagem por ranhura é usada para todos os tipos de juntas, com exceção de juntas sobrepostas. Soldas de tampão e solda de fenda E-Book - Apostila 5 - 37 As soldas de tampão e solda de fenda são usadas para prender placas planas empregando um ou mais orifícios ou ranhuras na peça superior e, em seguida, preenchendo com metal de adição para fundir as duas peças. Soldagem a ponto A soldagem a ponto é uma pequena parte fundida entre as superfícies de duas folhas ou placas. Normalmente, são necessárias várias soldas a ponto para unir as peças. Soldagem por costura A soldagem por costura é semelhante à soldagem por pontos, exceto no fato de consistir em uma fusão mais ou menos contínua entre duas folhas ou duas placas. Soldagem de flange A soldagem de flange é realizada nas bordas de duas (ou mais) peças (geralmente, chapas de metal), pelo menos em uma das quais há um flange. Soldagem de acabamento A soldagem de acabamento não é usada para unir peças, mas deposita o metal de adição na superfície do metal de base em um ou mais cordões de solda. Aliás, os cordões de solda podem ser feitos a partir de uma série de contas paralelas sobrepostas para cobrir uma área maior da base. O objetivo é aumentar a espessura da placa ou fornecer um revestimento protetor na superfície. E-Book - Apostila 6 - 37 A seguir, vamos conhecer o cordão de solda. O cordão de solda De acordo com Wainer, Brandi e Mello (2019), os elementos chanfrados são escolhidos para atender aos requisitos de projeto, principalmente para permitir fácil acesso ao fundo da junta, reduzindo, assim, a quantidade de metal de adição necessária para preencher a junta. Existem muitos termos que definem a forma e o tamanho de um cordão de solda. A figura, na sequência, mostra alguns desses termos usados para a soldagem de topo. FIGURA 1 - Representação dos termos da soldagem na seção transversal de uma solda Fonte: MODENESI, 2008, p. 5. Para a designação de todos esses processos e características da solda, foi instituída uma simbologia de soldagem universal para ser usada nas representações de soldas em desenhos técnicos. E-Book - Apostila 7 - 37 Simbologia da soldagem Os símbolos de solda consistem em uma série de símbolos, números e símbolos dispostos de uma determinada maneira para fornecer informações sobre certa solda. Esses elementos devem ser usados quando necessário e são estabelecidos de acordo com os padrões da norma AWS A2.4 (AWS, 2020). O elemento básico de um símbolo de solda é que a linha de referência se coloca sempre horizontalmente e próxima à junta a ser identificada. Nessa linha, os símbolos básicos de soldagem, símbolos adicionais e outros dados são colocados. As setas indicam onde será realizada a soldagem, bem como as informações sobre o procedimento de soldagem. Os métodos ou quaisquer outras referências relacionadas à metodologia de soldagem estão no final. Quando a peça pode ser chanfrada, as setas tracejadas (formando duas linhas) indicam quais peças devem ser chanfradas. 1. Linha horizontal de referência. 2. Símbolo básico da solda. 3. Dimensões e outros dados. 4. Seta. 5. Símbolos suplementares. 6. Cauda. 7. Especificação do processo de soldagem ou outra referência. E-Book - Apostila 8 - 37 FIGURA 1 - Localização dos elementos de um símbolo de soldagem Fonte: MODENESI, 2008, p. 7. O símbolo principal indica o tipo de soldagem a ser realizado. Cada símbolo é uma vista em corte transversal de um tipo de solda. Se o símbolo de referência estiver abaixo da linha de referência, deve ser soldado do mesmo lado da seta. Se a soldagem for feita no lado oposto da seta, o símbolo base deve estar na linha de referência. Na figura a seguir, podemos analisar os símbolos básicos mais corriqueiros, segunda a norma AWS A2.4 (AWS, 2020). FIGURA 1 - Soldas de chanfro e seus símbolos Fonte: MODESENI,2008, p. 7. E-Book - Apostila 9 - 37 Símbolos adicionais são usados em locais específicos de símbolos de soldagem, quando necessário. Esses símbolos são mostrados na figura a seguir. Ademais, existem símbolos de acabamento, designando o método de acabamento que deve ser aplicado à superfície da solda. Esses códigos são: C – rebartamento; G – esmerilamento; M – usinagem; R – laminação; H – martelamento. Confira, na figura a seguir, os símbolos suplementares de soldagem. FIGURA 1 - Símbolos suplementares de soldagem Fonte: MODENESI, 2008 [Adaptada]. Os símbolos expostos não são obrigatórios e serão somente usados, caso o processo selecionado tenha uma ou mais de uma das características evidenciadas. E-Book - Apostila 10 - 37 REFLITA Você saberia dizer quais são as normas regulamentadoras da simbologia de soldagem no Brasil? Os padrões mais usados no Brasil vêm da American Welding Society (AWS) e da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Atualmente, no Brasil, o padrão mais utilizado é a norma AWS A2.4:2012, que apresenta símbolos para soldagem, brasagem e exames não destrutivos. Os símbolos de soldagem podem ser divididos em duas categorias: símbolos básicos e símbolos adicionais. O padrão da AWS considera um terceiro conjunto: os símbolos típicos, que abrangem todos os símbolos, requisitos de soldagem, bem como dimensões e especificações de materiais (MODENESI, 2008). Na sequência, podemos observar exemplos de como é realizada a simbologia da soldagem e, ao lado, tem-se a exemplificação da solda desejada. E-Book - Apostila 11 - 37 FIGURA 1 - Exemplos de identificação da soldagem com os símbolos adequados Fonte: MODENESI, 2008 [Adaptada]. Existem mais símbolos de soldagem que podem ser usados. As representações de solda tratadas neste material são as básicas, que servem para o entendimento de uma ilustração de solda. Aspectos gerais da metalurgia da soldagem O processo de soldagem envolve aquecimento, fusão, solidificação e resfriamento de um ou mais materiais, dependendo da aplicação dos componentes a serem soldados. Portanto, as mudanças que ocorrem durante o aquecimento, as fases formadas durante a fusão e a solidificação e as mudanças que ocorrem durante o resfriamento determinam as propriedades da solda. Caso contrário, a metalurgia do processo de soldagem está intimamente relacionada à qualidade da solda e ao conceito de soldabilidade (MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2016). E-Book - Apostila 12 - 37 REFLITA Os processos de soldagem são realizados apenas nas indústrias? Será que existem peças soldadas na nossa casa? Essas são as perguntas iniciais que podemos fazer ao analisar a importância da soldagem na indústria e o dia a dia de sua aplicação. Mudanças nas propriedades do material são, muitas vezes, indesejáveis ou inconvenientes e podem ocorrer na área da junta. A maioria dessas mudanças depende de reações que acontecem durante a solidificação e resfriamento do cordão de solda e sua microestrutura final. Destarte, entender esses fenômenos metalúrgicos é relevante para muitos trabalhos de soldagem. A fim de estudar o efeito da soldagem no aço ou em qualquer outro material, é importante controlar adequadamente os parâmetros de soldagem para evitar alterações microestruturais indesejadas na zona afetada pelo calor do material. Uma ferramenta essencial para entender as fases presentes em um aço e para analisar, a princípio, a formação de sua microestrutura, especialmente em condições de revenimento lento, é o diagrama de equilíbrio Fe-C do aço. E-Book - Apostila 13 - 37 A microestrutura desenvolvida em um aço em função da taxa de resfriamento (ou temperatura de transformação) pode ser analisada a partir do diagrama de transformação do aço. Esses diagramas são gerados, experimentalmente, para transições isotérmicas (mapas TTT) ou transições durante resfriamento contínuo (diagrama TRC); a propósito, revelam mudanças na microestrutura com temperatura e tempo de resfriamento. Embora tenham sido originalmente concebidos para modificação após austenitização em temperaturas relativamente baixas (tratamento térmico convencional), já existem diagramas de transformação adequados para soldagem (MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2016). Ciclos térmicos da zona de solda Normalmente, durante o processo de soldagem, a junta deve ser aquecida até a temperatura adequada de acordo com o processo. Vamos conhecer um pouco mais sobre esse assunto? Assista ao vídeo a seguir. Recurso Externo Recurso é melhor visualizado no formato interativo A partir do que foi apresentado no vídeo, podemos continuar nos debruçando sobre a temática. Vamos lá? Defeitos O processo de soldagem pode apresentar defeitos ou descontinuidades não previstas em projeto. Podemos pensar em uma interrupção ou ruptura da estrutura típica de uma junta soldada, como uma descontinuidade. A depender dos requisitos de qualidade de soldagem (padrão ou contrato), as interrupções podem ser consideradas prejudiciais ao uso futuro da junta, gerando defeitos e exigindo reparos. Devido ao alto custo dessas ações, as falhas devem ser sempre evitadas (GROOVER, 2017). A seguir, recomenda-se um artigo sobre defeitos e novas técnicas. Leia o texto completo para um melhor entendimento a respeito do tema. E-Book - Apostila 14 - 37 DICA No artigo, podemos aprender mais eficazmente sobre um tipo de identificação de defeitos de soldagem. Considere a leitura da página 254 à 259. O texto está disponível neste link: https://www.scielo.br/j/si/a/8TXtprw6MZzG3zzqsB7 6Yfh/?format=pdf&lang=pt Acabamos de entender sobre defeitos superficiais e caracterização. Referente a esse tema, a seguir, enfatiza-se uma classificação de descontinuidades de soldagem, ao examinar três tipos básicos de descontinuidades (AWS, 2000). (Clique no (+) das sanfonas para visualizar o conteúdo): Descontinuidades dimensionais https://www.scielo.br/j/si/a/8TXtprw6MZzG3zzqsB76Yfh/?format=pdf&lang=pt E-Book - Apostila 15 - 37 Distorção. Dimensões incorretas da solda. Perfil incorreto da solda. Descontinuidades estruturais Porosidades. Inclusões de tungstênio. Falta de fusão. Falta de penetração. Mordeduras. Trincas. Propriedades inadequadas Propriedades mecânicas. Propriedades químicas. Dentre os tipos de defeitos citados, os que são mais comumente encontrados correspondem aos defeitos de trincas, vazios ou porosidades, inclusões sólidas, fusão incompleta, respingos e mordeduras. Na sequência, uma breve descrição de cada uma das principais categorias é apresentada, com respaldo na classificação elucidada por Modenesi (2008). (Clique nas setas para avançar ou retornar ao conteúdo): Trincas São descontinuidades semelhantes a uma fratura na própria solda ou no metal de base adjacente à solda. As trincas de solda são ocasionadas pela fragilização ou baixa ductilidade da solda e/ou do metal de base combinada com a alta restrição durante a contração. E-Book - Apostila 16 - 37 Vazios ou cavidades Incluem várias porosidades e vazios de contração. A porosidade consiste em pequenos vazios no metal da solda formados por gases aprisionados durante a solidificação. Ademais, a porosidade resulta, geralmente, da inclusão de gases atmosféricos, enxofre no metal de solda ou contaminantes sobre a superfície. Os vazios de contração são cavidades formadas pela contração durante a solidificação. Inclusões sólidas São materiais não metálicos sólidos presos dentro de metal fundido. A forma mais comum consiste nas impurezas de escória geradas durante a soldagem a arco que utiliza o fluxo. Em vez de flutuar emum banho derretido, esferas de escória são encapsuladas à medida que o metal se solidifica. Outras impurezas são óxidos metálicos que se formam ao soldar metais, como o alumínio, muitas vezes com um revestimento de superfície de Al2O3. Fusão incompleta Conhecido, também, como falta de fusão, o defeito é simplesmente um cordão de solda em que a fusão não ocorre em toda a seção transversal da junta. Um defeito relacionado é a falta de penetração, o que significa que a fusão não penetra o suficiente na base da junta. Defeitos diversos Essa categoria inclui: aberturas de arco, quando o soldador, acidentalmente, deixa o eletrodo tocar o metal de base próximo à junta, deixando uma marca na superfície; e respingos excessivos, em que gotas de metal de solda derretido respingam nas peças da base. E-Book - Apostila 17 - 37 É pertinente lembrar que os defeitos devem ser evitados em juntas soldadas. Alguns deles são invisíveis a olho nu, passando, assim, por inspeções superficiais. Isso se soma ao fato de a região soldada e o seu entorno terem certa fragilidade; devido ao calor gerado pelo processo, os defeitos podem ser catastróficos. Segurança e higiene na soldagem As considerações de segurança são importantes na soldagem, no corte e nas operações, em virtude dos diversos riscos concernentes a essas operações e ao potencial de danos graves ao pessoal. Assista ao vídeo a seguir, no qual apresentaremos os principais riscos da soldagem e as operações relacionadas. Também veremos as práticas mais comuns para evitar ou minimizar problemas. Recurso Externo Recurso é melhor visualizado no formato interativo Agora que você já conheceu os riscos de soldagem e as operações relacionadas, vamos continuar os nossos estudos e explorar um pouco mais acerca da brasagem. Brasagem: princípio e características Os métodos de soldagem e brasagem são utilizados para unir metais e têm descrições semelhantes. Ambos são empregados para unir dois ou mais metais usando materiais de adição, mas a brasagem recorre a metais de adição, que têm um ponto de fusão mais baixo que o metal de adição. Esses processos de fabricação envolvem o aquecimento do elemento a uma temperatura na qual o material de enchimento se torna líquido enquanto o metal de base se liga e permanece sólido (WAINER; BRANDI; MELLO, 2019). E-Book - Apostila 18 - 37 No que diz respeito ao processo de união, a brasagem está entre a soldagem por fusão e a soldagem em estado sólido. Como na maioria das operações de soldagem por fusão, os metais de adição são adicionados à brasagem. O metal de base, no entanto, não é fundido e se comporta como uma soldagem em estado sólido. Apesar dessas peculiaridades, a brasagem é considerada diferente. Ela é considerada vantajosa sobre a soldagem quando: os metais são menos soldáveis; metais dissimilares devem ser unidos; a alta temperatura de soldagem pode danificar os componentes a serem unidos; a geometria da junta não é adequada para qualquer método de soldagem; a alta resistência mecânica não é um pré- requisito. A brasagem inclui um conjunto de processos de união por aquecimento a uma temperatura e uso de um metal de adição com um ponto de fusão abaixo da temperatura solidus (o líquido na curva temperatura-composição da fase sólida e o diagrama de fases do material do metal original). Ou seja, na brasagem, ao contrário da soldagem, o metal de base nunca derrete (WAINER; BRANDI; MELLO, 2019). Nesse processo, o metal de adição deve preencher a junta por capilaridade; portanto, para a realização de uma união por brasagem com boa qualidade, deve haver um molhamento ideal das faces a serem unidas pelo metal de adição fundido. Para tanto, é necessário que o metal de base esteja metalicamente limpo; em outras palavras, é preciso que as superfícies estejam completamente isentas de óxidos, graxas etc. Essa limpeza é normalmente realizada por decapagem química ou mecânica. Todavia os metais necessitam ser protegidos, no decorrer do aquecimento, por um fluxo ou uma atmosfera adequada. A depender do metal de base e do metal de adição, vários tipos de fluxos podem ser usados. Isso ocorre porque materiais distintos têm óxidos de superfície diferentes. O fluxo utilizado funde a uma temperatura abaixo do ponto de fusão do metal de adição e atua na superfície de ligação e áreas adjacentes, dissolvendo quaisquer camadas de óxido que possam ter se formado após a decapagem, ao permitir que o metal de adição flua livremente. Trata-se de unir e aderir firmemente aos metais de base (GROOVER, 2017). E-Book - Apostila 19 - 37 As juntas conectadas por brasagem são preenchidas por capilaridade e, para que esse fenômeno ocorra corretamente, a distância entre as peças deve ser rigidamente controlada. Se o espaçamento entre elas for muito pequeno, o preenchimento das costuras é lento e pode ser apenas local. O espaçamento excessivo também pode resultar em tempos de enchimento muito longos e na formação de bolhas de ar ou inclusões de fluxo e óxido. Ademais, se a junta for projetada corretamente e a operação de brasagem for realizada de modo adequado, a junta brasada será mais forte do que o metal de adição formado quando se solidifica. Esse resultado muito significativo se deve aos pequenos vãos nas peças utilizadas na brasagem, à ligação metalúrgica que ocorre entre o metal de base e o metal de adição, além das restrições geométricas que essas peças impõem à junta. A brasagem usa apenas dois tipos de juntas: juntas sobrepostas e juntas de topo. Ambos os tipos de variantes podem ser usados para aumentar a área de união (MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2016). Assim, para a brasagem ocorrer, há a necessidade de dois fenômenos: capilaridade e molhagem. Acerca do primeiro, confira as informações na sequência. SAIBA MAIS O que é capilaridade? É a capacidade do metal líquido de preencher os vazios intergranulares das peças a serem soldadas. No decorrer do processo de soldagem, não é preciso ter o perfil das peças trabalhadas, pois elas não se fundem. O que realizará a união das peças é o metal de adição, fundido por meio dos espaços entre elas. Clique em EXPANDIR PDF para conferir a leitura das páginas 17 à 23, ou copie o link a seguir em seu navegador e acesse: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/16383/1/PG_DAMEC_2 014_1_15.pdf http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/16383/1/PG_DAMEC_2014_1_15.pdf E-Book - Apostila 20 - 37 Devemos lembrar que tanto a molhabilidade quanto a capilaridade estão presentes nos processos de brasagem e influenciam diretamente nos resultados obtidos desse processo de união. A brasagem como processo de produção é usada em muitas indústrias, incluindo automotiva (conexões de tubos), equipamentos elétricos (conexões de fios e cabos), ferramentas de corte (brasagem de insertos de metal duro para fresas) e fabricação de joias. Além disso, a indústria de processamento químico e as empresas de encanamento e aquecimento conectam tubos e conexões de metal por brasagem. Esse processo é amplamente utilizado em trabalhos de reparação e manutenção em quase todos os setores industriais. Podemos citar múltiplas vantagens e desvantagens da brasagem em relação à soldagem (MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2016). (Clique no (+) das sanfonas para visualizar o conteúdo): Vantagens: quaisquer metais podem ser unidos, incluindo metais dissimilares; certos métodos de brasagem podem ser executados de maneira rápida e consistente, permitindo,com isso, altas taxas de ciclo e produção automatizada; alguns métodos permitem que múltiplas juntas sejam brasadas simultaneamente; a brasagem pode ser aplicada na união de peças de espessuras finas que não podem ser soldadas; em geral, a brasagem requer menos calor e potência em comparação com a soldagem por fusão; os problemas com a ZTA no metal de base perto da junta são menores; as áreas da junta, que são inacessíveis por muitos processos de soldagem, podem ser brasadas, já que a ação capilar molda o metal de adição fundido na junta. Desvantagens: em geral, a resistência mecânica da junta é menor do que a de uma junta soldada; embora a resistência mecânica de uma boa junta brasada seja maior que a do metal de adição, é provável que seja menor do que a dos metais de base; elevadas temperaturas de serviço podem fragilizar a junta brasada; a cor do metal na junta brasada pode não corresponder à cor das peças do metal de base, o que é uma possível desvantagem E-Book - Apostila 21 - 37 estética. Vamos conhecer, mais especificamente, o processo de brasagem no vídeo a seguir. SAIBA MAIS Faz-se importante pontuar que o vídeo mostra, na prática, como realizar o procedimento de brasagem de forma correta. São soldadas luminárias de cobre com o metal de adição, sendo estanho-chumbo. Com ele, podemos analisar, também, os cuidados com a segurança evidenciados pelo soldador, como o uso de proteção individual, e cuidados com o equipamento de soldagem e com o fluxo de solda. Clique ou copie o link a seguir em seu navegador e acesse o vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=1m8iF3mMQWs Em todos os processos de união, devemos sempre aplicar os conhecimentos de segurança durante a realização do método. No vídeo apresentado, foi possível observar como são os cuidados para o caso da brasagem. A American Welding Society (AWS) define a brasagem como um processo de união usando um metal de adição que derrete acima de 450 ºC, mas está abaixo da temperatura do metal original e flui por forças capilares. A liga de enchimento deve ter boa adesão à superfície do substrato a ser brasado. Pontuamos, a título de curiosidade, que a norma alemã DIN 8505 faz uma distinção entre brasagem fraca, forte e de alta temperatura, levando em consideração não apenas a faixa de temperatura na qual a montagem é realizada, mas também a presença ou ausência de ligas adicionadas, fluxos e atmosferas para brasagem. (Clique no (+) das sanfonas para visualizar o conteúdo): Brasagem fraca https://www.youtube.com/watch?v=1m8iF3mMQWs E-Book - Apostila 22 - 37 A brasagem fraca ou soldagem branca é realizada em temperaturas abaixo de 450 ºC. A reduzida temperatura de processo na brasagem fraca minimiza a possibilidade de distorção térmica, porém as zonas de difusão ficam limitadas. O aquecimento das peças pode ser realizado em fornos resistivos, por ultrassom, chama ou indução. A brasagem fraca é usada, predominantemente, para produzir estanqueidade ou brasagem de contato elétrico. Na maior parte dos casos, o metal de adição é uma liga à base de Pb ou Zn, sendo utilizado o fluxo com a função de evitar a oxidação e facilitar o molhamento do substrato sólido, já que, normalmente, utiliza-se o ar como atmosfera (WAINER; BRANDI; MELLO, 2019). Brasagem forte A brasagem forte, também conhecida por brazing, é o processo no qual o metal de adição está a uma temperatura acima de 450 ºC, porém abaixo da temperatura de fusão do metal de base. A brasagem forte inclui a soldobrasagem (brasagem com chama, muitas vezes, realizada por um maçarico). A maioria das ligas é baseada em Cu e/ou Ag, sendo, normalmente, realizada com fluxo. Por exemplo, para uma brasagem em uma liga de prata- cobre, as temperaturas de fusão usadas para montar as peças estão compreendidas, em média, entre 600 ºC e 900 ºC. As brasagens de latão ou cobre se realizam a uma temperatura de fusão que pode variar entre 700 ºC e 1180 ºC (MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2016). Brasagem em alta temperatura A brasagem em alta temperatura é executada sempre sob a atmosfera protetora ou a vácuo, com o aquecimento em fornos resistivos, por laser, feixe eletrônico ou indução. As ligas são relacionadas à base de Ni, Au-Ni e Cu. Para alguns materiais especiais, são, ainda, aplicadas ligas à base de Ti, Nb, Zr e Co. Na brasagem, assim como nos outros processos de união, devemos sempre ter em mente a necessidade das medidas de segurança. Dentre as mais importantes, podemos citar a higiene no local, a capacitação dos operadores e os acessórios de segurança. Processos de soldagem por eletrodo revestido E-Book - Apostila 23 - 37 O processo de soldagem por eletrodo revestido (SMAW, do inglês Shielded Metal Arc Welding) é um processo de soldagem AW, que usa um eletrodo consumível, o qual consiste em uma haste de metal revestida com elementos químicos que fornecem fluxo e blindagem. FIGURA 1 - Representação de um processo de soldagem por eletrodo revestido Fonte: MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2016, p. 161. O metal de adição utilizado no eletrodo deve ser compatível com o metal que será soldado; sua composição costuma ser, aproximadamente, a do metal de base. O calor gerado pelo processo de soldagem derrete o revestimento e fornece uma atmosfera protetora e escória para a operação de soldagem. Também ajuda a estabilizar o arco e a regular a taxa de fusão dos eletrodos. A seguir, temos algumas funções dos revestimentos (MODENESI, 2008). (Clique nas setas para avançar ou retornar ao conteúdo): Estabilização do arco. Alteração da composição do cordão pela inclusão de elementos E-Book - Apostila 24 - 37 de liga. Proteção da poça de fusão. Limpeza do local com escória de fácil remoção. Realizar ou possibilitar reações de refino metalúrgico (como desoxidação, dessulfuração). Formar uma camada de escória protetora. Facilitar a remoção da escória e controlar suas propriedades (físicas e químicas). Facilitar a soldagem em diversas posições. Dissolver óxidos e contaminantes na superfície da junta. Reduzir o nível de respingos e fumos. Diminuir a velocidade de resfriamento da solda. Possibilitar o uso de diferentes tipos de corrente e polaridade. Aumentar a taxa de deposição. Direcionar o arco elétrico. Solar a alma de aço. Na sequência, podemos analisar alguns tipos de revestimento utilizados e suas principais características (MODENESI, 2008). E-Book - Apostila 25 - 37 Revestimento oxidante: contém óxidos de ferro e manganês em sua composição. Sua escória sai facilmente. É usado para soldagem com corrente contínua ou corrente alternada. A taxa de penetração é baixa. Revestimento ácido: o revestimento é de, aproximadamente, 10% a 20% do diâmetro da alma do eletrodo. Tem alta taxa de liberação de hidrogênio quando a água está presente. Rutílico: seu revestimento tem rutilo (TiO2 – óxido de titânio); apresenta média penetração; escória caracterizada por rápida solidificação e ser facilmente destacável; alto teor de hidrogênio. Básico: contém quantidades significativas de carbonato de cálcio e fluorita; precisa ser manuseado corretamente, pois é altamente higroscópico (alta afinidade para absorver a umidade do ambiente, tanto vapor como líquido). No entanto, se armazenado e manuseado corretamente, pode ser evitado nas soldas em que o hidrogênio é presente. Celulósico: contém muita matéria orgânica. O cordão de solda é comumente grosseiro e produz áreas irregulares. Tem alto poder de penetração. Em altas temperaturas, todavia, decompõe-se e há a produção de grandes quantidades de hidrogênio. Pó de Ferro:permite um melhor aproveitamento da energia do arco. Caro(a) aluno(a), o pó de ferro pode ser adicionado a outros eletrodos para criar propriedades específicas, como uma melhor utilização de energia e melhor estabilidade do arco. Tornará, no entanto, o revestimento mais suscetível à oxidação e dissolverá o hidrogênio na solda em altas temperaturas. Observe que esse é um problema com a maioria dos revestimentos que vimos anteriormente. Mas os revestimentos básicos são aqueles que, se armazenados e manuseados adequadamente, produzirão baixos níveis de hidrogênio na solda sem contato com a umidade. Assim, por exemplo, os defeitos de fissuração a frio são minimizados. E-Book - Apostila 26 - 37 Durante a operação, a extremidade não revestida do eletrodo de metal (oposta à ponta) é conectada ao eletrodo que está conectado à fonte de alimentação. O suporte tem uma alça isolada, a fim de que possa ser segurado e manipulado por um soldador humano. A faixa de corrente, comumente usada no SMAW, é de 30 a 300 A, e a tensão é de 15 a 45 V. A seleção dos parâmetros de potência adequados depende do metal a ser soldado, do tipo e comprimento dos eletrodos e da penetração desejada da solda (MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2016). SAIBA MAIS Ao assistir ao vídeo a seguir, podemos observar como é realizado um processo de soldagem por eletrodo revestido. Clique ou copie o link a seguir em seu navegador e acesse o vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=zSoucp-J3h8 Conforme observamos no vídeo, a soldagem SMAW, geralmente, é realizada de modo manual. As aplicações comuns incluem edifícios, tubulações, estruturas de máquinas, construção naval, processos de fabricação de oficinas e trabalhos de manutenção. O equipamento é portátil e de baixo custo, tornando o processo SMAW altamente versátil e, provavelmente, o mais utilizado na soldagem AW. Os metais básicos incluem aço, aço inoxidável, ferro fundido e certas ligas não ferrosas. Esse processo não é utilizado (ou raramente utilizado) para alumínio e suas ligas, cobre e ligas de titânio. Como operação de produção, uma desvantagem encontrada da soldagem SMAW é o uso de eletrodos consumíveis. Quando uma vareta é usada, ela deve ser substituída de maneira regular. Isso reduz a duração do arco para esse processo de soldagem. Outra restrição é o nível de corrente que pode ser usado. Como o comprimento do eletrodo muda durante a operação e afeta a resistência ao calor dele, o nível de corrente deve ser mantido dentro de um intervalo seguro ou o revestimento superaquecerá e se fundirá, de modo prematuro, ao se soldar novamente. Alguns processos AW usam eletrodos de alimentação contínua de arame para superar as limitações de comprimento do eletrodo do processo SMAW (GROOVER, 2017). Na soldagem por eletrodo revestido e em todos os outros processos de soldagem, os parâmetros do processo, a seleção do metal de adição e o seu revestimento devem ser realizados de forma cuidadosa para evitar acidentes. https://www.youtube.com/watch?v=zSoucp-J3h8 E-Book - Apostila 27 - 37 Considerações finais Nesta unidade, você teve a oportunidade de: entender o processo de fabricação, utilizando-se da união dos materiais por soldagem; analisar a terminologia da soldagem e seus principais defeitos; analisar os principais processos de soldagem utilizados na indústria; desenvolver a capacidade de interpretação das simbologias do processo de soldagem; avaliar a segurança do trabalho nos processos de soldagem; entender o processo de união por brasagem e suas principais características; e avaliar os princípios dos processos de soldagem por eletrodo revestido, equipamentos e técnicas operatórias. No decorrer do nosso estudo sobre a simbologia da soldagem, vimos a terminologia geral de todos os processos de soldagem. Na sequência, destacam-se alguns dos elementos da solda. E-Book - Apostila 28 - 37 Estudamos, também, como realizar uma representação de solda, de acordo com o tipo de junta e o tipo de soldagem necessária. Essas simbologias são regidas pelas normas de soldagem, que devem ser consultadas se for preciso representar uma solda em um desenho técnico. Após isso, analisamos os aspectos principais da metalurgia da soldagem. Entendemos que, por ser um processo que normalmente necessita da utilização de calor, a solda modifica a microestrutura do material na região do cordão de solda e ao seu redor. Essa região é denominada zona afetada pelo calor ou ZTA. Além disso, vimos que o processo de soldagem pode apresentar descontinuidades tanto no cordão quanto na ZTA. Caso as propriedades da peça soldada em sua aplicação sejam modificadas, essa solda deverá ser reparada ou descartada. A propósito, aprendemos mais sobre os processos de brasagem e soldagem por eletrodo revestido. O processo de brasagem é um processo de união em que somente o metal de adição é fundido, sendo a principal diferença em relação ao processo de soldagem. Já no processo de soldagem por eletrodo revestido, temos o uso de varetas de eletrodo consumível; esse processo é classificado como um processo de soldagem por fusão. Os eletrodos consumíveis, nessa circunstância, têm um revestimento com diversas funções, por exemplo, a estabilização do arco e a proteção da solda de fusão. Devemos sempre lembrar que as considerações de segurança são imprescindíveis na soldagem, no corte e nas operações, em virtude dos diversos perigos associados a essas operações e ao potencial de sérios danos ao pessoal, equipamentos e sistemas de instalação. Neste material, portanto, aprendemos mais sobre o processo de soldagem e de brasagem. Metal de base: metal do material a ser soldado. Metal de adição: em certos processos de soldagem, utiliza-se um metal de adição para formar a solda. Poça de fusão: resultante do metal de base e do metal de adição (quando aplicável) fundidos. Cordão de solda: resultado da poça de fusão resfriada após o processo de soldagem. Penetração da solda: quantidade de metal de base derretido durante a soldagem. Passe: camada de metal de adição depositada pela progressão sucessiva da mesma poça de fusão. Chanfro: reentrância aplicada nas juntas soldadas antes de o processo ser iniciado. É aplicável em alguns tipos de junta, somente. Raiz: seção mais profunda da solda. E-Book - Apostila 29 - 37 Agora que finalizamos este conteúdo, vamos testar os seus conhecimentos com o quiz a seguir. QUIZ Defeitos de soldagem consistem em qualquer falha que possa comprometer a utilidade de uma junta soldada. Há uma grande variedade de defeitos de soldagem. A partir do exposto, qual é o tipo de defeito de soldagem que pode ser causado por corrente ou velocidade muito baixa? Crateras.a E-Book - Apostila 30 - 37 Resposta Incorreta: A alternativa está incorreta. As descontinuidades podem ser divididas em dimensionais (por exemplo: distorção, dimensões incorretas da solda, perfil incorreto da solda); descontinuidades estruturais (por exemplo: porosidades, inclusões de tungstênio, falta de fusão, falta de penetração, mordeduras, trincas); e propriedades inadequadas (como propriedades mecânicas e propriedades químicas). Resposta Correta: A alternativa está correta. Observe que, de todas as alternativas, a resposta associada à corrente muito baixa (energia insuficiente, calor, produção) é a falta de fusão. Esse defeito reduz bastante a resistência da solda, porque não há ligação entre o metal de solda e o metal de base em que existe a fusão incompleta. Resposta Incorreta: A alternativa está incorreta. As descontinuidades podem ser divididas em dimensionais (por exemplo: distorção, dimensões incorretasda solda, perfil incorreto da solda); descontinuidades estruturais (por exemplo: porosidades, inclusões de tungstênio, falta de fusão, falta de penetração, mordeduras, trincas); e propriedades inadequadas (como propriedades mecânicas e propriedades químicas). Falta de fusão.b Inclusões.c E-Book - Apostila 31 - 37 Resposta Incorreta: A alternativa está incorreta. As descontinuidades podem ser divididas em dimensionais (por exemplo: distorção, dimensões incorretas da solda, perfil incorreto da solda); descontinuidades estruturais (por exemplo: porosidades, inclusões de tungstênio, falta de fusão, falta de penetração, mordeduras, trincas); e propriedades inadequadas (como propriedades mecânicas e propriedades químicas). Resposta Incorreta: A alternativa está incorreta. As descontinuidades podem ser divididas em dimensionais (por exemplo: distorção, dimensões incorretas da solda, perfil incorreto da solda); descontinuidades estruturais (por exemplo: porosidades, inclusões de tungstênio, falta de fusão, falta de penetração, mordeduras, trincas); e propriedades inadequadas (como propriedades mecânicas e propriedades químicas). Trincas.d Porosidades.e E-Book - Apostila 32 - 37 O processo de soldagem acarreta o aquecimento, a fusão, a solidificação e o resfriamento de um ou de vários materiais, conforme a aplicação do elemento a ser soldado. Com isso, as mudanças que ocorrem na microestrutura da região soldada determinam o desempenho da solda. Assim, é correto afirmar que: Resposta Incorreta: A alternativa está incorreta. No corte transversal de uma solda de fusão típica, para a qual o metal de adição foi adicionado, podemos observar quatro áreas típicas: área de fusão, interface de solda, área afetada termicamente e região do metal de base não afetada. Resposta Incorreta: A alternativa está incorreta. No corte transversal de uma solda de fusão típica, para a qual o metal de adição foi adicionado, podemos observar quatro áreas típicas: área de fusão, interface de solda, área afetada termicamente e região do metal de base não afetada. os ciclos de soldagem térmica não geram modificações ou reações na região do cordão de solda e sua vizinhança. a o metal de base é a área próxima ao cordão de solda, afetada pelo calor de solda e processo de soldagem. b E-Book - Apostila 33 - 37 Resposta Incorreta: A alternativa está incorreta. No corte transversal de uma solda de fusão típica, para a qual o metal de adição foi adicionado, podemos observar quatro áreas típicas: área de fusão, interface de solda, área afetada termicamente e região do metal de base não afetada. Resposta Correta: A alternativa está correta. Como vimos, a ZTA tem quatro faixas conforme a região se afasta da temperatura de pico do ponto da solda na zona fundida: a região de granulação grosseira (com crescimento do grão); a região de granulação fina (refino do grão); a região intercrítica (temperaturas entre A3 e A1); e a região subcrítica (temperaturas inferiores à linha A1). a temperatura de pico na zona de refinamento do grão se caracteriza por ser uma transformação parcial da estrutura original do metal de base. c a estrutura da zona afetada pelo calor de aço inclui a zona de crescimento de grãos, refinamento de grãos e regiões críticas. d a zona afetada pelo calor é a área de fusão do metal de base em que a soldagem altera a microestrutura e/ou propriedades. e E-Book - Apostila 34 - 37 Resposta Incorreta: A alternativa está incorreta. No corte transversal de uma solda de fusão típica, para a qual o metal de adição foi adicionado, podemos observar quatro áreas típicas: área de fusão, interface de solda, área afetada termicamente e região do metal de base não afetada. A estrutura de um eletrodo revestido é composta por uma alma (o núcleo de um material metálico cuja função é conduzir a corrente e fornecer o metal de adição para a junção) envolta por um revestimento de diferentes materiais. No que tange ao exposto, qual é o tipo de revestimento recomendado para minimizar o risco de rachaduras a frio? Rutílico.a E-Book - Apostila 35 - 37 Resposta Incorreta: A alternativa está incorreta. O processo de soldagem e a seleção do tipo de eletrodo a ser utilizado são de grande responsabilidade e, por isso, temos de evitar qualquer chance de ocorrer a fissuração a frio. Assim, precisamos utilizar um eletrodo que não libera hidrogênio em grandes quantidades para a solda. Resposta Incorreta: A alternativa está incorreta. O processo de soldagem e a seleção do tipo de eletrodo a ser utilizado são de grande responsabilidade e, por isso, temos de evitar qualquer chance de ocorrer a fissuração a frio. Assim, precisamos utilizar um eletrodo que não libera hidrogênio em grandes quantidades para a solda. Resposta Correta: A alternativa está correta. Como vimos, um eletrodo revestido com revestimento básico tem um teor de hidrogênio muito baixo se armazenado e manuseado adequadamente, ao contrário dos outros revestimentos que geram altas quantidades. Celulósico.b Básico.c Ácido.d E-Book - Apostila 36 - 37 Resposta Incorreta: A alternativa está incorreta. O processo de soldagem e a seleção do tipo de eletrodo a ser utilizado são de grande responsabilidade e, por isso, temos de evitar qualquer chance de ocorrer a fissuração a frio. Assim, precisamos utilizar um eletrodo que não libera hidrogênio em grandes quantidades para a solda. Resposta Incorreta: A alternativa está incorreta. O processo de soldagem e a seleção do tipo de eletrodo a ser utilizado são de grande responsabilidade e, por isso, temos de evitar qualquer chance de ocorrer a fissuração a frio. Assim, precisamos utilizar um eletrodo que não libera hidrogênio em grandes quantidades para a solda. Referências APRENDA agora soldar com eletrodo revestido em 15 minutos. [S. I.: s. n.], 2017. 1 vídeo (14 min.). Publicado pelo canal Pox Serralheria Tutoriais. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=zSoucp-J3h8. Acesso em: 3 ago. 2022. AWS – AMERICAN WELDING SOCIETY. Welding handbook. Miami: AWS, 1991. AWS – AMERICAN WELDING SOCIETY. Welding inspection handbook. Miami: AWS, 2000. AWS – AMERICAN WELDING SOCIETY. A2.4:2020: standard symbols for welding, brazing and nondestructive examination. Miami: AWS, 2020. Pó de ferro.e https://www.youtube.com/watch?v=zSoucp-J3h8 E-Book - Apostila 37 - 37 GROOVER, M. P. Fundamentos da moderna manufatura. Rio de Janeiro: LTC, 2017. HUGHES, S. E. 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