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V - PROCESSOS DE SOLDAGEM Soldagem é um processo de união rígida de duas ou mais partes metálicas, com ou sem a adição de material de enchimento, através do fornecimento de energia a região adjacente à zona que está sendo unida, de modo a provocar uma interfusão entre as partes. Embora conhecida há muito tempo, a soldagem era considerada como um processo de fabricação de segunda categoria. Isto se devia ao fato da baixa qualidade dos eletrodos usados, do uso inadequado, ao desconhecimento da metalurgia da solda e a falta de ensaios não destrutivos eficientes. Assim foi até a década de 20 quando, devido à fabricação em série em alta escala, a mesma começou a despontar como um processo mais rápido e econômico. Antes disso, ao invés da soldagem era usada em larga escala na fabricação de navios, automóveis, caminhões, estruturas metálicas e caldeiraria em geral a rebitagem que, em relação à soldagem, apresenta as seguintes desvantagens: Aumenta o peso das estruturas: devido ao enfraquecimento das chapas que, por serem furadas, devem ser engrossadas , além de exigir a sobreposição das chapas É um processo mais lento.Não é perfeitamente impermeável.Hoje em dia, a soldagem é usada em todos os campos industriais, sendo um processo perfeitamente confiável e, na maioria dos casos, quando bem executada, oferece uma resistência mecânica igual ao material que esta sendo unido. Podemos citar como principais campos de aplicação da solda: a indústria naval, as indústrias de caldeiraria e a indústria automobilística, onde já se usam robôs de solda que executam um trabalho rápido e perfeito. Além disso, não devemos esquecer que a soldagem pode ser usada para substituir outros processos de fabricação de peças, através da união de elementos simples (tubos, barras, chapas, vigas, etc), sempre que a quantidade a ser produzida não compensar o investimento em ferramental e equipamentos viáveis apenas para grandes produções. A manutenção de peças, através de enchimentos e emendas, também está entre as principais aplicações da soldagem. Classificação dos principais processos de soldagem. Manual c/ eletrodo revestido, MIG/MAG, TIG, Plasma, Arco Submerso, A ponto, Por resistência elétrica, Por Costura, Topo a topo, Por indução elétrica, Por chama Oxiacetilênica, Por Raios LASER, Por ultra - som, Por explosão, entre outros. Soldagem manual ao arco elétrico com eletrodo revestido. A soldagem ao arco elétrico é o processo no qual a fonte calorífica necessária à soldagem é obtida por um arco estabelecido entre o eletrodo e a peça a ser soldada. O arco elétrico é definido como sendo uma descarga elétrica num meio gasoso, acompanhado por um intenso desprendimento de calor e de brilho incandescente. O arco elétrico é gerado quando dois condutores de corrente (eletrodos) são unidos, efetuando o contato elétrico, e depois separados. O calor gerado devido ao curto circuito, provocará grande movimentação eletrônica, fazendo com que o espaço de ar entre os eletrodos deixe passar corrente (ionização), mantendo assim o arco. Na abertura do arco, é necessária uma tensão maior do que para mantêlo, devido à necessidade do ar ser inicialmente ionizado. Para manter o arco, o eletrodo e a peça devem ter uma diferença de potencial que depende do material, da corrente, do arco e de seu comprimento. O comportamento da corrente e da tensão do circuito, em cada uma dessa fases, pode ser observado nas figuras seguintes. No gráfico que se segue podese ver, que a corrente tende para Icc e a tensão para zero, quando há transferência de metal do eletrodo para a peça, pois o comprimento do arco é alterado nesse momento. Propriedades da soldagem ao arco Na soldagem ao arco, este é mantido num campo gasoso, cheio de vapores do metal do eletrodo e de seu revestimento. O metal da peça é fundido e forma uma poça de metal. Por sua vez, o metal de adição também é fundido e transferido à poça na forma de glóbulos. Esta transferência ocorre devido à força da gravidade, a expansão dos gases inclusos no revestimento do eletrodo e a forças criadas por indução eletromagnética. A distância medida da extremidade do eletrodo até o fundo da poça, denomina-se comprimento do arco. O controle deste comprimento é de vital importância no processo de soldagem, para minimizar a possibilidade dos glóbulos de metal fundido entrarem em contato com a atmosfera e absorverem oxigênio, e para manter constante os demais parâmetros de soldagem. O comprimento ideal do arco é aproximadamente igual ao diâmetro do eletrodo. Características do Processo O processo de soldagem manual ao arco elétrico com eletrodos revestidos é uma ferramenta de apoio universal, efetiva tanto em flexibilidade quanto em custo. A maioria dos metais pode ser unida ou revestida por esse processo simples, em ampla gama de aplicações. Existe uma grande variedade de eletrodos revestidos, cujo revestimento tem a capacidade de produzir os próprios gases de proteção, dispensando o suprimento adicional de gases. Em adição a característica de união de materiais, o processo é também usado para revestimentos duros. O Eletrodo Revestido O eletrodo revestido é constituído de duas partes: a alma e o revestimento. A alma é constituída pelo arame metálico e, a princípio, sua composição química deve ser similar ao do metal que está sendo soldado. Por exemplo, se o metal base contém cromo e molibdênio, o eletrodo deverá, preferencialmente, depositar os mesmos teores destes elementos que, não necessariamente estão na alma, podendo estar também na composição do revestimento. Entretanto, o Carbono geralmente não atinge 0,15% no metal depositado por eletrodos comuns e de baixa liga. Se a porcentagem de Carbono fosse maior os ciclos térmicos de soldagem conduziriam à formação de estruturas de têmpera no cordão. Valores elevados de C (até 1%) só são admitidos em revestimentos duros. O revestimento do eletrodo é composto por uma massa dura e quebradiça extrudada em volta da alma, de forma a manter uma concentricidade com a mesma. Sua composição é variável e cada mistura procura atender determinada aplicação do eletrodo. As funções básicas do revestimento do eletrodo são: Facilitar a estabilização e manutenção do arco. Proteger o metal fundido contra a ação do oxigênio e nitrogênio do ar, pela produção de um campo gasoso, envolvendo o arco e a poça da solda. Criar a escória de proteção, evitando porosidades e reduzindo a velocidade de solidificação, de maneira a permitir um resfriamento lento da solda. Diminuir as perdas de metal por respingos fora da poça de fusão. Introduzir elementos de liga não existentes na alma do eletrodo. Facilitar a soldagem nas várias posições de trabalho. Introduzir elementos desoxidantes, tais como o manganês e o alumínio, quando necessário. As principais composições de revestimento são padronizadas e designam o tipo de eletrodo, classificandoo em: rutílico, ácido, básico (baixo hidrogênio), celulósico, e oxidante. Os tipos de eletrodos revestidos em função de seu revestimento. Analisaremos a seguir a influência dos diferentes tipos de revestimentos sobre as características e velocidade de soldagem, bem como sobre a qualidade do metal depositado. a) Os eletrodos rutílicos com aproximadamente 100% de rendimento teórico apresentam facilidade na abertura de arco e manejo excelente em todas as posições, sendo próprios para execução de cordões curtos em aços de baixo teor de carbono, em soldagens de ângulo, em chapas finas e também para frestas muito grandes. A quantidade de respingos é pequena e o cordão é liso com escamasfinas e regulares apresentando belo acabamento. A velocidade de soldagem é razoável; permitindo a soldagem em corrente alternada, mesmo quando a máquina de solda apresentar baixa tensão em vazio, próximo aos 50V. b) A penetração é de média a pequena, adequada para a maioria das aplicações usuais. Os eletrodos rutílicos sem liga são recomendados normalmente para aços com resistência à tração inferior a 440 N/mm2. São bastante sensíveis às impurezas e a um teor de carbono mais elevado, dando origem a trincas com certa facilidade. Também não se aconselha o emprego de eletrodos rutílicos quando o metal de base será submetido a tensões elevadas,quando em serviço. Os eletrodos rutílicos são muito pouco sensíveis à umidade. São classificados pelas normas internacionais pelas seguintes designações: Internacional ISO: letra R Americana AWS: E XX12 ou E XX13 b) Os eletrodos rutílicos de alto rendimento apresentam, como regra geral, tanto maior velocidade de soldagem quanto maior for seu rendimento. Os eletrodos desta família são de fácil aplicação, principalmente em corrente alternada, proporcionando um cordão liso com escória de fácil remoção, quase sempre auto destacável. São especialmente indicados para a soldagem de ângulo, horizontal e plano, adequandoe perfeitamente à soldagem por gravidade devido a serem eletrodos "de contato". São classificados pelas normas internacionais pelas seguintes designações: Norma Internacional ISO: letra RR Americana AWS: E 7024 c) Os eletrodos ácidos sem pó de ferro no revestimento possuem uma abertura e reacendimento de arco mais difícil do que os eletrodos rutílicos, porém mais fácil do que os básicos. São de fácil manejo em qualquer posição, especialmente na plana e ângulo horizontal, seja em corrente contínua ou alternada. A velocidade de soldagem é razoável; os cordões são lisos e brilhantes, sendo a escória abundante, porosa e de fácil remoção. Os limites de escoamento e resistência à tração são mais baixos do que os dos eletrodos rutílicos, porém o alongamento e a resistência ao impacto são superiores. Os eletrodos ácidos sem liga são apropriados para aços com resistência à tração de até 440 N/mm2, com teores de carbono e impurezas bastante baixos. Este tipo de eletrodo dominava o mercado há algumas décadas atrás, tendo sido paulatinamente substituído pelos eletrodos rutílicos nas soldagens em plano, e pelos básicos nas soldagens fora da posição plana. São designadas por: Internacional ISO: letra A Americana AWS: E XX20 c) O eletrodo básico comum tem velocidade de soldagem razoável na posição plana, porém são mais rápidos do que os outros tipos em soldagens na vertical ascendente. Isto se explica pela maior amperagem aceita pelos eletrodos básicos na soldagem vertical. Além disso, a quantidade de metal depositado por eletrodo é maior do que em outros tipos de revestimento, diminuindo assim o número de trocas de eletrodos. A escória não se elimina com a mesma facilidade do que a dos tipos anteriormente apresentados, porém não é de difícil remoção. O arco deve ser mantido sempre curto e o eletrodo movimentado lentamente, a fim de se evitarem porosidades. Permitem soldagem em qualquer posição, preferivelmente em corrente contínua pólo positivo. d) A penetração é moderada, produzindo poucos respingos e escória friável. O metal depositado pelos básicos tem um baixo teor de hidrogênio, caracterizando-se pela elevadas propriedades mecânicas mesmo em baixas temperaturas. Este tipo de eletrodo apresenta maiores garantias tanto contra o fissuramento a quente como a frio. Quanto maior for a temperabilidade de um aço a ser soldado, tanto mais necessário é o uso de eletrodos básicos e maiores são as exigências relativas a um baixo teor de umidade no revestimento. Devido à ação depurante de sua escória básica, este tipo é o mais indicado para a soldagem de aços impuros. Quando for recomendado o preaquecimento do metal de base, a indicação natural será o eletrodo básico, pois o conseqüente aumento de diluição do metal aumenta a probabilidade de impurezas na poça de Classificação dos eletrodos Existem eletrodos de diferentes tipos, de acordo com o material a ser soldado e sua aplicação. A classificação de eletrodos revestidos mais utilizada é a da SociedadeAmericana de Engenheiros Mecânicos (ASME - American Society of Mechanical Engineers), baseada na feita pela Sociedade Americana de Soldagem (AWS - American Welding Society). A classificação varia de acordo com o tipo de revestimento e o desempenho do eletrodo,conforme apresentado a seguir: CLASSIFICAÇÃO ASME (idêntica a AWS) Eletrodos revestidos de aço-carbono para soldagem ao arco elétrico. O método de classificação de eletrodos revestidos é baseado no uso de quatro dígitos numéricos, precedidos pela letra "E" de eletrodo. Os dois primeiros algarismos designam a resistência à tração mínima em 1000 psi (libra por polegada quadrada) na condição de como soldado. O terceiro algarismo indica a posição na qual o eletrodo é capaz de produzir soldas satisfatórias. Os dois últimos algarismos indicam a corrente de soldagem o tipo de revestimento e outras características, quando pertinente. Como exemplo, apresentamos a classificação do eletrodo E 6013: E = Significa “Eletrodo revestido para soldagem manual ao arco elétrico”. 60 = Designa a resistência mínima à tração do metal depositado em psi x 1.000. No caso desse eletrodo, portanto, o valor é de 60.000 psi (420 MPa) 1 = O penúltimo algarismo indica a posição indicada para a soldagem. Assim temos: Aplicável em todas as posições de soldagem. (É o caso do exemplo) Posições plana e horizontal. Posição plana. Posição vertical descendente 13 = Os dois últimos algarismos indicam o tipo de corrente de soldagem e o tipo de revestimento. No caso do exemplo temos: Revestimento do tipo rutílico e corrente CA/CC - ou + Os detalhes sobre a classificação são dados a seguir: Primeiro e segundo dígitos E 60XX = Resistência mínima à tração de 60.000 psi (420 MPa) do metal depositado, como soldado, para E 6010, E 6011, E 6012, E 6013, E 6020, E 6022, E 6027. E 70XX =Resistência mínima à tração de 70.000 psi (500 MPa) do metal depositado, como soldado, para E 7014, E 7015, E 7016, E 7018, E 7024, E 7027, E 7028, E 7048. Terceiro e quarto dígitos O terceiro dígito indica as posições de utilização do eletrodo e o quarto a corrente e revestimento. E XX10 = Revestimento do tipo celulósico ligado com silicato de sódio. Grande penetração, arco intenso tipo spray. Escória fina e friável pouco abundante. Soldagem em todas as posições, em corrente contínua pólo positivo. É o tipo mais adequado para soldagem de tubulações em geral. E XX11 = Muito similar ao E XX10, porém ligado com silicato de potássio para permitir seu uso em CA ou CC+. E XX12 = Revestimento tipo rutílico ligado com silicato de sódio. Arco calmo, de fácil abertura e manejo, excelente em todas as posições. A penetração é de média a pequena. Aplicável em CA ou CC-. E XX13 = Revestimento similar ao E XX12, mas com adição de material facilmente ionizável e ligado com silicato de potássio, para proporcionar um arco estável em máquinas de solda de baixa tensão em vazio. A escória é fluida e facilmente removível, a quantidade de respingos é pequena e o cordão liso com escamas finas e regulares, apresentando belo acabamento. Soldagem em todas as posições, em CA ou CC - ou +. E XX14 = Revestimento similar aos tipos E XX12 e E XX13, porém com adição de média quantidade de pó de ferro. Soldagem em todas as posições, em CA ouCC - ou +. E XX15 = Revestimento tipo "básicobaixo hidrogênio", ligado com silicato de sódio. Soldagem em todas as posições, de aços de alta resistência. Aplicável somente em CC+. E XX16 = Revestimento similar ao E XX15, porém ligado com silicato de potássio. Aplicável em CA ou CC+. E XX18 = Revestimento similar ao E XX15 e E XX16, mas com adição de pó de ferro. Soldagem em todas as posições, em CA ou CC+. Este tipo de eletrodo apresenta maiores garantias tanto contra o fissuramento a quente quanto a frio. Próprio para as soldagens de alta responsabilidade, juntas muito rígidas, soldagem a frio de aços com teor de carbono mais elevado, aços fundidos, aços de alta temperabilidade e aços de soldabilidade duvidosa. E XX20 = Revestimento com alto teor de óxido de ferro, ligado com silicato de sódio. Soldagem nas posições plana e ângulo horizontal. Boa qualidade ao Raio-X aplicável em CA ou CC. E XX22 = Revestimento com alto teor de óxido de ferro; recomendado para soldas em um único passe com alta velocidade e elevada intensidade de corrente. Soldagem na posição plana em juntas de topo ou sobrepostas, e ângulo em chapas finas; aplicável em CA ou CC - ou +. E XX24 = Revestimento grosso, tipo rutílico, contendo elementos similares aos dos eletrodos E XX12 e E XX13, porém com adição de alta porcentagem de pó de ferro para proporcionar altíssimo rendimento. Soldagem somente nas posições plana e ângulo- horizontal, em CA ou CC - ou +. E XX27 = Revestimento muito grosso, tipo ácido, contendo elementos similares ao E XX20, porém com adição de alta porcentagem de pó de ferro. Soldagem nas posições plana e ângulo-horizontal. Boa qualidade ao Raio-X; aplicável em CA ou CC - ou +. E XX28 = Similar ao E XX18, porém com revestimento mais grosso adequado para uso nas posições planas e ângulo-horizontal em CA ou CC+. E XX48 = Revestimento similar ao E XX18; eletrodo especialmente desenvolvido para soldagem na posição vertical descendente, em CA ou CC+. Seleção do eletrodo A seleção do eletrodo a ser utilizado em determinado serviço depende de uma série de fatores. Como mais importantes podemos destacar os seguintes: Características do metal base (peça) É necessário, conhecer-se de forma a mais completa possível suas propriedades. A princípio podemos classificar os aços em três tipos fundamentais: I - Aços comuns, com resistência à tração de até 510 N/mm², não contendo geralmente nenhum elemento de liga. II - Aços de elevada resistência à tração, com valores mínimos superiores a 510 N/mm², na maioria das vezes possuindo elementos de liga em pequeno teor. III - Aços inoxidáveis, resistentes aos ácidos e ao calor, altamente ligados ao cromo, cromo níquel ou ainda cromo níquel molibdênio. O Grupo I é normalmente soldado com eletrodos comuns dos tipos: rutílicos ou ácidos. O Grupo II exige eletrodos de qualidade superior, do tipo básico, enquadrados nas seguintes normas: AWS A5.1-69: tipo E 70XX AWS A5.5-69: dos tipos E 70XX-Y / E 80XX-Y / E 90XX-Y / E 100XX-Y / E A espessura do metal de base A seguir é importante considerar a espessura do metal de base a soldar. É sabido que metais de pouca espessura empenam e furam com facilidade por ocasião da soldagem; por outro lado, materiais espessos tendem a apresentar falta de penetração na raiz e trincas de têmpera ao lado ou sob o cordão de solda, devido a estarem sujeitos a um ciclo térmico severo. A maior rigidez de uma chapa espessa também pode introduzir tensões elevadas na junta, podendo levar a trincas. Em muitos casos, torna-se recomendável um preaquecimento e, como conseqüência, a utilização de eletrodos com revestimento básico. A junta a soldar Outro ponto fundamental é a junta e a conseqüente consideração de penetração. Eletrodos de penetração baixa/média utilizam chanfros com as variáveis: ângulo, fresta e nariz, intimamente relacionadas, no intuito de assegurar penetração completa por ocasião da soldagem. Eletrodos de penetração grande/profunda aceitam, até certos limites, chanfros retos e frestas mínimas. Cabe aqui um importante alerta: cuidado com esta soldagem que implica sempre em alta diluição, aumentando a probabilidade de contaminação. Trincas a quente ao longo da solda, acompanhando as cristas das escamas do cordão, são muito comuns; basta que os teores de C-Si-P e principalmente S sejam um pouco elevados, e as trincas aparecerão inevitavelmente. Nas juntas de acesso por um só lado, devese cuidar de forma especial do passe de raiz, que deverá assegurar penetração total e uniforme ao longo de toda a junta. O eletrodo celulósico é aquele que melhor se presta à obtenção desta condição de soldagem. A posição de soldagem Em havendo condições, todas as soldagens deverão ser realizadas na posição plana; é a mais fácil, rápida e econômica, permitindo ainda a utilização de eletrodos específicos para esta posição, de altíssimo rendimento. Seguelhe a posição horizontal, com os inconvenientes de chanfros assimétricos e o emprego da técnica de soldagem por filetes. A soldagem vertical seria a terceira opção; a ascendente é relativamente fácil de ser executada, mas implica em concentração de muito calor, progressão muito lenta e eletrodos de diâmetro limitado. Deve-se verificar a possibilidade da execução da solda em posição vertical descendente, devido à rapidez e conseqüente economia; muitos eletrodos se prestam a esta execução, existindo alguns tipos especialmente desenvolvidos que somente operam na vertical descendente. A corrente de soldagem O tipo de corrente de soldagem disponível / previsto deve merecer a devida consideração, sendo decorrente da maquina existente para a execução do trabalho. Há eletrodos que soldam somente em corrente contínua pólo positivo, outros aceitam corrente alternada e contínua, pólo positivo. Outros, ainda, corrente alternada e contínua, pólo negativo. Os "indiferentes" aceitam corrente alternada e contínua, polaridade positiva ou negativa. Finalmente, estão em largo uso os eletrodos de acentuada preferência pela corrente alternada; são tipos modernos destinados à soldagem por contato, especialmente indicados para soldagem por gravidade (AWS E 6027 - E 7024 - E 7028). Quando se solda com eletrodos em corrente contínua, pólo positivo, é interessante dar preferência aos produtos idealizados para soldagem em CA/CC+. A incidência de defeitos no cordão, acarretados por oscilações na alimentação elétrica do primário, é muito menor do que em um eletrodo idealizado somente para CC+.O Soldador Ao soldador cabe uma parcela importante na escolha do eletrodo. Deveexigir deste profissional apenas a habilidade executiva, pois seus conhecimentos sobre os fenômenos metalúrgicos ligados à soldagem são quase sempre nulos. Em escala crescente de dificuldade de emprego, temos os seguintes tipos de eletrodos: ácido - rutílico - celulósico - básico. Admite-se que um soldador, que seja habilitado a soldar com eletrodos básicos, tenha condições de efetuar soldagens também com os outros tipos de eletrodos. É notória a dificuldade que um soldador de eletrodos do tipo celulósico encontra, ao tentar realizar trabalhos com eletrodos básicos. Devido ao arco mais aberto e movimentos amplos, o resultado é quase sempre porosidade excessiva. Necessitando-se treinar um soldador para básicos, é aconselhável relegar-se os soldadores de tipo celulósico para a condição de última escolha, pois sua adequação é realmente difícil. As condições circunstanciais As condições circunstanciais deverão ser também levadas na devida consideração, devido à influência que podem vir a exercerna escolha de um eletrodo. Alguns exemplos: Condições de umidade relativa do local de trabalho, diretamente ligada à questão armazenagem / cuidados com os eletrodos revestidos; os eletrodos básicos são os mais sujeitos à absorção da umidade ambiental. Proteção quanto aos ventos porventura existentes na região de trabalho; os celulósicos são os mais aconselháveis em condições adversas de tempo, devido ao volume de fumos/gases que emanam do seu revestimento. Estado superficial do metal de base; em existindo pintura, ferrugem, etc., o eletrodo do tipo básico será o mais prejudicado, apresentando acentuada tendência à porosidade no cordão de solda. Posições de soldagem conforme ASME Há quatro posições básicas de soldagem a saber: plana, horizontal, vertical (ascendente ou descendente) e sobre cabeça. A posição mais fácil para soldagem é a plana. Qualquer desvio desta posição, a não ser pequenas variações de inclinação, torna o sucesso da soldagem muito mais difícil. Isto ocorre porquê a força de gravidade não auxilia no posicionamento do metal de solda. Soldagem em posição (outras que não a plana) freqüentemente se baseiam nos efeitos da força do arco e na tensão superficial. Portanto, a posição de soldagem pode afetar as propriedades mecânicas da solda e provocar a ocorrência de defeitos. Juntas de topo Preparação em chanfro reto. É a mais econômica, seja pelo custo da preparação em si, seja pela quantidade necessária de metal depositado. Pode-se soldar só de um lado, ou de ambos. Se a soldagem é efetuada de um só lado, ter-se- a, quase que certamente, uma falta de penetração no reverso. A junta não será adequada a suportar solicitações intensas, principalmente cíclicas. A soldagem com passes pelos dois lados evitará esta falta de penetração, sendo adequada para chapas de até 5 a 6 mm de espessuras. Preparação em V Quando as espessuras a soldar excederem os valores indicados para preparação em chanfro reto, recomenda-se a preparação em V , para espessuras de até 20 mm. O primeiro passe é normalmente executado com eletrodos de diâmetro 3,25 mm; os passes sucessivos em plano serão efetuados com eletrodos de maior diâmetro, até um máximo de 6 mm para os últimos passes de acabamento, porém é aconselhável não ultrapassar o diâmetro de 4 mm nas soldagens fora da posição plana. Nas soldagens em plano e vertical ascendente se recomenda limitar a largura de cada passe a 4 vezes e 6 vezes o diâmetro do eletrodo, respectivamente; nas soldagens em posição horizontal e sobrecabeça deve-se utilizar a técnica de soldagem em passes estreitos (filetes), sendo que cada passe não deverá exceder, em comprimento, 50 vezes o diâmetro do eletrodo. O passe de raiz deixa sempre algumas falhas de penetração, de maneira mais ou menos intermitente. Nas juntas de maior responsabilidade onde é essencial uma penetração completa, a raiz da solda deverá ser limpa até atingir-se o metal são, após o que se efetuará nova soldagem. Preparação em X É recomendada para espessuras entre 15 e 40 mm, quando a junta for acessível de ambos os lados. Permite uma grande economia no volume de metal depositado, quando comparado à preparação em V (é reduzido quase à metade), bem como provoca uma compensação nas deformações angulares. Preparação em U Quando a junta é acessível de um só lado, não é possível aplicar a preparação em X, enquanto que a em V, com o aumento da espessura, torna-se muito onerosa devido ao exagerado volume do chanfro. Assim, acima de um certo valor, recorre-se à preparação em U, também chamada "em copo" ou "em tulipa". A forma de chanfro em U baseiase no conceito de oferecer um espaço adequado para uma boa execução do passe de raiz, assegurando ainda a economia máxima de metal de adição. A preparação em U não pode ser realizada através de oxicorte, requerendo emprego de usinagem na plaina, fresa ou no torno, resultando assim mais custosa do que as anteriores. Preparação com cobrejunta Adotase a preparação com cobrejunta quando é exigida penetração completa e a junta não é acessível no reverso. Dessa forma a folga f pode ser aumentada, facilitando o passe de raiz. Se o cobrejunta pode ser colocado corretamente na posição, aderindo perfeitamente ao metal de base, a primeira camada poderá ser efetuada em um só passe; caso contrário, serão realizados dois passes, visando controlar separadamente a fusão das bordas com o cobrejunta. Na posição vertical ascendente, a primeira camada é sempre realizada em um só passe. Após a soldagem, o cobrejunta fica incorporado à união. A penetração é completa, porém a forma geométrica da junta pode favorecer a corrosão e não é adequada às solicitações de fadiga. Preparação em chanfro reto Preparação em V O ângulo α do chanfro e a distância entre as bordas f são complementares, e pode-se, entre certos limites, aumentar o ângulo reduzindo-se à distância, e vice-versa. A espessura do cobrejunta deverá ser 2 - 3 mm, com largura de até 15 mm Preparação específica para soldagens horizontais. Nas soldagens em posição horizontal, pode ser mais cômoda uma preparação assimétrica. Ambas as preparações indicadas a seguir, são mais adequadas a sustentar os vários passes, estreitos e sem tecimento (filetes), característicos da soldagem na horizontal. Juntas em ângulo (em T) Preparação em chanfro reto Emprega-se esta preparação quando não é necessária penetração total. A borda reta do elemento descontínuo deve estar em contato com a superfície da peça contínua, admitindo-se uma fresta máxima de 2 mm. A soldagem pode ser efetuada em um só lado ou nos dois; os cordões são geralmente dimensionados de modo tal que sua garganta, ou a soma das duas gargantas, seja ao menos igual a menor das duas espessuras componentes da junta. Preparação em 1/2 V Quando as exigências do projeto prevêem penetração completa, torna-se necessário chanfrar a borda do elemento descontínuo. Para espessuras de até 20 mm, recomenda-se a preparação em 1/2 V. Preparação em K É recomendada para espessuras superiores a 15 mm, quando a junta for acessível de ambos os lados e requerida penetração completa. Permite uma grande economia no volume de metal depositado, quando comparado à preparação em 1/2 V (é reduzido quase à metade), bem como comporta uma compensação nas deformações angulares. Aconselham-se os seguintes valores: Preparação em J Quando a junta é acessível apenas de um só lado, e a espessura do elemento descontínuo for superior a 20 mm, recorre-se à preparação em J. Aconselham-se os seguintes valores: Preparação com cobrejunta Adota-se preparação com cobrejunta visando assegurar penetração completa nos casos onde a junta é inacessível no reverso. Em geral, a primeira camada é depositada em um só passe; prefere-se dois passes somente quando não é possível garantir a perfeita adaptação do cobrejunta no elemento descontínuo. Máquinas para soldagem O objetivo principal de uma máquina para soldagem elétrica a arco é proporcionar corrente elétrica variável dentro de determinada faixa, geralmente elevada, à determinada tensão, geralmente menor que a tensão disponível na rede elétrica. Há três tipos de fonte de energia normalmente usadas para soldagem com arco elétrico: Transformador, que fornece somente corrente alternada (C A) Retificador, que fornece corrente contínua (CC) podendo, quando monofásico, fornecer também CA. Gerador, que fornece somente C.C. Transformador O transformador para soldagem é uma máquina cuja finalidade é fornecer corrente alternada, que possa servariada dentro de determinada faixa, que permita o uso de uma ampla gama de eletrodos e que apresente uma tensão que, ao mesmo tempo, seja suficiente para a abertura e manutenção do arco e seja segura para o soldador. As partes “ativas” de um transformador são: Primário (indutor), confeccionado com um fio bastante fino e com elevado número de voltas (espiras) em torno do núcleo, que é ligado à rede elétrica. Núcleo de material ferro magnético, que é feito de chapas de aço silício de grãos orientados (para evitar perdas) e que permite que os efeitos obtidos pela passagem da corrente no primário sejam "detectados" e transformados pelo secundário. Secundário (induzido), feito de fios ou lâminas mais grossas do que o primário e com poucas espiras, de onde a corrente elevada flui para os cabos da máquina. Note-se, ainda, que o primário apresenta apenas 2 fios e por isso diz-se que a máquina é monofásica, mas normalmente ela permite a sua ligação a uma linha de alimentação de 3 fios chamada trifásica. Existem várias maneiras de obter-se o controle de corrente de um transformador. Dessas, as mais utilizadas são: tapes e variação da seção do núcleo magnético, conforme mostram os esquemas abaixo: Controle de corrente por chave de “tapes” Em um transformador cuja corrente é controlada por uma chave de tapes, ao se mudar de um tape para outro, há uma variação tanto da corrente, como da tensão, o que não é interessante, pois tensões baixas demais dificultam ou até impossibilitam a abertura do arco. Além disso, a variação da corrente é por degraus e não contínua, como é o ideal. Controle de corrente por variação da seção do núcleo de material ferro magnético É o método mais usado. Ao variar-se à posição da parte A, em relação ao núcleo N através da rotação de uma manivela, conectada a um parafuso, varia-se a corrente de saída induzida no secundário. Dessa forma podemos ter uma variação contínua da corrente, e sem alterar a tensão de saída. Os transformadores de solda, em condições normais de meio ambiente não exigem praticamente nenhuma manutenção, pois não possuem peças móveis. O que caracteriza um transformador é sua faixa de corrente, a tensão em vazio (Vo), o seu fator de trabalho (FT) e o seu fator de potência (cos φ), que fica em torno de 0,5. Opcionalmente, um conjunto de capacitores podem ser acoplados ao transformador, para compensação de fases, elevando o fator de potência para algo em torno de 0,7. Retificador É uma máquina constituída basicamente de um transformador e um conjunto de elementos, chamados de retificadores de corrente, que convertem CA em CC. Os elementos retificadores mais conhecidos e utilizados nos dias atuais são os diodos de silício, que permitem a passagem da corrente somente em um sentido, bloqueando a passagem da corrente em sentido contrário. Assim pode-se dizer que os diodos permitem a passagem da corrente alternada só nos semiciclos positivos, bloqueando os semiciclos negativos. O tipo de retificador representado abaixo é conhecido como retificador monofásico e apresenta a vantagem de fornecer CC ou CA. No caso de necessitar-se corrente alternada, basta desligar a coluna de retificação. Esquema de transformador-retificador trifásico Entretanto, quando se deseja somente CC, é usual um retificador trifásico, pois o fator de potência é muito maior, além de não causar problemas de perturbação na linha de alimentação. O controle de corrente nos transformadores retificadores é normalmente efetuado pelo processo do núcleo magnético de seção variável ou por tiristores. Gerador É a máquina que fornece CC, produzida por um gerador de corrente contínua, acoplado a um motor que pode ser elétrico ou de combustão interna (geralmente Diesel). Os geradores, são máquinas rotativas, com peças móveis que sofrem desgaste durante o uso. Portanto são mais sujeitos à manutenção e seu custo sempre é superior ao de um retificador. Sua vantagem é não depender da rede elétrica e apresentar correntes de soldas mais estáveis, pois por ser uma máquina rodante de inércia elevada é menos sujeita a flutuações da rede elétrica. Como acontece com os transformadores e retificadores, os geradores devem ser providos de controles que permitem variar convenientemente a intensidade de corrente. Gerador movido por motor elétrico Escolha da máquina de solda Para nos decidirmos pela escolha de determinada máquina de solda é necessário, inicialmente, analisarmos algumas características importantes, que estão relacionadas a seguir: Comparação entre soldagem em CC e CA: Corrente contínua Um arco pode ser mantido com qualquer material condutor e executa soldagem de materiais tais como alumínio, cobre e bronze, bastante refratários à soldagem com CA. Possibilita a modificação de certas características do arco, através da mudança de polaridade. Quando se tratar de gerador movido por motor de combustão interna, independe-se de circuitos elétricos sendo, portanto, ideal para trabalhos de campo. Corrente alternada Não permite o uso de eletrodos nus e obriga a manutenção de um arco mais curto. O peso, tamanho e preço de um transformador são de 30% a 40% menores que de um gerador de CC correspondente. O transformador não possui peças móveis sujeitas a desgaste e não exige manutenção. Hoje já existem eletrodos desenvolvidos especialmente para CA, de excelente qualidade. Outras características Tensão em vazio (Vo) É a tensão antes da abertura do arco. Para os transformadores, por razões de segurança, a tensão em circuito aberto não deve ser maior que 80V. Para retificadores e geradores, a tensão de circuito aberto pode ser de até 125V. A tensão em vazio é importante pois, dependendo do eletrodo usado, não se consegue abrir o arco abaixo de determinada Vo. Isto ocorre principalmente com eletrodos básicos, que exigem Vo > 55V. Tensão de solda (Vs) As normas estabelecem que os diferentes valores de corrente nominal estão relacionados entre si, através da seguinte fórmula: Vs = 20 + 0,04 x In , onde: Vs = tensão no arco e In = corrente nominal da máquina. Normalmente, a tensão no arco para solda manual, oscila entre 10 e 40 V. As normas estabelecem que a tensão máxima no arco para máquinas de 600A é de 44V. V= 20 + 0,04 x 600 = 44Vs Fator de trabalho (FT) É o valor dado em porcentagem, em relação a um tempo estabelecido de10 min., no qual a máquina pode operar com a corrente nominal, sem que haja superaquecimento ou qualquer estrago na isolação elétrica. Assim, se uma máquina de 300A apresenta um fator de trabalho de 60%, significa que em cada 10 minutos a máquina pode ficar em carga apenas durante 6 min. As máquinas para solda manual apresentam fatores de trabalho que variam desde 20% (pequenas máquinas para serviços leves) até 60% (máquinas industriais para serviço pesado). Rendimento de uma máquina de solda(η) É determinado pelas perdas da máquina quando está com a corrente nominal e apresenta a tensão de arco especificada. É obtido, dividindo-se a potência do arco (corrente e tensão nominais) pela potência de alimentação e é expressa em porcentagem. Exemplo: Determinar o rendimento de uma máquina de solda de In = 300A e fator de potência (cos φ) = 0,83, cuja corrente de alimentação da rede é de 70A e a tensão de rede é de 230V. n = (Vs x In / Vr x Ir x cos φ) V= 20 + 0,04 x 300 = 32 V n = (Vs x In / Vr x Ir x cos φ) = 32 X 300/ 230X 70X0,83 = 71,8% Classe Térmica Informa a temperatura que poderá ser atingida no núcleo da máquina, sem dano para a isolação da mesma. Este dado está relacionadocom o Fator de Trabalho, pois a temperatura irá elevar-se devido às perdas elétricas que advirão durante a utilização da máquina. Para permitir fatores de trabalho mais elevados, muitas máquinas possuem um sistema de ventilação forçada. Entretanto, é óbvio que isto representa maiores gastos de energia elétrica e mais um item para manutenção. Fator de potência(cos φ ) É a medida da utilização da energia elétrica recebida na alimentação da máquina de solda. As máquinas monofásicas, transformadores ou retificadores, apresentam um fator de potência da ordem de 55% (que pode ser aumentado através de um banco de capacitores), ao passo que as trifásicas, da ordem de 75%. Os geradores movidos por motores elétricos trifásicos apresentam fator de potência da ordem de 85%. Faixas de corrente As máquinas de solda são geralmente projetadas para cobrir faixas específicas de intensidade de corrente, como por exemplo: 50-150 A, 150-250 A, 250-350 A e 350-650 A, com tensão em vazio entre 40 e 80 V. Uma fonte de energia com característica tipo "Corrente Constante" deve ser preferida, devido à dificuldade de se manter um comprimento de arco constante. Com este tipo de máquina, grandes flutuações na tensão do arco (comprimento de arco) produzem alterações mínimas na intensidade da corrente. Aplicações típicas A flexibilidade do processo, a gama de intensidade de corrente e a grande variedade de consumíveis existentes tornam extensa a lista de aplicações do processo. A seguir estão as aplicações típicas dentro das quatro faixas básicas de intensidade de corrente: 50 a 150 A - Aplicações domésticas, serviços de soldagem. 150 a 250 A - Reparos e manutenção, construções leves. 250 a 350 A - Trabalhos de produção leve e média, trabalhos seriados em oficina. 350 a 650 A - Construção pesada e indústria naval. Trincas provenientes do processo de soldagem. Dos defeitos que podem ocorrer durante um processo de soldagem, sem dúvida o mais grave refere-se ao surgimento de trincas. Entre aquelas que ocorrem durante a própria operação de soldagem, ou imediatamente depois, se distinguem dois grupos: o primeiro é o dos fissuramentos a quente e o outro é o que se produz no metal, já bem avançado no seu resfriamento para a temperatura ambiente, que pode ser considerado como fissuramento a frio. Na realidade, existe uma grande confusão no que se refere à terminologia das trincas que ocorrem em temperaturas elevadas. A expressão “trinca a quente” é imprecisa, já que não há um limite definido que distinga, perfeitamente, trincas a quente de trincas a frio. Segundo a classificação proposta por Hemsworth, as trincas que ocorrem em temperaturas acima da metade da temperatura de fusão ou da temperatura solida, no caso de uma liga metálica, seriam consideradas como trincas a quente. Trincas a quente Esse tipo de fissuramento, geralmente, está associado com os índices de enxofre, fósforo e carbono na poça de fusão, normalmente, provenientes do metal de base. A superfície da trinca sempre se apresenta, total ou parcialmente, de coloração azul escura ou marrons. As posições em que elas aparecem são as seguintes: Longitudinais: No centro do cordão, acompanhando a crista das escamas. São as mais vistosas e comuns, podendo atingir alguns centímetros de comprimento, sendo muitas vezes visíveis a olho nu. No vértice: na raiz do cordão, muitas vezes acompanhadas de falta de penetração ou inclusões de escória. São mais difíceis de localizar do que as precedentes. Transversais: têm posicionamento perpendicular ao eixo de solda, podendo propagarse da zona fundida até atingir o metal de base adjacente. Interdendríticas: dispõem-se entre as dendrítas, sem atingirem a superfície de solda. São muito pequenas, sendo difíceis de detectar. Ainda, conforme a classificação de Hemsworth, podemos distinguir dois tipos principais de trincas a quente: As trincas devidas a microsegregação e as devidas à queda de ductilidade. A seguir, detalharemos as trincas que são originadas em cada um desses dois tipos.de trincas a quente. Trincas devido a microssegregação Trincas de solidificação Estas trincas estão relacionadas, principalmente, com a presença de fases de baixo ponto de fusão ou ao intervalo de solidificação da liga. Elas são, geralmente, intergranular, com a separação do material ocorrendo na região interdendrítica, a qual está preenchida com líquido de baixo ponto de fusão.. Esse modelo se adapta muito bem para o alumínio e suas ligas. Assim, podemos perceber que a trinca de solidificação tem maior tendência a ocorrer nas ligas que apresentam maior intervalo de solidificação, enquanto que para as ligas eutéticas a suscetibilidade a trincas é quase nula. Os metais mais propensos a sofrer esse tipo de trinca durante a soldagem são os aços inoxidáveis, as ligas de alumínio e alguns metais não ferrosos. No caso dos aços inoxidáveis a tendência maior é que esse tipo de trinca ocorra nos aços austeníticos, classificados como AISI 309 e 310. Os principais contaminantes do aço são o enxofre e o fósforo, sendo a solubilidade desses elementos maior na ferrita do que na austenita. Assim, a solidificação primária ferrítica diminui a concentração daqueles elementos no filme líquido interdendrítico, diminuindo o tempo em que esse líquido permanece segregado e, conseqüentemente, a suscetibilidade a trincas. No caso da solidificação primária ser austenítica ocorre justamente o inverso aumentando, conseqüentemente, a probabilidade do surgimento de fissuras. Para aços austeníticos recomenda-se que o teor de enxofre e fósforo não ultrapasse 0,015%. Outros elementos químicos também podem promover a trinca de solidificação. É o caso do silício para os aços completamente austeníticos e da associação silíciomolibdênio e silício- nióbio para os aços que contêm molibdênio. Além desses fatores influem, também, os parâmetros de soldagem. Assim, um cordão estreito e profundo é mais suscetível à trinca do que um largo e superficial. Uma estrutura bruta de fusão tem menor área de contato entre os grãos, favorecendo a ocorrência de trinca de solidificação. O formato da poça de fusão e o tipo de solidificação, também irão influir no aparecimento ou não de fissuras. Trincas de liquação Esse tipo de trinca pode aparecer tanto nas zonas afetadas pelo calor do metal base, como entre os passes do metal de solda. Elas são sempre intergranulares e se fazem acompanhar, geralmente, por uma redistribuição de fases de baixo ponto de fusão que podem ser: sulfetos associados a fósforo, inclusões do tipo de óxidos, como os silicatos, carbonetos, boro-carbonetos, boretos, etc. Na zona afetada pelo calor, próxima à zona de liquação, ocorre à fusão parcial dos grãos e pode ocorrer a fusão dessas fases de baixo ponto de fusão, e esse líquido penetra nos contornos de grãos, ocasionando a trinca. Trincas devido à queda de ductilidade (TQD) Nesse tipo de trinca não há formação de filmes nos contornos de grãos. Ela é, geralmente, intercristalina, com as extremidades arredondadas e apresenta uma superfície similar à de fraturas ocorridas por fluência. O fenômeno da queda de ductilidade pode ser observado em temperaturas menores das onde ocorrem as trincas de solidificação. A diminuição da ductilidade a quente está associada com o tamanho de grão, com o limite de escoamento e com a energia interfacial por unidade de área. Quanto maior for o tamanho dos grãos, mais fácil torna-se o escorregamento dos contornos, facilitando a formação de trincas. O aumento do limite de escoamento que retarda a recristalização e a variaçãoda energia interfacial, que pode ser devido à precipitação de carbonetos, também aumenta a possibilidade de trincas. Trincas a frio São fissuras muito pequenas que se formam sob o cordão de solda, nas primeiras camadas da zona termicamente alterada do metal de base. Seu andamento é paralelo à linha de fusão e, geralmente, não atingem a superfície. Sua origem é ligada à ação conjunta de dois fatores: Endurecimento por têmpera do material, sob a ação do ciclo térmico inerente à soldagem e a presença do hidrogênio. A denominação “trinca a frio” decorre da existência de estruturas de têmpera, formadas nos últimos estágios do resfriamento, em torno de 200 a 300º C; são conhecidas, também como “trincas sob o cordão”, devido à sua posição e como “trincas de hidrogênio”, devido à responsabilidade desse elemento na sua formação. De todos os tipos de trincas, é esta uma das mais críticas. Algumas vezes seu aparecimento pode ser retardado, ocorrendo alguns dias após a soldagem. Por esse motivo, recomenda-se à inspeção com ensaios não destrutivos, pelo menos, 48h após a soldagem. A trinca a frio induzida pelo hidrogênio ocorre quando se tem uma das seguintes condições: presença de hidrogênio, tensão residual de tração, microestrutura suscetível ou baixa temperatura. Cada um desses fatores deve ser analisado. Presença de hidrogênio Existem três mecanismos de fragilização pelo hidrogênio. São eles: de Zappfe ou de pressão, de Petch e o de Troiano-Orioni. O de Zappfe foi desenvolvido para explicar a formação de blister carregadas de hidrogênio. A teoria supõe que o hidrogênio atômico se combina, formando um gás em microtrincas ou microcavidades no interior do material. Com o aumento da pressão interna, causada por essa formação, essas microtrincas se expandiriam ou por deformação ou por clivagem, levando à falha do material. Já, o mecanismo descrito por Petch leva em consideração que o hidrogênio absorvido abaixa a energia livre superficial do metal, resultando na diminuição da tensão necessária para ocorrer à fratura. O mecanismo descrito por TroianoOrioni propõe que o hidrogênio diminui a energia de coesão entre os átomos do reticulado nos contornos ou interfaces. Essa energia de coesão é diminuída nos locais onde o hidrogênio está mais concentrado. Para Troiano, isso ocorre onde há triaxilidade de tensões. Já, para Orioni, na zona deformada plasticamente, na ponta da trinca. Na soldagem dos aços, a solubilidade do hidrogênio no metal de solda diminui com a queda da temperatura. Granjon propôs um modelo de fragilização por hidrogênio durante a soldagem. Segundo sua teoria, o hidrogênio é introduzido pela atmosfera do arco para a poça de fusão que, ao solidificar-se, transformase em austenita e perde parte do hidrogênio para a atmosfera. A partir do ponto em que a austenita se decompõe em ferrita + cementita, cai à solubilidade do hidrogênio e este se difunde para a região austenitizada do metal base. No resfriamento que se segue essa região pode se temperar, havendo a formação de martensita. Dessa forma, teremos hidrogênio associado a uma microestrutura frágil. Principais fontes de hidrogênio: Nos consumíveis de soldagem ou no metal base, o hidrogênio pode provir de umidade, de produtos hidrogenados no fluxo ou revestimento, de vapor d’água presente em gases de proteção, de contaminação com óleo, graxa, sujeira, tinta, resíduos de líquidos desengraxantes e ferrugem. Microestrutura favorável: De forma geral, a suscetibilidade a trincas, induzidas pelo hidrogênio aumenta com o crescimento da resistência mecânica do aço. Quanto maior o teor de carbono e a dureza do aço, maior a ocorrência de trincas induzidas por hidrogênio. Isso está ligado a temperabilidade, que é função da composição química e do tamanho de grão do aço. O carbono equivalente (CE) é empregado para relacionar a temperabilidade do aço e sua soldabilidade. Quanto maior o seu valor, pior será a soldabilidade do aço. O ideal é que esse número seja menor do que 0,41. Acima desse valor devem ser usados apenas eletrodos do tipo básico ou baixo hidrogênio e, quando o CE alcançar ou superar 0,45, o metal base deve ser pré-aquecido. Segundo a AWS (American Welding Society) a obtenção do CE é feito seguindo-se a seguinte fórmula: Na realidade, a temperatura da chapa tem importante papel na prevenção da trinca induzida pelo hidrogênio. Com o pré-aquecimento e, por conseqüência, com a redução da velocidade de resfriamento, pode-se diminuir a formação de martensita na “ZAC” e favorecer o escape do hidrogênio do metal base para a atmosfera. Tensões residuais: A tensão residual na ZAC varia com o grau de liberdade que o material tem para se deformar, que diminui com o aumento da espessura da chapa. O tipo de junta também influi: uma junta de topo, por exemplo, é menos restritiva do que uma em ângulo. A concentração de tensões, que pode ser causada por falta de penetração, pode favorecer as trincas causadas pelo hidrogênio. Teores típicos de Hidrogênio p/ diversos processos de soldagem (ml/ 100 g de metal depositado). Perspectivas do processo Hoje, a nível mundial, a soldagem manual com eletrodos revestidos tende a perder terreno para os processos automáticos e semi-automáticos. É estimado que este processo deverá responder por 30 a 35% do consumo de eletrodos nos próximos anos, sendo que 18% deste total correspondem à soldagem de manutenção, onde o processo manual, na maioria das vezes, é insubstituível. No Brasil o uso do processo manual ainda deve responder por alguma coisa em torno de 70% do consumo de eletrodos. Portanto, a tendência é de queda nos próximos anos, com a substituição por processos mais econômicos e de maior produção tais como os de proteção gasosa. Soldagem automática ou semi-automática ao arco elétrico com proteção gasosa. Processo MIG/MAG "Metal Inert Gaz” / “Metal Active Gaz" Introdução Trata de um processo ao arco elétrico onde o arame de solda é alimentado automaticamente, funcionando também como eletrodo. O arco elétrico é formado em um gás, alimentado em volta do eletrodo, que tem a finalidade principal de proteger a poça de fusão de qualquer contaminação. Equipamento Os principais componentes do sistema de soldagem MIG/MAG são: A máquina de soldar (Fonte de energia). A unidade de alimentação do arame eletrodo com seus controles (Cabeçote). A pistola de soldagem com seus cabos. O gás protetor e seu sistema de alimentação. O arame eletrodo. Este processo requer uma corrente contínua, cujo limite superior é de 500 A, para soldagem em todas as posições. A fonte de energia pode ser do tipo retificador ou gerador, com ciclo de trabalho elevado e tensão de saída regulável até 50V. As fontes de energia normalmente têm característica estática do tipo tensão constante. O cabeçote leva o arame desde seu carretel até o arco de soldagem através da pistola e dos seus cabos. Ele inclui todos os sistemas de controle da velocidade do arame e da passagem do gás de proteção. Diferentes tipos de roldanas de tração podem ser montados rapidamente, de acordo com o diâmetro e o tipo do arame usado. A pistola com seu conjunto de mangueiras, é a ferramenta de soldagem propriamente dita; é através dela que o soldador controla a soldagem. O bocal e as guias do arame eletrodo podem ser desmontados facilmente para troca e limpeza. Existem diversos modelos de pistolas de acordo com a corrente de soldagem e o tipo de serviço, podendo ser refrigeradas à água ou ar. O tubo de contato ou bocal é por onde o arame eletrodo recebe a corrente elétrica. Para sempre trabalharnas melhores condições, é importante conservar as pistolas limpas e em bom estado de funcionamento, as mangueiras devem ser limpas com jatos de ar cada vez que se troca a bobina de arame, caso contrário, a sujeira poderá acumular-se, dificultando a passagem do arame eletrodo. O sistema de gás fornece e controla a vazão do gás de proteção do arco. Ele é formado por um ou mais cilindros ou tanques de gás com regulador redutor de pressão, medidor de vazão e válvula solenóide de comando. Características Podem ser conseguidas taxas de até 15 Kg/h com arames tubulares. AUSÊNCIAS DE ESCÓRIA A REMOVER Não há formação de escória com alimentação de arames nus. BOA APARÊNCIA DO CORDÃO O processo gera uma superfície soldada de boa aparência, dispensando, na maioria dos casos, ulterior acabamento. BAIXO HIDROGÊNIO Processo baixo hidrogênio com arame nu; existem também arames tubulares básicos de baixo hidrogênio. BOM CONTROLE DO PROCESSO O processo poder ser ajustado para permitir um ótimo controle de soldagem (exemplo: transferência tipo curto circuito para seções de trabalho de pequena espessura) APROVADO PARA JUNTAS DE ALTA RESISTÊNCIA Ex.: consumíveis aptos a atender ao requisito "COD" das indústrias de óleo e gás. SEGURANÇA Normalmente são usadas baixas voltagens em circuito aberto na corrente contínua (tensão em vazio). OPERAÇÃO CONTÍNUA Minimização dos tempos mortos e do desperdício de consumíveis. AUSÊNCIA DE INCLUSÕES DE ESCÓRIA Com a utilização de arame nu, não há escória para formação de inclusões. MECANIZAÇÃO O processo pode ser facilmente mecanizado ou complementado automatizado. GRANDE GAMA OPERACIONAL PARA UM MESMO DIÂMETRO DE ELETRODO Ex.: usando um arame de diâmetro 1,2 mm é possível soldar chapas finas ou grossas com várias taxas de deposição. POSSIBILIDADE DE SOLDAGEM EM POSIÇÃO A soldagem em todas as posições é facilitada pelos tipos de transferência por curto circuito e arco pulsante. Arames consumíveis Existem arames consumíveis para união de uma grande diversidade de metais, ferrosos e não ferrosos, em uma gama de diâmetros entre 0,6 e 1,6 mm. A composição química do arame consumível sólido é usualmente escolhida para combinar com o metal base. Em alguns casos são usados consumíveis dissimilares, como por exemplo, para produzir uma superfície dura ou uma camada superficial de um mancal ou para obtenção de propriedades mecânicas adequadas, onde um consumível de composição química similar à do metal base não seria conveniente. Arames tubulares, consistindo de uma fita metálica contendo um fluxo interno podem ser usados para aumentar as taxas de deposição, melhorar as propriedades do metal de solda ou produzir camadas superficiais duras resistentes ao desgaste. Em alguns casos são adicionados no arame, elementos especiais de liga, para prevenir defeitos específicos (ex.: Nióbio em aços inoxidáveis para evitar a deterioração da solda). Gases de proteção O arco elétrico nos processos MIG/MAG é formado em um gás que tem por finalidade evitar a contaminação da solda, facilitar a limpeza, determinar as características de aquecimento do arco e o modo de transferência do metal. Os gases usados nas soldagens MIG/MAG podem ser divididos em ativos (solda MAG) e inertes (solda MIG). Os gases ativos podem, por sua vez, ser oxidantes ou redutores. São gases inertes o argônio e o hélio, ativos oxidantes o oxigênio e o CO2, ativo redutor o hidrogênio; e inerte condicionalmente, o nitrogênio que é o gás mais estável conhecido depois dos gases nobres O tipo de gás de proteção pode alterar as quantidades de elementos do arame eletrodo, que são transferidos ao metal base pelo arco elétrico. Isto afetará as características mecânicas da solda. Uma transferência inadequada pode provocar: porosidade, inclusões, fragilização, etc. Por esta razão, o gás de proteção e o arame eletrodo devem ser corretamente combinados. Os gases de proteção, normalmente usados em soldagem MAG são: dióxido de carbono (CO2), misturas de CO2 com argônio e misturas de argônio com oxigênio. Para soldagem MIG, o mais usado é o argônio puro. O argônio, sendo um gás inerte, terá pouca influência sobre a transferência, enquanto que os gases CO2 e O2, sendo oxidantes, poderão afetar grandemente esta transferência. O gás CO2, devido a seu preço reduzido em relação ao argônio, é o mais usado no processo MAG. Na temperatura ambiente é um gás totalmente inerte, mas quando submetido às altas temperaturas do arco de soldagem, ele se dissocia: 2 CO2---- >2CO + O2 Esta reação expõe o metal em fusão ao oxigênio livre, o que explica as propriedades oxidantes do CO2 durante a soldagem. O CO e O2 podem combinar com os elementos do metal de adição, produzindo óxidos destes elementos, ou modificando o teor e carbono do depósito de solda. Os arames eletrodos, usados com atmosfera de CO2, devem ser fabricados especialmente para este fim. Em soldagem a arco manual, com eletrodos revestidos, o gás CO2 representa 80 a 85% dos gases desprendidos. Para compensar seu efeito oxidante, elementos como o silício, o manganês, o alumínio e o titânio são incluídos no revestimento dos eletrodos. Estes elementos agem como desoxidantes, neutralizando o oxigênio e mantendo assim as características metalúrgicas da solda. Na soldagem MAG, estes mesmos elementos são usados, mas como não existe revestimento ao redor do eletrodo, eles fazem parte integrante do metal do arame. Assim compreende- se a alta importância da combinação gás e arame para as propriedades mecânicas da solda. A atmosfera de CO2, tem um poder oxidante equivalente a uma mistura de 85% de argônio e 15% de oxigênio. Se um arame para este gás (CO2) for, por exemplo, usado com uma mistura de 95% de argônio e 5% de oxigênio, o metal de solda poderá apresentar fissuramentos a quente devido ao aumento de silício ou alumínio no metal base, pois não existia O2 suficiente para reagir com estes metais. Além disso, as características de resistência à tração, alongamento e dureza ficarão alteradas. Na escolha do gás de proteção, conforme o material, são empregados gases inertes, ativos ou misturas. Para aços de baixo teor de carbono costuma-se usar uma mistura de argônio com 2% de oxigênio ou CO2, sendo a mistura indicada para chapas mais finas e o CO2 para material espesso. Para aços não ligados e de baixa liga é recomendado argônio com 20% de CO2. Nos aços de alta liga é indicada a mistura de argônio com 2% de CO2. Para o alumínio e suas ligas usaargônio puro, enquanto que para o cobre e suas ligas apresenta bom resultado uma mistura de argônio com 70% de Hélio ou argônio puro para chapas muito finas. Outro fator importante para obter-se uma boa solda é a vazão do gás (l/min), que deverá ser regulada para cada caso. Com vazão insuficiente, a superfície ficará rugosa, com aspectos de oxidação. Com fluxo excessivo de gás, o resultado ficará igualmente ruim, devido à turbulência criada, provocando penetração de ar por sucção, na zona de fusão, além de gastar mais gás que o necessário. Tipos de transferência de metal através do arco Transferência tipo curto circuito O arame é alimentado a uma taxa que é pouco maior do que a taxa de fusão do mesmo para um particular valor de tensão do arco; como resultado o arame toca a poça de fusão e provoca um curto circuito com a fonte de energia. O arame consumível então atua como um fusível e quando ele se rompe um arco livre e intenso é criado. Este fenômeno é repetido regularmente até 200 vezes por segundo O resultado é uma condição de soldagem contínua com baixaadição de calor na junta e uma poça de fusão pequena. Transferência por nebulização ou gotículas (Tipo Spray) Este modo de transferência consiste de um jato de gotículas de metal fundido muito pequenas que são projetadas em direção à peça de trabalho por forças elétricas dentro do arco. Este modo de transferência é particularmente adequado para soldagem na posição plana, mas pode ser usado para soldagem em posição, no caso de alumínio e suas ligas. Transferência Globular A transferência por glóbulos ocorre a intensidades de corrente acima daquelas que produzem transferência por curto circuito, mas abaixo do nível requerido para a transferência por nebulização. O tamanho da gota é grande em relação ao diâmetro do arame, e a transferência é irregular. Este modo de transferência ocorre com arames de aço submetidos a altas intensidades de corrente sob proteção de CO2 mas é geralmente considerado como inviável, a menos que possam ser tolerados altos níveis de respingos. O uso de arames tubulares propicia uma forma controlada de transferência por glóbulos que é aceitável. Transferência tipo arco pulsante O desenvolvimento das máquinas de soldagem (tiristores, inversores e controle por transistores) facilitou o ajustamento dos parâmetros de solda e tornou possível o desenvolvimento da soldagem MIG/MAG pulsante. Neste processo um ou mais parâmetros pulsantes (primariamente a freqüência) são ligados ao controle de velocidade de avanço do arame. Nos equipamentos mais sofisticados todos os parâmetros de solda, tais como corrente de pulso, a duração do pulso, a corrente de fundo e a freqüência do pulso são afetadas por esse controle. Atualmente a soldagem MIG/MAG pulsante é mais usada para alumínio, aço inoxidável e materiais de difícil soldagem. No tipo de transferência denominado arco pulsante, as gotas são transferidas por uma alta intensidade de corrente que é periodicamente aplicada ao arco. Idealmente uma gota é transferida em cada pulso e é "disparada" através do arco pelo pulso. O processo opera com freqüência típicas de 50 a 100 gotas por segundo. A intensidade de corrente básica é mantida entre os pulsos para sustentar o arco, mas evita a transferência do metal. Sua grande vantagem é manter um maior controle da poça de fusão, evitando a transferência de calor, quando desnecessária, o que é importante, principalmente, em chapas finas. Variáveis de soldagem As variáveis de soldagem são os fatores que podem ser ajustado para controlar uma solda. Para obter-se os melhores resultados do processo de soldagem, é necessário conhecer o efeito de cada variável sobre as diversas características ou propriedades da solda. Certas variáveis, que podem ser continuamente reguladas e facilmente lidas, constituem controles melhores que aquelas que não podem ser lidas ou só podem ser modificadas por degraus. De acordo com esta característica, as variáveis de soldagem são divididas em três grupos: as variáveis pré-selecionadas de variação por degraus, as variáveis primárias e as variáveis secundárias de ajuste. As variáveis pré-selecionadas são: o diâmetro e tipo do arame, e o tipo de gás, as quais não permitem bons controles da solda. Estas variáveis são principalmente determinadas pelo tipo de material soldado, sua espessura, a posição de soldagem, o regime de deposição desejado e as propriedades mecânicas necessárias. As variáveis primárias controlam o processo depois que as variáveis préselecionadas foram determinadas. Elas são: a tensão do arco, a corrente de soldagem, a velocidade de avanço do arame e a vazão do gás. Elas controlam a formação do cordão, a estabilidade do arco, o regime de deposição e a qualidade da solda. As variáveis secundárias, que também podem ser modificadas de maneira contínua são, às vezes, difíceis de medir com precisão. Elas não constituem, desta forma, controles simples, especialmente em soldagem semi-automática. Estas variáveis são: altura do arco, ângulo do bocal e velocidade de avanço da pistola. Defeitos mais comuns e suas soluções. Soldas de excelente qualidade, com bom acabamento superficial e livre de defeitos podem ser obtidas com o processo MIG/MAG sob as condições corretas de operação. Certos defeitos podem surgir devido a procedimento de soldagem inadequado. Os problemas mais comuns e suas soluções são mostrados a seguir: Falta de fusão Este defeito é causado por falta de calor na junta (baixa intensidade de corrente) ou manipulação incorreta da tocha. Para corrigi-lo aumente a intensidade da corrente e/ou o nível da indutância secundária e certifiquese de que o padrão de tecimento correto está sendo usado. Porosidade A causa mais comum deste defeito é a presença do nitrogênio em aços ou de níquel e hidrogênio em alumínio. O hidrogênio geralmente aumenta devido a contaminantes superficiais ou umidade, e pode ser evitado através da limpeza correta da superfície da junta, certificando-se de que o arame esta protegido de contaminação durante armazenagem e usando-se mangueiras de gás que não absorvam umidade. Respingos Resultam da ruptura explosiva do arame no processo de transferência por curto circuito ou em menor extensão, da projeção de finas gotículas metálicas na transferência por nebulização. Os respingos podem ser controlados pelo aumento da indutância (para limitar os picos de corrente de curto circuito), reduzindo-se a intensidade da corrente de soldagem e usando-se uma mistura Argônio/CO2, como gás de proteção, ao invés de CO2 puro. Péssima aparência do cordão. Pode ser causada pela ajustagem incorreta da intensidade da corrente, tensão excessiva ou técnica de operação deficiente. Nos países altamente industrializados, por 50% do consumo total de consumíveis para solda. Isto se deve a sua fácil automatização, inclusive com o uso de robôs, bem como, ao maior rendimento mesmo no processo semi-automático, uma vez que não se precisa ficar trocando eletrodos e não se perdem suas pontas, não havendo também o trabalho de remoção de escória. Soldagem com arame tubular. Introdução O arame tubular é obtido pelo enchimento de uma fita metálica preformada em "U" com um fluxo e/ou pó metálico, seguido de trefilação, criando um arame tubular com o material adicionado em seu núcleo. Em termos mais simples, este processo corresponde a um eletrodo de soldagem revestido interiormente com o material de fluxo. Os arames tubulares são produzidos para aplicações diversas, soldagens de alta produtividade, estruturas críticas e vasos de pressão, onde são requeridas boas propriedades mecânicas e resistência ao impacto. Existe também uma gama de arames destinados a revestimentos duros. Suas principais características são: Alta taxa de deposição Melhores propriedades mecânicas Maior penetração Baixa incidência de defeitos, resultando em baixo custo total de fabricação Soldagem em posição Descrição do processo Trata-se de um processo similar ao MIG/MAG, onde o arame tubular é alimentado automaticamente, funcionando como eletrodo na abertura do arco que é mantido entre o mesmo e a peça. Existem, basicamente, três tipos de arames tubulares: os com fluxo interno, os com pó metálico e os autoprotegidos. Enquanto os dois, primeiros exigem proteção gasosa, o último a dispensa. Equipamento Fontes de energia Retificadores padrões utilizados em equipamentos MIG são apropriados também para operações com arames tubulares desde que eles tenham capacidade de corrente suficiente para atingir a gama de amperagem especificada para a dada bitola de arame. Complementando, a fonte deenergia deve ter fator de trabalho apropriado compatível com o componente a ser soldado. Alimentadores de arame A eficiência da alimentação de arames tubulares dependerá do tipo de roldanas de alimentação utilizadas. Enquanto arames tubulares de 1,2 mm e 1,4 mm trabalham satisfatoriamente quando usados em conjunto com uma roldana guia chanfrada e uma roldana de pressão plana, é recomendada a utilização de roldanas de alimentação engrenadas e recartilhadas para diâmetros maiores, tanto em sistemas simples como de dois arames. Tochas ou pistolas de solda Cuidadosa consideração deve ser dada à escolha da tocha relativamente ao diâmetro do arame, nível de intensidade de corrente proposto e fator de trabalho. Em determinadas circunstâncias é necessário o resfriamento a água, por exemplo, para bitolas de arame de 1,6 mm e acima, operando em altas intensidades de corrente e fatores de trabalho elevados. Gases de proteção Os arames tubulares com fluxo interno podem ser usados com CO2 ou com misturas de Argônio + 15/20% de CO2. Para obtenção de boas propriedades mecânicas e qualidade radiográfica, o uso de CO2 é preferido para os arames básicos. Alternativamente, misturas de Argônio + 15/20% de CO2 podem ser usadas para reduzir os fumos e o nível de respingos, bem como melhorar a aparência da solda, porém a penetração será reduzida. Os arames tubulares com pó metálico devem ser sempre usados com misturas de Argônio + 15/20% de CO2. A utilização de CO2 resultará em séria deterioração na aparência da solda e a quantidade de fumos e respingos será excessiva. Um fluxo de gases de 15/20 litros por minuto deve ser mantido no bocal da tocha. Observese que o arame autoprotegido contém internamente ingredientes fluxantes e desoxidantes do metal fundido, além de materiais geradores de escória de cobertura. Portanto não existe a necessidade de qualquer proteção externa do arco (gases). Polaridade Corrente contínua polaridade positiva é recomendada para arames tubulares com fluxo interno rutílico, uma vez que o uso de polaridade negativa produz características inferiores do cordão e pode ocasionalmente produzir porosidade. Os arames tubulares com fluxo interno básico e os com pó metálico, por sua vez, beneficiam-se com o uso de corrente contínua polaridade negativa, possibilitando uma ação melhorada do arco e um acabamento da solda com reduzido índice de respingos. Intensidade de corrente Para arames tubulares com fluxo interno, a intensidade de corrente ideal está situada na metade superior da faixa especificada para um diâmetro particular de arame, exceto nas soldagens em posição com arames de 1,2 mm 1,4 mm e 1,6 mm, quando o modo de transferência por curto circuito é utilizado com intensidade de corrente abaixo de 220 A. Arames tubulares com pó metálico eliminam a necessidade de variações na corrente em relação à espessura da chapa, pois a regulagem de intensidade para uma dada bitola de arame irá atender 90% das aplicações em plano ou ângulo horizontal. A seção transversal da solda é controlada pela velocidade de trabalho, enquanto que os arames sólidos requerem considerável número de ajustagens de corrente para atingir a mesma flexibilidade. Tensão A tensão tem uma influência direta no comprimento do arco, o qual controla o perfil da solda, a profundidade da penetração e o nível de respingos. Quando a tensão do arco é reduzida, a penetração aumenta, e isto é particularmente importante em juntas de topo com chanfro em "V". Um aumento na tensão resultará em um longo comprimento de arco e num aumento do risco de porosidade e mordeduras. Quando trabalhando com o modo de transferência por curto circuito em soldas na posição, utilizando intensidades de corrente relativamente baixas, a tensão do arco deve ser mantida no mais alto nível possível, para assegurar adequada fusão das paredes laterais. Características Os arames tubulares, devido as suas taxas superiores de deposição, permitem ao usuário obter economias reais nos tempos de soldagem e, conseqüentemente, redução nos custos de mão de obra. O aumento da penetração é outra grande característica do processo, freqüentemente conduzindo a economias adicionais. Demais benefícios estão salientados abaixo: Arames tubulares com fluxo interno; Possibilidade de soldagem em todas as posições; Boa remoção de escória; Baixos níveis de hidrogênio; Ideal para uso com CO2 e/ou misturas de Argônio; Capacidade de utilização sobre camadas grossas de ferrugem e carepa; Técnica de soldagem Preparação da chapa Devido à fusão superior das paredes laterais do chanfro, obtida principalmente com arames tubulares com pó metálico, os ângulos dos chanfros geralmente podem ser reduzidos. Uma junta de topo em V, por exemplo, que normalmente necessitaria um ângulo total de 60° para soldagem manual com eletrodos revestidos, pode ser feita com um ângulo reduzido para 45°, economizando chapa e, conseqüentemente, metal de solda para enchimento da junta. Os arames tubulares têm um nível de desoxidantes maior do que os arames sólidos, e normalmente operam com densidades de corrente mais altas. Esta peculiaridade permite que eles sejam usados onde uma leve camada de carepa de usina e/ou tinta de base tem que ser tolerada. Para obtenção de ótimos padrões radiográficos com arames tubulares com fluxo interno, a carepa e ferrugem excessiva devem ser removidas por esmerilhamento. Este procedimento servirá também para reduzir ao mínimo a formação de escória, quando usando arames tubulares com pó metálico. Extensão do eletrodo Este termo descreve a distância entre o tubo de contato da tocha e a peça de trabalho, algumas vezes denominado como "stickout". As condições da corrente devem ser fixadas para o serviço, mas durante a soldagem pode ser necessário reduzir a quantidade de calor na poça de fusão para compensar montagens deficientes ou soldagem em posição. Um aumento na extensão do eletrodo e a resistência elétrica extra que resulta produzirão uma poça de fusão mais fria e menos fluida. Similarmente, qualquer diminuição na extensão do eletrodo terá o efeito de aumentar a intensidade da corrente de soldagem e esta característica pode beneficiar o controle da penetração, especialmente onde são encontradas preparações deficientes. Aplicações Há consumíveis utilizáveis para as mais diversas aplicações. Algumas aplicações típicas estão relacionadas abaixo: Arames tubulares com fluxo interno Fabricação em geral com aços de baixa resistência; Fabricação em geral com aços de média resistência sob condições de alta restrição; Soldagem em todas as posições; Altas taxas de deposição em soldas de topo na posição plana ou juntas de ângulo nas posições plana e horizontal; Soldagem em posição de estruturas para trabalhos em baixas temperaturas de até – 60º C. Arames tubulares com pó metálico Fabricação em geral com aços de baixa e média resistência; Soldagem de aços de alta resistência, bem como aços temperados e revenidos; Fabricação de estruturas metálicas e plataformas marítimas (Off Shore) para serviços em baixas temperaturas de até – 50º C; Fabricação com aços de baixa e média resistência patináveis (resistentes à corrosão atmosférica); Arames tubulares auto protegidos ou sem gás; Revestimentos duros de componentes desgastados. Soldagem TIG Introdução Trata de um processo de soldagem a arco elétrico, com proteção de fluxo gasoso, onde o arco é aberto entre o eletrodo, de tungstênio, não consumível e a peça. A junta pode ser soldada pela fusão
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