Relatório Solda e Corte Gás e Plasma

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Universidade Metodista de Piracicaba
FEAU - Faculdade de Engenharia, Arquitetura e Urbanismo.
Curso de Engenharia de Controle e Automação
Disciplina:
Laboratório de Processos.
Relatório sobre soldagem e corte a gás e plasma
Aldo Daniel de Souza Junior– RA: 141026-5
Douglas Felipe Viana – RA:155077-1
Hugo Matheus Alves – RA: 140636-2
Raphael Dutra – RA: 140244-5
Valdecir Junior – RA: 140965-5
Professor: Erivelto Marino
Este relatório é referente à atividade realizada no laboratório de processos de fabricação no dia 04/10/2016, sobre soldagem e corte a gás e plasma
Santa Bárbara d’Oeste - SP
Outubro de 2016
Lista de Figuras:
Figura 1: equipamentos básicos de solda oxi-gás	5
Figura 2: equipamentos do maçarico	6
Figura 3: Exemplo do Estados da Água	7
Figura 4: Corte Plasma Convencional	7
Figura 5: Plasma com ar comprimido	8
Figura 6: Corte plasma com proteção de água	8
Figura 7: Corte com Injeção de água	9
Figura 8: "Tartaruga" de corte	9
Figura 9: Processo de Corte Plasma manual	10
Figura 10: Maquina de corte plasma	10
Figura 11: Tabela seleção de gás plasma	11
Figura 12: Tabela de seleção de gás de proteção	12
Figura 13: EPI's de Corte a Plasma	13
Figura 14: Tipos de chamas	14
Figura 15: Posicionamento das peças	14
Figura 16: Fazendo a bolha	14
Figura 17: Soldagem com pasta	15
Figura 18: Tartaruga de corte	15
Figura 19: Chama oxicorte	16
Figura 20: Corte a plasma	16
Objetivo
Visualizar o processo de soldagem e corte a gás e aprender as técnicas de utilização dos equipamentos. Mostrar o funcionamento do processo de corte de chapas metálicas através do equipamento de corte oxi-gás.
Visualizar o processo de corte por arco de plasma e por gás.
Os alunos deverão observar todo o processo desde a preparação do equipamento como dos materiais a serem cortado.
É importante observar também as questões relacionadas a segurança, principalmente por se tratar de equipamento que exige uma série de cuidados em função de se trabalhar com produtos perigosos, como oxigênio e acetileno.
Introdução
O processo de soldagem oxi-gás utiliza calor gerado por uma chama de um gás combustível e o oxigênio para fundir o metal-base e o metal de adição, o metal fundido e o metal de enchimento, se usado, misturam numa poça comum e se solidificam ao se resfriar. 
Neste processo, o soldador tem controle sobre o calor e a temperatura sendo que a temperatura obtida através da chama é de aproximadamente 3000 °C. 
É bastante utilizado para a soldagem de chapas finas, tubos de pequeno diâmetro e soldagem de reparo, os materiais fundidos por oxi-gás são ferro-fundido, chumbo, alumínio, ligas de zinco, aços, aço galvanizado, latão, e bronze, dependendo da chama utilizada.
O sistema: formado por cilindros de gases comprimidos, reguladores de pressão, manômetros, maçarico, mangueiras, válvulas de retenção e uma tocha de soldagem 
Figura 1: equipamentos básicos de solda oxi-gás
Figura 2: equipamentos do maçarico
Gases: possui uma grande quantidade disponível para a soldagem a gás, sendo que normalmente o mais utilizado é o Acetileno, devido ao seu custo e pela temperatura e regulagem da chama; porém outros gases combustíveis também são utilizados, sendo eles: o Butano, Propano, Metano, Etileno, gás de rua, Hidrogênio e ainda as misturas produzidas pelas indústrias de gases. 
Metais de adição: normalmente é especificado para cada caso de soldagem, para a soldagem de ferros fundidos e metais não ferrosos utiliza-se um fluxo de soldagem, chamados de fundente, que possui a finalidade de manter a limpeza do metal base na área da solda, bem com ajudar na remoção de filmes de óxidos que se formam na superfície. 
Vantagens: o equipamento é barato e versátil, é ótima para chapas finas, é realizada com pequenos ciclos térmicos, não usa energia elétrica e solda em todas as posições. 
Desvantagens: chama pouco concentradas, o que acarreta grandes zonas termicamente afetadas pelo calor, é necessária grande habilidade do soldador, não é econômica para chapas espessas, tem baixa taxa de deposição, manuseia gases perigosos e o uso de fluxo acaba gerando produtos corrosivos no metal.
2.1 Corte com Plasma 
2.1.1 História
Corte plasma foi criado e muito utilizado nas industrias na década de 50, devido sua capacidade de cortar qualquer metal condutor de eletricidade e principalmente os não ferrosos, pois estes metais não poderiam ser cortados pelo sistema oxi-corte, mesmo assim o corte plasma tinha uma baixa reputação nas indústrias de corte de metais por seu elevado consumo de seus itens e componentes.
2.1.2 Plasma
Sabemos que a matéria tem três estados mais conhecidos, exemplo a água que tem estado solido, liquido e gasoso mais o que poucas pessoas sabem é que existe o quarto estado, o plasma.
Se tomarmos os estados da água como exemplo, se adicionar energia ao gelo ele derrete e vira água, passando do solido para o liquido, se adicionarmos mais energia na água ela evapora, passando do liquido para do gasoso e se adicionarmos mais energia ao gás ele se transforma no quarto estado, o plasma.
Figura 3: Exemplo do Estados da Água
O plasma é os elétrons livres de íons positivamente junto com os átomos do gás, isto acontece após a ionização do gás, transformando em um gás eletricamente condutor.
2.2 Corte com Plasma (convencional)
Corte plasma convencional como é conhecido é a utilização do plasma da mesma forma que foi descoberto, pode ser aplicado em metais de variadas espessuras, normalmente muito utilizado em aço carbono, aço inoxidável e alumínio. Para se obter um corte perfeito é preciso usar o gás adequado para cata tipo de aço, também é preciso controlar a vasão do gás e a tensão do arco elétrico, considerando a condução de corrente da tocha plasma. Uma tocha de 1000 amperes tem capacidade de cortar até 250mm de aço inoxidável ou alumínio, esta técnica de corte foi descoberta da década de 50, era usada para cortar grandes chapas de aço em altas velocidades.
Figura 4: Corte Plasma Convencional
2.3 Corte com Plasma (com ar comprimido)
Este processo inclui o ar comprimido, substituindo os gases como Hélio e Hidrogênio, pois estes gases contém um alto custo, sendo assim este corte acaba sendo um corte mais econômico para as indústrias.
Utilizando o ar comprimido para corte pode ter benefícios do local onde está sendo utilizado, pois o oxigênio presente no ar fornece uma energia extra que aumenta a velocidade do corte em 25%, este processe por ser utilizado em corte de aço inoxidável e alumínio, porem deve-se ter cuidado, porque na utilização desse processo os materiais cortados tendem a ter sua superfície fortemente oxidado o que pode não ser adequado para certas finalidades.
Figura 5: Plasma com ar comprimido
A desvantagem deste processo é a rápida erosão do eletrodo, um eletrodo de tungstênio tem um desgaste rápido por conter ar comprimido no processo, neste caso tem que utilizar eletrodos específicos para o corte a ser feito.
2.4 Corte de Plasma com Proteção de água e injeção de água
Proteção de Água: Corte de plasma com proteção de água é semelhante a outro processo de corte chamado “dual flow” mas ao invés de usar um gás de proteção secundária é utilizado a água. O resfriamento realizado pela água ajuda na vida útil do bico de corte e também ajuda obter uma aparência visual melhor do corte. Este método foi criado para que a água fosse uma garantia de segurança para operador, diminui ruídos, fumaças e gases ficam na camada de água, intensidade da luz do arco seja reduzida a níveis que não prejudique os olhos e a radiação ultravioleta seja reduzida.
Figura 6: Corte plasma com proteção de água
Injeção de Água: A injeção de água no corte plasma é realizada para que aumente a constrição do arco, ou seja, como se fosse dois bicos de corte, este tipo de corte pode chegar até 50.000 ºK que é o equivalente a 9 vezes a temperatura da superfície do sol e 2 vezes a temperatura de um corte plasma convencional, estaalta temperatura ajuda na velocidade de corte e para que não reste nenhuma escória no corte de aço carbono.
Figura 7: Corte com Injeção de água
2.5 Aplicações do Corte Plasma
O corte plasma pode conter alguns equipamentos para que ajude o operador a realizar o corte com segurança e precisão, por exemplo a “tartaruga” de corte
Figura 8: "Tartaruga" de corte
A “Tartaruga” de corte ajuda a cortar em uma velocidade constante, o que dificilmente é obtido por uma pessoa, com esta velocidade constante se produz um corte horizontalmente perfeito e reduz a rebarba.
Figura 9: Processo de Corte Plasma manual
Corte manual normalmente é feito em peças pequenas, pois se fossem muito grandes precisaria de uma precisão do operador maior então quando a peça for muito grande é recomendado o uso da tartaruga de corte ou uma máquina de corte.
Figura 10: Maquina de corte plasma
Normalmente utilizado nas indústrias, para cortes rápidos e em grande escala repetitiva.
2.6 Tabelas guia para corte de plasma
Existem tabelas para facilitar a identificação do tipo de gás usar para determinado material. Tabelas como:
2.6.1 Seleção de Gás Plasma
Figura 11: Tabela seleção de gás plasma
Esta tabela ajuda o operador a selecionar o gás conforme o material, e o que ele espera do resultado do corte.
2.6.2 Seleção de Gás de proteção
Figura 12: Tabela de seleção de gás de proteção
Como a outra tabela esta ajuda o operador, mais está é para a escolha do gás de proteção, aqui podemos ver seus benefícios e desvantagem para cada utilização.
2.7 Cuidados com Procedimento
Durante o processo o operador fica exposto a altas temperaturas de calor, que é emitida do próprio processo, o processo também emite ruídos, gases e fumaças que podem ser tóxicos, por isso sempre que trabalhar com este tipo de equipamento tem que ser em uma sala bem ventilada e com utilização de EPI’s como óculos, luvas e etc...
Figura 13: EPI's de Corte a Plasma
3. Procedimento
3.1 Materiais
Os materiais utilizados neste processo são:
Máquinas de soldagem.
Equipamentos de segurança.
Dispositivos de solda e corte
Material.
Cilindros de Gás, manômetro e mangueiras
Maçarico e bicos
3.2 Procedimento Experimental
Inicialmente foram apresentados todos os equipamentos e os procedimentos de segurança em relação a solda com gás. Por exemplo, o cuidado para não deixar os cilindros dos gases pressurizados caírem, as duas válvulas que fazem a liberação do gás e as duas travas para a chama não retornar. 
Na prática realizada foi utilizado um cilindro de acetileno, que é altamente inflamável (sua comercialização é feita em cilindros de cor vermelha e adicionada acetileno para casos de vazamentos). O segundo cilindro é de oxigênio comprimido para auxiliar a alimentação do “triangulo do fogo”(comercializado em cilindros de cor preta).
Através do quadro foi demonstrado que existem 3 tipos de chamas
Chama neutra; caracterizada pelas parcelas de oxigeno e acetileno iguais. 
Chama carburante, possui excesso de acetileno.
Chama oxidante, possui excesso de oxigênio.
Figura 14: Tipos de chamas
Após a apresentação de todos os itens, bicos, varetas e etec. Foi iniciada a explicação e prática de soldagem com oxicorte, na qual deve-se limpar as peças que serão unidas no local onde será feita a solda, e devem ser posicionadas com as duas partes onde serão soldadas paralelas uma com a outra.
Figura 15: Posicionamento das peças
Em seguida acendeu-se a chama e a regulou de modo que ficasse caracterizada como oxidante, com a chama direcionada a placa deve-se aquecer o material até que uma bolha entre as duas peças seja criada, a partir disso deve-se agitar a bolha para que ocorra a soldagem. 
A primeira bolha deve-se ser feita em um extremo da peça e a segunda bolha no outro extremo, para que as peças tenham a primeira ligação e não se movam ao soldar por inteiro.
Figura 16: Fazendo a bolha
Após a realizar os dois primeiros pontos, realiza-se o mesmo procedimento de aquecer um dos lados, esperar formar a bolha e agitar a bolha com a chama. Ao mesmo tempo que se agita a bolha deve-se avançar com o bico criando outra bolha e novamente misturando os materiais derretidos. Esse processo continua até terminar a peça.
Esse tipo de soldagem pode ser feita com ou sem vareta, sendo que com a adição da vareta a diferença é que quando formar a bolha deve-se inserir a vareta na bolha e misturar com a chama ao mesmo tempo.
Outro tipo de solda é a que une dois tipos de materiais distintos, mas para isso deve limpar as duas superfícies das peças e adicionar uma pasta chama fluxo de solda nas faces que serão soldadas. Ao aquecer essa pasta derrete e une as duas peças de materiais diferentes.
Figura 17: Soldagem com pasta
Já no oxicorte, o metal necessita de ser aquecido inicialmente até a sua temperatura de ignição onde é gerado a bolha de fusão, nessa bolha de fusão é injetado oxigênio pressurizado que causa a oxidação do material. A pressão do oxigênio é tão grande que pressiona o oxido para baixo e faz o corte da peça.
O corte realizado em laboratório foi realizado com uma tartaruga, onde a chama e o oxigênio ficam presos em um dispositivo que avança com uma velocidade determinada.
Figura 18: Tartaruga de corte
Foram posicionadas 3 chapas uma de aço carbono, uma de aço inox e outra de alumínio, cada uma com cerca de 10cm de distância. No carbono pode-se realizar o corte com oxicorte, mas inicialmente aqueceu-se o material até formar a bolha, após isso liberou-se o oxigênio pressurizado e fez-se a tartaruga avança. No aço inox somente foi gerado uma bolha e no alumínio não se conseguiu fazer o corte devido as suas propriedades.
Figura 19: Chama oxicorte
O único processo que faz o corte nas chapas de inox e alumínio é o corte a plasma. Esse corte é possível gerando uma alta corrente no bico e uma alta pressão de oxigênio a empurra, gerando assim um gás ionizado de altíssima temperatura, denominado de plasma.
O experimento também foi realizado em laboratório onde a tartaruga carregou o plasma pelos três tipos de materiais e fez o corte facilmente nos três.
Figura 20: Corte a plasma
Questões
1 Quais os tipos de gases usados na soldagem em geral?
No processo de soldagem a gás é necessário dois tipos de gases, sendo eles oxigênio e um combustível.
Os gases combustíveis devem apresentar características como: alta potencia energética, baixa reação química com o metais bases de adição, alta temperatura de chama e boa propagação de chama. Os gases que apresentam essas características são: ohidrogênio, o propano, o metano, o gás natural e o acetileno.
O acetileno é o mais utilizado por ter alta potencia de chama e por ser inflamado rapidamente.
2 Que cuidados devem ser tomadas na utilização dos gases acetileno e oxigênio?
Os cuidados devem começar com os recipientes que armazenam os gases, os cilindros, eles devem ser bastante resistentes à pressão consequentemente eles são pesados. Os cuidados devem ser no transporte, armazenamento, manuseio e com o próprio equipamento de soldagem.
O transporte dos cilindros deve ser feito com o capacete de proteção e sempre manter os cilindros na posição vertical e evitar qualquer tipo de chove no cilindro.
O armazenamento de ser feito em local ventilado, protegido de raios solares, seco e em ambiente com paredes resistentes a fogo, manter as válvulas isentas de sujeiras, os cilindros devem estar com o capacete de proteção e separar os cilindros de oxigênio dos de combustível.
O equipamento de soldagem deve conter dispositivos de segurança, como válvulas contra o retrocesso tanto nas mangueiras quanto nos cilindros, mangueiras compridas e resistentes à temperatura.
No manuseio do equipamento deve ser evitado impacto entre os cilindros, abrir apenas ¼ das válvulas do cilindro, verificar se não a vazamento no equipamento e nunca manusear a chama próxima dos cilindros.
3 Quais os materiais que podem ser cortados pelo gás e pelo plasma?
O processode oxicorte pode ser aplicado apenas em matérias que tenham uma boa reatividade ao oxigênio como os aços, mas não pode ser aplicado em metais não oxidante como cobre, alumínio, aço inoxidável, latão etc.
O plasma corta todos os tipos de aços, como alumínio, cobre, latão, aço inoxidável etc. O plasma foi desenvolvido para corta os matérias condutores principalmente o aço inoxidável.
4 Quando há necessidade de material de adição e quando é possível a soldagem sem o material de adição?
Uma soldagem sem material de adição é aplicada em chapas finas, quando as forças que agem na peça não são altas.
A utilização de adição de material é aplicada em reparos que não permite que a possa de fusão seja suficiente para realizar a união das peças, para fazer a soldagem entre matérias de diferente composição.
4.Conclusão
O processo de soldagem e corte a gás e plasma observado em laboratório permitiu o conhecimento pratico e teórico e suas aplicações. A soldagem a gás não é viável para indústrias por ser um processo lento e não gera produtividade, mas para manutenções é bem aceitável por ser um equipamento de fácil locomoção, não necessita de energia elétrica e permite realizar solda em lugares de difícil acesso.
O processo de corte a gás se baseia na oxidação e é muito utilizado na indústria por ser um equipamento de fácil acesso, manuseio e baixo custo, porém sua aplicação é limitada à matérias reativos a oxidação. Como solução a esse problema foi desenvolvido o corte a plasma que consiste no quarto estado da mateira, um gás eletricamente condutor e ionizado que gera uma ponte condutora de alta corrente que corta qualquer tipo de material.
Portanto pode-se concluir que estes processos observados em laboratório são de grande importância no processo de fabricação e manutenção de composições diferentes.