soldagem processos 2

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UNIVERSIDADE SALVADOR - UNIFACS
ENGENHARIA MECÂNICA
ANA CLARA SERRA
CÉSAR CARVALHO
GABRIEL NEVES DA SILVA
KARINE SANTANA DANTAS
MATHEUS RODRIGUES
VICTOR TELES VALOIS DE AMORIM
PROCESSO DE fabricação mecânica ii
RELATÓRIO DE SOLDAGEM
Salvador
2016
ANA CLARA SERRA
CÉSAR CARVALHO
GABRIEL NEVES DA SILVA
KARINE SANTANA DANTAS
MATHEUS RODRIGUES
VICTOR TELES VALOIS DE AMORIM
processo de fabricação mecânica ii
RELATÓRIO DE SOLDAGEM
Relatório referente a soldagem de uma caixa metálica apresentado à disciplina Processos de Fabricação Mecânica II da Universidade Salvador, realizado no laboratório específico da instituição, como requisito parcial para conclusão da disciplina.
Orientador: Ismael de Oliveira
Salvador
2016
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS								04
INTRODUÇÃO								05
REFERENCIAL TEÓRICO						06
2.1. SOLDAGEM								06
2.2. SOLDAGEM POR ARCO ELÉTRICO				07						
3.	PROJETO DA PEÇA							15
4.	CONSTRUÇÃO DA PEÇA						17
5.	CONCLUSÃO								23
BIBLIOGRAFIA									24
QUADRO DE VARIAÇÃO DE NOTA					26
LISTA DE FIGURAS
Figura 01 – Soldagem por fusão							06	
Figura 02 – Soldagem por pressão						07
Figura 03 – Soldagem TIG								07	
Figura 04 – Soldagem por Plasma						08
Figura 05 – Soldagem MIG/MAG							08
Figura 06 – Soldagem MIG							09	
Figura 07 – Soldagem a arco submerso						10
Figura 08 – Funcionamento do eletrodo revestido				10
Figura 09 – Tabela da composição do revestimento				12
Figura 10 – Soldagem por eletrodo revestido					13
Figura 11 – Tabela de materiais x Procedimentos				14
Figura 12 – Desenho técnico da caixa						16
Figura 13 – Projeto da peça no sketchup					16
Figura 14 – Corte das chapas							17	
Figura 15 – Gabarito de MDF							17
Figura 16 – Preparação para soldagem a arco elétrico			18
Figura 17 – Início da soldagem a arco elétrico					18
Figura 18 – Caixa soldada com folga excessiva entre as faces		19
Figura 19 – Equipamento de solda MIG						20
Figura 20 – Início da soldagem MIG/MAG					21
Figura 21 – Linha de soldagem escama de peixe				21
Figura 22 – Caixa após acabamento						22
		
INTRODUÇÃO
A solda vem sido utilizada para unir materiais, de forma permanente, sendo eles similares ou não. Alguns fatores são responsáveis na hora da escolha da soldagem ideal para determinada situação como forma, espessura e tipo de material utilizado, entre outros que serão comentados. A solda oferece forte aderência mecânica e a mínima resistência elétrica quando trata com materiais eletrônicos. Esse processo funciona através de procedimentos como fusão e solidificação, por isso pode apresentar algumas dificuldades já que os metais reagem muito rapidamente com a atmosfera ao receberem calor. A depender da fonte de energia utilizada, o processo de soldagem pode ser divido em soldagem por fusão e por pressão. 
Neste relatório serão abordados conceitos de alguns tipos de soldagem e também o acompanhamento da aplicação e etapas desse processo na produção de uma caixa metálica, realizada nos laboratórios de mecânica da Universidade Salvador.
REFERENCIAL TEÓRICO
Soldagem
	É o processo que tem por função a união de duas ou mais peças, garantindo as propriedades físicas e mecânicas das juntas, com poucas variações ou nenhuma. Antigamente esse processo tinha uma definição limitada, visto que a soldagem era realizada só por meio de fusão e apenas em metais. Com o desenvolvimento de novos materiais e processos, não se faz necessário que haja fusão, e pode-se soldar outros materiais como plásticos e vidros, por exemplo. Esse processo possui vantagens como redução de peso, economia de tempo, melhor fluxo de força e suporte de elevadas solicitações mecânicas. Porém, também possui desvantagens como a impossibilidade de desmontagem da peça, necessidade de um acabamento posterior e a formação de trinca, tensões e deformações. A soldagem pode ser dividida em dois grandes grupos:
Por fusão
	Nesse processo, o metal base será aquecido até sua fundição e também se utiliza um metal de adição para estabilizar a junta soldada. Os principais exemplos de soldagem por fusão são: Soldagem a chama, Soldagem a arco elétrico, em banho de escória, aluminotérmica, raio laser e feixe eletrônico.
Figura 1 – Soldagem por Fusão
Por pressão
Nesse processo é aplicada determinada tensão no material de base provocando sua solubilidade na fase sólida. São exemplos de Soldagem por pressão: Soldagem por resistência, por faíscamento, por indução, por atrito e por ultrassom.
Figura 2 – Soldagem por pressão
Soldagem por arco elétrico
Nesse processo a fusão se origina através de um arco voltaico. Esse tipo de soldagem se subdivide em: eletrodo revestido, TIG, plasma, MIG/MAG, arco submerso, eletro-escória e eletrodo tubular. 
Na soldagem TIG é utilizado eletrodo de tungstênio em atmosfera de gás inerte pode ser utilizado ou não material de adição. O processo mais comum é o manual, em que se utiliza material de adição. Mas tanto o manual como o automático é utilizado em fabricação em série. Suas vantagens são: trabalho limpo, preciso e esmero. Utilizado para aços comuns e especiais, mas principalmente para pequenas espessuras.
Figura 3 – Soldagem TIG
Na soldagem por plasma, o arco se estabelece dentro de uma tocha entre o eletrodo de tungstênio e um bocal de cobre. Ao passar o fluxo de cobre por dentro da tocha, ele começa a se ionizar ao passar pelo arco, tornando-se plasma.
Figura 4 – Soldagem por plasma
Na soldagem MIG é utilizado um arco em atmosfera de gás inerte, já o MAG utiliza gás ativo e ambos funcionam sobre o mesmo princípio. Nesse processo um arco elétrico é formado entre a peça e um arame consumível. O arco vai fundindo o arame à medida que forma a poça de fusão, enquanto o metal de solda é protegido por gases inertes ou ativos. 
Figura 5 – Soldagem MIG/MAG
Esse processo é classificado de acordo com a transferência de metal para a poça de fusão, podendo ser:
Transferência por Curto Circuito: A transferência ocorre devido ao curto circuito gerado a partir do contato entre o metal fundido, presente na ponta do arame, e a poça de fusão. Requer tensões relativamente baixas e a depender do diâmetro do arame, deve utilizar determinado intervalo de corrente. 
Transferência por Aerossol: Gotas de material fundido se desprendem da ponta do arame e são projetadas por forças eletromagnéticas em direção a poça de fusão. Nesse caso deve se utilizar a corrente de transição, que varia a depender do diâmetro do arame e requer tensões mais altas.
Transferência Globular: Quando as gotas de material fundido são muito grandes elas caem na poça devido à gravidade.
As vantagens desse processo são: a possibilidade de soldagem em todas as posições, não se faz necessário retirar escória, alta taxa de deposição, tempo total de solda chega a cerca de metade de um processo com eletrodo revestido, altas velocidade e menores distorções, não há perdas de pontas e eficiência em soldagens de reparo.
 
Figura 6 – Soldagem MIG
Na soldagem a arco submerso, o processo ocorre de forma que o arame nu é fundido no arco voltaico e protegido em um fluxo de pó.
Figura 7 – Soldagem a arco submerso
A soldagem por escória, apesar de ser considerado desse grupo, não possui arco elétrico. A corrente sozinha é capaz de produzir calor suficiente para a soldagem ao atravessar um banho de escória (gerada a partir da fusão do pó de soldar). Já a soldagem tubular é parecida com a MIG/MAG mas com escoria.
A soldagem por eletrodo revestido é o mais utilizado por ser mais versátil e ter baixo custo, e é indicado para soldar aços. Nesse processo é feito uma massa homogênea com ingredientes necessários para cada soldagem, para que seja conformada em cima de varetas metálicas, formando assim o eletrodo. A depender dos elementos utilizados na mistura, o eletrodo pode ser mais básico, maisácido, por exemplo. O arco elétrico formado entre o eletrodo e a peça produz um calor que os fundem simultaneamente, formando uma pequena poça fundida protegida da atmosfera pelos gases do revestimento. 
Figura 8 – Funcionamento do eletrodo revestido
O revestimento utilizado nos eletrodos possui várias funções na hora da soldagem, tais como: 
Proteção do metal da solda: o revestimento é responsável por proteger o metal fundido da ação do oxigênio e nitrogênio, garantindo a ausência de bolhas e uma resistência e ductilidade adequada. 
Arco estabilizado: garante a processo de soldagem a estabilização do arco, fazendo com que abra facilmente e queime suavemente. Compostos de titânio, potássio e cálcio são os responsáveis por essa função.
Direcionamento do arco elétrico: Nas pontas dos eletrodos se formam uma cratera responsável por dar direcionamento ao fluxo de arco elétrico. Através do uso de aglomerantes, se tem um revestimento consistente, capaz de manter a cratera e que dá maior penetração e melhor direcionamento do arco. Esse aglomerante é um silicato solúvel como os de sódio e potássio.
Escória como agente fluxante: O revestimento produz uma escória que fornece proteção ao metal de solda contra os agentes contaminantes atmosféricos, como também age purificando e absorvendo impurezas que são levadas a superfície, além de permitir uma menor velocidade de resfriamento para que possa eliminar gases. Por último, a escória também irá controlar contorno, uniformidade e aparência do cordão de solda. Os compostos que fazem com que isso ocorra são a sílica e a magnetita.
O controle da integridade do metal de solda: Através da composição do revestimento pode-se controlar a porosidade e os gases aprisionados no metal de solda. O ferromanganês é muito utilizado para conseguir uma fórmula balanceada.
Adição de propriedades: Propriedades mecânicas específicas podem ser incorporadas ao metal de solda através da adição de elementos de liga ao revestimento. Através da adição de elementos de liga ao revestimento pode-se obter propriedades como alta ductilidade, melhor resistência mecânica e melhorias nas propriedades de escoamento. Os componentes presentes ao revestimento que são responsáveis por essa adição são molibdênio, cromo, níquel, manganês e outros.
Isolante da alma do aço: atua como um isolante para que não haja curto-circuito durante a soldagem de chanfros profundos e aberturas estreitas.
Figura 9 – Tabela da composição do revestimento
O eletrodo pode ser classificado em grupos devido ao tipo de revestimento presente, sendo eles:
Celulósico: irá eliminar gases de celulose durante o processo, possui alta penetração e baixa escória. Muito utilizado em tubulações.
Rutílico: Apresenta revestimento 50% de rutilo, possui média penetração e escória de rápida solidificação. Necessita de temperatura relativamente baixa para evitar porosidades grosseiras.
Básico: Apresenta as melhores propriedades mecânicometalúrgicas, principalmente a tenacidade. Possui teor alto de cálcio e fluorita, mas não opera bem em corrente alternada quando possui alto teor de fluorita. Possui média penetração e escória fluida
Altíssimo rendimento: Possui adição de pó de ferro, aumenta a fluidez da escória, melhora a estabilidade do arco e reduz a penetração, diminuindo o risco de mordeduras.
Além de uma devida escolha de revestimento para o eletrodo, no processo de soldagem é necessário seguir as indicações do fabricante, para que se saiba a corrente certa a ser utilizada. Caso essa venha a ser ultrapassada pode ocorrer perda da resistência mecânica, além de danificar o revestimento e provocar respingos. Para que a solda seja de qualidade, também é preciso que o comprimento do arco se mantenha estável. Um arco muito pequeno pode fazer com que o eletrodo prenda na peça e já o arco muito grande fica sem direção, provocando respingos e uma proteção deficiente da poça de fusão. Logo, o tamanho ideal de arco fica em torno de 0,5 e 1,1 vezes o diâmetro da alma do eletrodo. 
Figura 10 – Soldagem por eletrodo revestido
Esse tipo de soldagem se destaca por alcançar locais de difícil acesso, porém o sucesso de uma solda depende bastante da preparação do soldador. Mas esse processo também apresenta pontos negativos, como baixa produtividade, a necessidade da retirada da escória ao final do processo, a possibilidade de haver fumo e respingos e a qualidade de sua solda ser inferior à de outros procedimentos como o TIG/MIG e plasma.
Há pontos negativos não só para a peça a ser trabalhada, já que os restos de arames provenientes desse processo causam impacto ambiental e o soldador fica exposto a inalação de fumos metálicos e a iluminação emitida, prejudicando sua saúde e visão, o que torna rigorosa a necessidade de equipamentos de segurança.
Vários fatores contribuem com a escolha do procedimento a ser utilizado, como custo, tempo, acabamento desejado, entre outros. Mas o principal fator a ser levado em conta na hora da soldagem é o tipo de material que será soldado. Na tabela a seguir pode-se ver para quais tipos de materiais cada procedimento é indicado:
Figura 11 – Tabela de materiais x Procedimentos
PROJETO DA PEÇA
Um dos componentes da equipe conseguiu a doação da matéria prima utilizada para confecção da caixa, e por conta disso nosso planejamento foi limitado por suas dimensões. As chapas doadas foram quatro pedaços em retângulo de aço 1020 com dimensões variadas e espessura de 5 mm, e tratando-se de sobra de material as mesmas possuíam imperfeições em seus lados.
 Levando isso em conta, a peça planejada para esse trabalho foi uma caixa cúbica, com dimensões de 13 cm X 16 cm e espessura de 5 mm. Assim tínhamos uma folga de pelo menos 0,5 cm em cada lado dentre os quatro da base da peça, e 1 cm de folga em sua altura. A caixa tem como utilidade armazenar e transportar objetos, como ferramentas, parafusos, porcas, etc. O material para a produção da caixa se encaixava nos dois tipos de solda disponíveis na universidade, arco elétrico e MIG/MAG, porém o equipamento utilizado para a soldagem MIG/MAG encontrava-se em manutenção. 
Segue abaixo imagens do desenho técnico da peça desejada utilizando o software sketchup como ferramenta.
 			 
Vista Superior
Vista Frontal
Figura 12 – Desenho técnico da caixa
 
Para confecção da peça, primeiro deve ser feito um gabarito para fixar e apoiar a peça. Em seguida é necessário o corte da chapa nas dimensões desejadas, porém com uma diferença a mais que será perdida na soldagem. Após isso, pode-se apoiar as peças metálicas no gabarito e então começar a soldagem. A soldagem utilizada será por fusão, mais especificamente por eletrodo revestido, onde a soldagem é feita manualmente através do eletrodo de especificação 6013 OK 46.13. Ele é revestido com uma alta concentração de óxido de titânio que possui uma proteção basicamente por escória. O soldador nos orientou a realizar a solda do cubo internamente deixando sem a face superior que será a tampa. Sabendo disso, demos início a construção da peça. 
Figura 13 – Projeto da peça no sketchup
CONSTRUÇÃO DA PEÇA
A chapa inicialmente foi cortada com uma esmerilhadeira angular, para retirar suas imperfeições e chegar nos valores determinados pelo projeto. Porém, devido a falhas no manuseio da máquina as dimensões da largura dos lados não foram obtidas com precisão. Tivemos então lados com 12 cm, 12,5 cm, 12,2 cm e 13,1 cm, de largura sendo todos com a dimensão padrão 16 cm de altura.
 
Figura 14 – Corte das chapas
Após a preparação das peças da caixa, foi construído o gabarito de MDF com três lados para que nele pudéssemos fixar os cortes de chapa e realizar a soldagem. 
Figura 15 – Gabarito de MDF
Para iniciar o processo de soldagem foi necessário levar alguns fatores em conta, como: a intensidade da corrente, o comprimento do arco, a velocidade da soldagem e o manuseio do eletrodo (posição de soldagem). Para esse processo foi o utilizado o eletrodo 6013da marca OK, com espessura de 2,5 mm, sua amperagem estava em torno de 58-60 e sua velocidade foi operacional.
Figura 16 – Preparação para soldagem com arco elétrico
Figura 17 – Início da soldagem com arco elétrico
Depois de todos esses fatores serem regulados, o processo foi iniciado. Porém, contratempos foram aparecendo, além do corte da chapa não ter ficado preciso na esmerilhadeira, também tivemos problemas com o gabarito utilizado para apoio da chapa. Ao iniciar o procedimento de soldagem, o soldador não 
fixou bem o gabarito e devido ao calor gerado pelo processo o MDF inchou fazendo com que a chapa corresse. Isso fez com que a peça ficasse fora de esquadro e uma de suas faces com sobra excessiva de um lado e um pequeno afastamento do outro. 
Figura 18 – Caixa soldada com folga excessiva entre as faces
Para solucionar esses problemas, foi necessário cortar novamente os excessos de chapa com a esmerilhadeira. Após isso, verificamos que o acabamento da caixa ainda se encontrava precário, e os erros cometidos, principalmente, pelo mal manuseio da solda por parte do operador eram facilmente percebidos. Então, em meio a toda essa aflição, o grupo recebeu a orientação que a máquina de soldagem MIG/MAG havia sido reparada, e como tínhamos atendido a solicitação do operador em fazer a solda internamente vimos ali uma oportunidade de aprendizado, pois, além de poder realizar uma nova solda na parte externa da peça que daria um acabamento muito superior comparando-a com primeira solda, iriamos testar a máquina de soldagem MIG após a mesma ser reparada. 
Figura 19 – Equipamento de solda MIG 
Trata-se de um equipamento de soldagem MIG/MAG da marca bambozzi (TRR 3100S), com especificações gerais: Tensão nominal de soldagem 32 V; Corrente nominal de soldagem 300 A; Voltagem de alimentação 220 V, Frequência de alimentação 60 Hz; Classe de isolação F e 172 kg de peso.
Para realizar a soldagem MIG/MAG, foi utilizado o arame consumível OK AUTROD 12.51, que é cobreado manganês-silício destinado a soldagem dos aços não ligados, como por exemplo, os aços de construção em geral com uma tensão de ruptura mínima de 485 Mpa. Esse arame solda utilizando as misturas Ar +20% -25% CO2 ou Co2 puro, no nosso caso utilizamos o argônio como gás de proteção. Os parâmetros utilizados foram: velocidade do arame padrão 3; frequência padrão 4; polaridade direta negativo na peça e positivo no arame. Após isso, foi iniciado o procedimento de soldagem.
Figura 20 – Início da soldagem MIG/MAG
Após a soldagem, podemos perceber a diferença entre os dois processos e como o manuseio correto do operador faz grande diferença. Percebemos que os espaços vazios gerados pela primeira solda foram preenchidos, sem haver trincas e com poucas mordeduras resultando num aspecto conhecido popularmente como escama de peixe.
Figura 21 – Linha de soldagem escama de peixe
Após o procedimento de soldagem, através da lixadeira realizamos o desbaste na peça inteira para melhorar seu acabamento superficial. 
Posteriormente, fizemos a tampa com uma sobra de alumínio de dimensões 13 cm x 13 cm, e para finalizar utilizamos a rebitadeira para fixar as dobradiças na tampa e na caixa possibilitando a abertura da mesma. 
Figura 22 – Caixa após acabamento
CONCLUSÃO
Pode-se concluir que a soldagem tem grande importância na indústria, para isso é necessário que o operador tenha um bom estudo e prática do procedimento, resultando assim em um trabalho bem feito e sem contratempos. Também foi aprendido a importância de avaliar cada situação e decidir o procedimento correto para a mesma, atendendo aos critérios solicitados.
 Acompanhando todo esse processo, pudemos ver na prática tudo que foi aprendido e entender a importância de um domínio do conhecimento de soldagem. Concluímos que o trabalho foi um sucesso, não pela peça em si mas sim por todas as variáveis presentes que dificultaram nosso trabalho e serviram como aprendizado.
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BIBLIOGRAFIA
INFOSOLDA. Soldagem por eletrodo revestido. Disponível em:<http://www.infosolda.com.br/artigos/processos-de-soldagem/352-soldagem-por-eletrodo-revestido.html>. Acesso em: 02 de maio 2016.
PORTAL METÁLICA. Processo de soldagem. Disponível em:< http://wwwo.metalica.com.br/processos-de-soldagem>. Acesso em: 02 de maio 2016.
GRUPO CIMM. Introdução – Conceitos/ O que é soldagem. Disponível em:<http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6285-introducao-conceitos#.V0r9X5ErLIU>. Acesso em: 03 de maio 2016.
GRUPO CIMM. Definição- O que é processos de soldagem. Disponível em:< http://www.cimm.com.br/portal/verbetes/exibir/611-processos-de-soldagem>. Acesso em: 03 de maio 2016.
GRUPO CIMM. Como funciona a soldagem com eletrodo revestido?. Disponível em:< http://www.cimm.com.br/portal/noticia/exibir_noticia/4839-como-funciona-a-soldagem-com-eletrodo-revestido>. Acesso em: 17 de maio 2016.
GRUPO CIMM. Soldagem com eletrodo revestido. Disponível em:<http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6291#.V0seJZErLIU>. Acesso em: 17 de maio 2016.
GRUPO CIMM. Processos atuais de soldagem a arco voltaico. Disponível em:<http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6290-processos-atuais-de-soldagem-a-arco-voltaico#.V0tI6JErLIU>. Acesso em: 17 de maio 2016.
GRUPO CIMM. A versatilidades dos processos a arco voltaico. Disponível em:<http://www.cimm.com.br/portal/noticia/exibir_noticia/7134-a-versatilidade-dos-processos-a-arco-voltaico>. Acesso em 01 de junho 2016.
CENTRO DE CONHECIMENTO ESAB. Processo de Soldagem: MIG/MAG. Disponível em: <http://www.esab.com.br/br/pt/education/blog/processo_soldagem_mig_mag_gmaw.cfm>. Acesso em: 01 jun. 2016.
CENTRO DE CONHECIMENTO ESAB. Apostila de soldagem MIG/MAG. Disponível em: <http://www.esab.com.br/br/pt/education/apostilas/upload/1901104rev0_apostilasoldagemmigmag_low.pdf>. Acesso em: 01 jun. 2016.
CENTRO DE CONHECIMENTO ESAB. Apostila de eletrodos revestidos. Disponível em: <http://www.esab.com.br/br/pt/education/apostilas/upload/1901097rev1_apostilaeletrodosrevestidos_ok.pdf>. Acesso em: 01 jun. 2016.
	
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