TM 10 Solda

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Tecnologia Mecânica
Processos de Soldagem
Metalurgia do pó
Prof. Danilo C. Heiderich
Classificação dos Processos de Usinagem
Com remoção de cavaco
Sem remoção de cavaco
Usinagem
Convencional
Não Convencional
•Torneamento
•Fresamento
•Furação
•Aplainamento
•Mandrilamento
•Retificação
•Jato D´água
•Jato Abrasivo
•Eletroquímica
•Eletroerosão
•Feixe de Elétrons
•Laser
•Plasma
Fundição
Soldagem
Metalurgia do pó
Conformação
•Laminação
•Extrusão
•Trefilação
•Forjamento
•Estampagem
Processos de Fabricação
2
O que é Soldagem
A soldagem é considerada como um método de união, porém, muitos processos de soldagem ou variações destes são usados para a deposição de material sobre uma superfície.
Definições:
Operação que visa obter a união de duas ou mais peças ,
Operação que visa obter a coalescência (Fusão) localizada produzida pelo aquecimento até uma temperatura adequada;
Processo de união de materiais baseado no estabelecimento, na região de contato entre os materiais sendo unidos de forças de ligação química de natureza similar as atuantes no interior do próprio material
Histórico
1801
1836
Sir HumpheyDavis descobre ofenômenodoarcoelétrico
EdmundDavy descobre oAcetileno
1885
N.Bernardos eS.Olsewski depositam patente do processo desoldagemporarcoelétrico
1889
N.G.Slavianoff eC. Coffinsubstituem oeletrododegrafite por aramemetálico
1901
Fouché ePicarddesenvolvem oprimeiromaçaricoindustrial parasoldagemoxiacetilênica
1903
Goldschmidt descobrea soldaaluminotérmica
1907
O. Kjellbergdeposita a patente doprimeiro eletrodorevestido
1919
C.J. Halsagintroduza corrente alternada nos processos desoldagem
1926
H.M.Hobart eP.K.Denver utilizam gás inertecomoproteção doarcoelétrico
1930
Primeiras normaspara eletrodorevestidonosEUA
1935
1948
Desenvolvimentodosprocessos desoldagem TIGeArcoSubmerso
H.F.Kennedy desenvolve o processo desoldagemMIG
1950
França e Alemanha desenvolvem o processo desoldagemporfeixe deelétrons
1953
Surgimentodo processoMAG
1957
Desenvolvimentodo processo desoldagemcomarametubular e proteçãogasosa
1958
Desenvolvimentodo processo desoldagemporeletro-escória, naRússia
1960
Desenvolvimentode processo desoldagema laser,nosEUA
1970
Aplicados osprimeiros robôsnosprocessosdesoldagem
Evolução dos processos de soldagem
Principais processos de soldagem
Soldagem por fusão:
Processo no qual as partes são fundidas por meio de energia elétrica ou química, sem aplicação de pressão.
Soldagem por pressão:
Processo no qual as partes são coalescidas (fundidas) e pressionadas uma contra a outra.
Brasagem:
Processo no qual as partes são unidas por meio de uma liga metálica de baixo ponto de fusão. Neste método, não há fusão do metal de base.
Propriedade imprescindível na soldagem - Soldabilidade
Soldabilidade é a facilidade que os materiais têm de se unirem por meio de soldagem e de formar em uma série contínua de soluções sólidas coesas, mantendo as propriedades mecânicas dos materiais originais.
Fatores que afetam a soldabilidade:
O principal fator que afeta a soldabilidade dos materiais é a sua composição química.
Outro fator importante é a capacidade de formar a série contínua de soluções sólidas entre um metal e outro.
Assim, devemos saber como as diferentes ligas metálicas se comportam diante dos diversos processos de soldagem.
Se o material a ser soldado exigir muitos cuidados, tais como: controle de temperatura de aquecimento e de interpasse, ou tratamento térmico após a soldagem, por exemplo, dizemos que o material tem baixa soldabilidade.
Por outro lado, se o material exigir poucos cuidados, dizemos que o material tem boa soldabilidade.
Terminologia da Soldagem
Soldagem é uma operação que visa obter a união de peças,
Solda é o resultado desta operação;
O material da peça, ou peças, que está sendo soldada é o metal de base;
Frequentemente, na soldagem por fusão, um material adicional é fornecido para a formação da solda, este é o metal de adição;
Durante a soldagem, o metal de adição é fundido pela fonte de calor e misturado com uma quantidade de metal de base também fundido para formar a poça de fusão;
Terminologia da Soldagem
Denomina-se junta a região onde as peças serão unidas por soldagem;
Aberturas ou sulcos na superfície da peça ou peças a serem unidas e que determinam o espaço para conter a solda recebem o nome de chanfro;
Terminologia da Soldagem
Passe de solda: Formado por um deslocamento da poça de fusão na região da junta;
Zonas de uma junta soldada
Cobre-junta ou mata-junta: Peça colocada na parte inferior da solda (raiz) que tem por finalidade conter o metal fundido durante a execução da soldagem;
Zona fundida (ZF): Constituída pelo metal de solda, que é a soma da parte fundida do metal de base e do metal de adição;
Zona termicamente afetada (ZTA): Região do metal de base que tem sua estrutura e/ou suas propriedades alteradas pelo calor de soldagem
Soldagem com eletrodo revestido (SMAW) é a união de metais pelo aquecimento oriundo de um arco elétrico entre um eletrodo revestido e o metal de base, na junta a ser soldada;
O metal fundido do eletrodo é transferido através do arco até a poça de fusão do metal de base, formando assim o metal de solda depositado;
Uma escória, que é formada do revestimento do eletrodo e das impurezas do metal de base, flutua para a superfície e cobre o depósito, protegendo esse depósito da contaminação atmosférica e também controlando a taxa de resfriamento. O metal de adição vem da alma metálica do eletrodo (arame) e do revestimento;
A soldagem com eletrodo revestido é o processo de soldagem mais utilizado devido à simplicidade do equipamento, à resistência e qualidade das soldas e baixo custo;
Grande flexibilidade e solda a maioria dos metais numa faixa grande de espessuras.
Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido (SMAW)
Soldagem a arco submerso (SAW)
Soldagem por arco submerso (SAS) ou também conhecido em inglês como Submerged arc welding (SAW), é um método em que o calor necessário para fundir o metal é produzido por um arco elétrico criado entre a peça de trabalho e a ponta do arame de soldagem.
A ponta do arame de soldagem, o arco elétrico e a peça de trabalho são cobertos por uma camada de um material mineral granulado conhecido por fluxo para soldagem (daí o nome arco submerso), portanto não há arco visível pois fica escondido, nem faíscas, respingos ou fumos comuns em outros processos. Parte do fluxo é fundida gerando uma capa protetora sobre a poça de fusão da solda. O restante não fundido é recolhido para a reutilização.
A Soldagem a Arco Gás-Tungstênio (Gas Tungsten Arc Welding - GTAW) ou, como é mais conhecida no Brasil, TIG (Tungsten Inert Gas) é um processo no qual a união é obtida pelo aquecimento dos materiais por um arco estabelecido entre um eletrodo não consumível de tungstênio e a peça.
A proteção do eletrodo e da zona da solda é feita por um gás inerte, normalmente o argônio, ou mistura de gases inertes (Ar e He). Metal de adição pode ser utilizado ou não.
Soldagem TIG (GTAW)
(a)
(b)
(a) Detalhe da região do arco. (b) Montagem usual.
Soldagem TIG (GTAW)
A soldagem GTAW pode ser usada na forma manual ou mecanizada e é considerada como um dos processos de soldagem a arco que permite um melhor controle das condições operacionais.
Permite a execução de soldas de alta qualidade e excelente acabamento, particularmente em juntas de pequena espessura (inferior a 10 mm e mais comumente entre 0,2 e 3 mm). 
Seções de maior espessura podem ser soldadas, mas, neste caso, considerações econômicas tendem a favorecer processos com eletrodo consumível. 
A soldagem GTAW é mais utilizada para aços ligados, aços inoxidáveis e ligas não ferrosas. 
Um uso comum, para aços estruturais, é a execução de passes de raiz na soldagem de tubulações, com os outros passes sendo realizados com outro processo (SMAW ou GMAW).
Vantagens:
Excelente controle da poça de fusão.
Permite soldagem sem o uso de
metal de adição.
Permite mecanização e automação do processo.
Usado para soldar a maioria dos metais.
Produz soldas de alta qualidade e excelente acabamento.
Gera pouco ou nenhum respingo.
Exige pouca ou nenhuma limpeza após a soldagem.
Permite a soldagem em qualquer posição.
Desvantagens:
Produtividade relativamente baixa.
Custo de consumíveis e equipamento é relativamente elevado.
Aplicações:
Soldagem de precisão ou de elevada qualidade.
Soldagem de peças de pequena espessura e tubulações de pequeno diâmetro.
Execução do passe de raiz em tubulações.
Soldagem de ligas especiais, não ferrosas e materiais exóticos.
Soldagem MIG/MAG (GMAW)
A Soldagem a Arco Gás-Metal (Gas Metal Arc Welding - GMAW) é um processo de soldagem a arco que produz a união dos metais pelo seu aquecimento com um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico contínuo (e consumível) e a peça.
A proteção do arco e poça de fusão é obtida por um gás ou mistura de gases.
 Se este gás é inerte (Ar/He), o processo é também chamado MIG (Metal Inert Gas). 
Por outro lado, se o gás for ativo (CO2 ou misturas Ar/O2/CO2), o processo é chamado MAG (Metal Active Gas). 
Gases inertes puros são, em geral, usados na soldagem de metais e ligas não ferrosas, misturas de gases inertes com pequenas quantidades de gases ativos são usadas, em geral, com aços ligados, enquanto que misturas mais ricas em gases ativos ou CO2 puro são usados na soldagem de aços carbono.
Soldagem MIG/MAG (GMAW)
O processo é normalmente operado de forma semi-automática, podendo ser, também, mecanizado ou automatizado. 
É o processo de soldagem a arco mais usado com robôs industriais.
Como trabalha com um (ou mais) arame(s) contínuo(s), o que permite um alto fator de ocupação, com elevadas densidades de corrente no eletrodo (elevada taxa de deposição) e, assim, tende a apresentar uma elevada produtividade. 
Estes aspectos têm levado a uma utilização crescente deste processo (e da soldagem com arames tubulares) em países desenvolvidos, onde o decréscimo do número de soldadores e a necessidade de maior produtividade causaram a substituição da soldagem com eletrodos revestidos em várias aplicações.
Vantagens:
Processo com eletrodo contínuo.
Permite soldagem em qualquer posição.
Elevada taxa de deposição de metal.
Elevada penetração.
Pode soldar diferentes ligas metálicas.
Exige pouca limpeza após soldagem.
Limitações:
Equipamento relativamente caro e complexo.
Pode apresentar dificuldade para soldar juntas de acesso restrito.
Proteção do arco é sensível a correntes de ar.
Pode gerar elevada quantidade de respingos.
Aplicações:
Soldagem de ligas ferrosas e não ferrosas.
Soldagem de carrocerias e estruturas de veículos.
Soldagem de tubulações, etc.
Soldagem a gás (OFW)
A soldagem oxi-gás (Oxifuel Welding, OFW) compreende um grupo de processos de soldagem que utilizam o calor produzido por uma chama de combustível gasoso e oxigênio para fundir o metal de base e, se usado, o metal de adição. 
O processo é usado principalmente na forma manual, mas existem aplicações mecanizadas, particularmente quando o processo é utilizado com a aplicação de pressão, sendo, neste caso, denominado de soldagem a gás por pressão (Pressure Gás Welding, PGW).
Diferentes gases combustíveis podem utilizados, mas o mais comum para a soldagem dos aços e de outras ligas metálicas é o acetileno (C2H2). 
Durante a operação, a chama resultante da mistura gás-oxigênio na ponta do maçarico é usada para a fusão localizada do metal de base e a formação da poça de fusão. 
O soldador movimenta a tocha ao longo da junta para conseguir a sua fusão uniforme e progressiva, adicionando, se for o caso, metal de adição. 
Este processo é mais usado na soldagem de chapas finas (em geral, com uma espessura inferior a 6mm) e de tubos de pequeno diâmetro e na soldagem de reparo, podendo ser usado para aços, em particular aços carbono, e para ligas não ferrosas. 
Dependendo do material a ser soldado, é preciso usar um fluxo para garantir a escorificação de impurezas. A qualidade da solda tende a ser inferior à da soldagem a arco devido à menor eficiência da proteção.
Soldagem a gás (OFW)
Características
Equipamento portátil e muito versátil.
Baixo custo.
Baixa intensidade do calor transferido à peça implica em baixa velocidade de soldagem.
Necessita de fluxo para a soldagem de alguns metais.
Usado em manutenção e reparo.
Usado na soldagem de peças finas, tubos de pequeno diâmetro.
Soldagem por atrito
A soldagem por fricção, também conhecida como soldagem por atrito, utiliza algo muito comum para todos nós, o atrito, presente em todas as situações.
A soldagem por fricção é um processo de soldagem no estado sólido, que visa unir partes metálicas através de caldeamento, obtido pelo calor gerado, através do atrito provocado por movimento das superfícies em contato, e aplicação de pressão. Devido ao atrito entre as partes, a energia cinética é convertida em calor, sendo absorvido pela região imediatamente próxima às superfícies em contato, coalescendo as superfícies, uma pressão é aplicada e a ação da força centrífuga faz fluir o metal para fora dos limites da peça na forma de rebarba, arrastando os óxidos superficiais existentes.
Processos de brasagem
Brasagem engloba um grupo de processos de união que utiliza um metal de adição de ponto de fusão inferior ao do metal de base. 
Como conseqüência, o processo é realizado a uma temperatura na qual as peças sendo unidas não sofrem nenhuma fusão. 
Nestes processos, em geral, a penetração e espalhamento do metal de adição na junta são conseguidos por efeito de capilaridade. 
Frequentemente, a brasagem é considerada como um processo de união relacionado mas diferente da soldagem, contudo, a brasagem pode ser, alternativamente, considerada como um processo especial de soldagem por fusão no qual apenas o metal de adição é fundido.
Etapas:
Preparação da junta (envolvendo a colocação das peças em posição e, em alguns casos, a colocação do metal de adição e fluxo); 
Aquecimento da região da junta até a temperatura de brasagem; 
Alimentação de fluxo e metal de adição (caso estes não tenham sido pré-posicionados na preparação da junta); 
Espalhamento do metal de adição pela junta (nesta etapa, em geral, o efeito de capilaridade é extremamente importante);
Resfriamento do conjunto brasado.
Processos de brasagem
Aplicações:
A brasagem é utilizada amplamente na indústria. Aplicações variam desde a fabricação de peças simples de pequeno custo, com operação manual, até peças sofisticadas para as indústrias aeronáutica e aeroespacial, envolvendo a utilização de equipamentos sofisticados. 
Vantagens:
Baixo custo para montagens complexas;
Simples para a união de grandes áreas;
Menores problemas de tensões residuais que em processos de soldagem por fusão;
Capacidade de preservar revestimentos no metal de base;
Capacidade de unir metais dissimilares;
Capacidade de unir metais com materiais não metálicos;
Capacidade de unir peças com grandes diferenças de espessura;
Grande precisão dimensional das peças produzidas;
Peças produzidas requerem pouco ou nenhum acabamento final (quando uma atmosfera protetora adequada é usada);
Várias peças podem ser produzidas de uma vez (processamento em batelada).
Limitações:
Dependendo dos tipos de materiais e do processo usados, a brasagem pode ser um processo complicado com muitas variáveis que necessitam ser controladas para um resultado satisfatório.
A preparação da junta para brasagem pode ser complicada, exigindo uma grande precisão dimensional para um espalhamento adequado do metal de adição. 
A seleção de metal de adição e fluxo/atmosfera pode ser difícil, podendo ocorrer problemas de molhamento inadequado do metal de base, formação de compostos intermetálicos (com degradação das propriedades mecânicas da junta) e até a erosão do metal de base. 
O processo de brasagem manual com tocha exige, em geral, um operador altamente treinado.
Processos
de corte térmico
Pode-se considerar, de uma forma geral, que os processos de corte realizam uma operação inversa à realizada na soldagem, isto é, a separação de um componente em duas ou mais peças ou a remoção de material da superfície de uma peça. 
Além disso, os processos de corte podem ser separados em dois grupos, de uma forma análoga à considerada em soldagem, isto é:
Processos de corte térmico - baseados na aplicação localizada de calor na peça;
Processos de corte a frio - baseados na deformação localizada do material. 
Os mais importantes processos de corte térmico são: 
Corte a oxigênio; 
Corte a plasma; 
Corte a laser; 
Corte com eletrodo de grafite. 
Estes processos, particularmente os três primeiros possibilitam a realização de cortes de alta qualidade, precisão adequada e baixo custo para várias aplicações e materiais. 
Os processos de corte térmico fornecem uma “ferramenta” de corte de gume de 360°, isto é que permite mudanças bruscas da direção de corte, o que não é possível para a maioria dos processos de corte a frio (exceto para o corte com jato de água e abrasivo).
Metalurgia do pó
Metalurgia do pó é o processo de manufatura de peças metálicas utilizando pós metálicos, não-metálicos e cerâmicos, sem recorrer-se à fusão, mas apenas pelo emprego de pressão e calor. 
SINTERIZAÇÃO
A sinterização é um processo no qual pós, uma vez compactados, recebem tratamento térmico, no qual a temperatura de processamento é sempre menor que a sua temperatura de fusão.
Durante o processo ocorrem várias reações no estado sólido do elemento, que são ativadas termicamente.
Este processo cria uma alteração na estrutura microscópica do elemento base, cuja finalidade é obter uma peça sólida coerente.
 QUEIMA: tratamento térmico a que são submetidos produtos a verde, para desenvolver microestrutura e propriedades desejadas. Divide-se em 3 estágios:
 Reações preliminares
 Sinterização
 Resfriamento
 SINTERIZAÇÃO: processo de consolidação do produto durante a queima
Estágios e
Microestrutura:
 (a) Partículas soltas de pó
 (b) Estágio Inicial
 (c) Estágio Intermediário
 (d) Estágio Final
Metalurgia do pó
COMPACTAÇÃO
SINTERIZAÇÃO
Metalurgia do pó
VANTAGENS :
 Facilidade de automação do processo
 Produtividade elevada: Processo adequado para grandes lotes
 Precisão e repetitividade
 Máximo aproveitamento de material
 Eliminação de operações de usinagem
 Permite formas complexas, bom acabamento superficial e tolerâncias estreitas
 Pureza dos produtos obtidos, e controle preciso da composição química
LIMITAÇÕES :
 Geometria da peça deve permitir extração
 Custo de ferramental é elevado
 Tamanho da peça, em função da capacidade de compactação (força envolvida)
 Eventuais defeitos não podem ser corrigidos
Metalurgia do pó
COMPONENTES DE METAL-DURO:
 FERRAMENTAS DE USINAGEM
MATERIAIS POROSOS: AUTO-LUBRIFICANTES
MATERIAIS POROSOS: MEIOS FILTRANTES
Metalurgia do pó
COMPONENTES CERÂMICOS
COMPONENTES CERÂMICOS ABRASIVOS
COMPONENTES MAGNÉTICOS