Soldagem: OFW e SMAW

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA INTEGRAÇÃO LATINO-AMERICANA 
INSTITUTO LATINO-AMERICANO DE TECNOLOGIA, INFRAESTRUTURA E 
TERRITÓRIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
TIPOS DE SOLDAGEM 
OFW e SMAW 
 
 
 
 
 
 
 
Douglas Klaus Matsunaga 
Ricardo Durelian 
Viktor Gabriel Borba da Silva 
 
 
 
 
 
 
Foz do Iguaçu – PR 
2017
 
 
Douglas Klaus Matsunaga 
Ricardo Durelian 
Viktor Gabriel Borba da Silva 
 
 
 
 
 
 
TIPOS DE SOLDAGEM 
OFW e SMAW 
 
 
 
 
 
 
Trabalho apresentado como requisito 
parcial para obtenção de nota na disciplina 
de Soldagem: Metalurgia e Processo, da 
Universidade Federal da Integração Latino-
Americana, orientado pelo Profº Drº Rafael 
Drumond Mancosu. 
 
 
 
 
 
 
Foz Do Iguaçu – PR 
2017
2 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1 – Equipamento para a soldagem com eletrodos revestidos ............................... 8 
Figura 2 – Equipamentos da soldagem com chama oxigás ........................................... 16 
Figura 4 – Elementos básicos de um maçarico .............................................................. 17 
Figura 3 – Tipos de chama ............................................................................................. 19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE GRÁFICOS 
 
Gráfico 1 - Efeito da corrente sobre a taxa de deposição e a geometria do cordão. ...... 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1 - Classificação dos cabos de cobre para interligação........................................ 9 
Tabela 2 – Seleção do filtro a ser usado na soldagem dependente do diâmetro do 
eletrodo ............................................................................................................................ 9 
Tabela 3 - Características Operacionais dos Eletrodos Revestidos para Aços ao Cabono 
(baseada na AWS A5.1) ................................................................................................. 13 
Tabela 4 - Formulações Típicas dos Revestimentos dos Eletrodos para Soldagem de 
Aços ao Carbono ............................................................................................................ 14 
Tabela 5 – Gases combustíveis mais utilizados na soldagem OFW .............................. 15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ÍNDICE 
 
1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 6 
2. DESENVOLVIMENTO ............................................................................................. 7 
2.1 SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS (SMAW) ............................... 7 
2.1.1 Equipamentos ........................................................................................... 7 
2.1.2 Variáveis Elétricas e Operacionais .......................................................... 10 
2.1.3 Consumíveis ........................................................................................... 12 
2.2 SOLDAGEM COM CHAMA OXIGÁS (OFW) ................................................... 14 
3. CONCLUSÃO ........................................................................................................ 20 
4. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ........................................................................... 21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
A soldagem é um processo amplamente utilizado em todas as indústrias tanto na 
fabricação como na reparação. A soldagem tem vantagens sobre outros métodos de 
unir metais, pois é mais leve e mais forte. (MECANICA INDUSTRIAL, 2017). 
Os métodos de união de metais podem ser divididos em duas categorias 
principais, isto é, aqueles baseados no aparecimento de forças mecânicas 
macroscópicas entre as partes a serem unidas e aqueles baseados em forças 
microscópicas (interatômicas ou intermoleculares). No primeiro caso, do qual são 
exemplos a parafusagem e a rebitagem, a resistência da junta é dada pela resistência 
ao cisalhamento do parafuso ou rebite, mais as forças de atrito entre as superfícies em 
contato. No segundo caso, a união é conseguida pela aproximação dos átomos e 
moléculas das partes a serem unidas, ou destas e um material intermediário, até 
distâncias suficientemente pequenas para a formação de ligações metálicas e de Van 
der Waals. Como exemplo desta categoria citam-se a soldagem, a brasagem e a 
colagem. Um grande número de diferentes processos utilizados na fabricação e 
recuperação de peças, equipamentos e estruturas é abrangido pelo termo soldagem. 
(MARQUES; MODENESI, 2000). 
A American Welding Society (AWS, em português significa Sociedade Americana 
de Soldagem) define a soldagem como sendo o “Processo de união de materiais usado 
para obter a coalescência (união) localizada de metais e não-metais, produzida por 
aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem uso de pressão ou material 
de adição.”. 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
2. DESENVOLVIMENTO 
 
2.1 SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS (SMAW) 
 
A soldagem com eletrodos revestidos (ou SMAW) é definida como um processo 
de soldagem com arco, onde a união das peças é produzida pelo calor do arco criado 
entre um eletrodo revestido e a peça a soldar. Até 1907 a solda era feita com arame nu, 
até que se observou que os arames (atualmente são chamados de alma dos eletrodos 
revestidos) enferrujados ou cobertos de cal, proporcionavam melhor estabilidade do 
arco elétrico, portanto foi adotado revestimento básico, duas décadas depois com 
revestimento básico, até chegar ao uso do pó de ferro na década de 50. Assim apesar 
de não ser o mais eficiente, a soldagem com eletrodo revestido tornou-se o processo de 
solda mais barato e mais utilizado no mundo inteiro. 
 
2.1.1 Equipamentos 
Em comparação com outros processos de soldagem o equipamento para 
soldagem com eletrodo revestido possui uma das mais simples configurações 
possíveis. É composto de: 
 Fonte de energia; 
 Alicate para fixação do eletrodo; 
 Cabos de interligação; 
 Pinça para a ligação à peça 
 Equipamentos de proteção individual 
 Equipamentos para limpeza da solda 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
Figura 1 – Equipamento para a soldagem com eletrodos revestidos 
 
 
Diagrama de interligação da solda com eletrodo revestido 
A corrente usada na soldagem com eletrodo revestido pode ser continua ou 
alternada. O uso da corrente continua oferece melhor estabilidade do arco e facilidade 
de ignição, enquanto o uso na corrente alternada reduz essa estabilidade, porém é 
mais estável à interferência magnética. A tensão de circuito aberto utilizado nesse 
processo de soldagem se situa entre 60 e 90 V enquanto a corrente pode variar entre 
30 e 500 A, dependendo do diâmetro (medido na alma) do consumível. 
 
Alicate para a fixação dos eletrodos 
Duas versões de alicate são utilizadas, um no formato de garra e o outro no 
formato de pinças, o primeiro, o mais utilizado no Brasil, utiliza o sistema de mola para 
comprimir o eletrodo contra os contatos elétricos, o segundo utiliza o sistema de mandril 
de furadeira. 
 
Cabos elétricos 
Geralmente dois conjuntos de cabos são utilizados, um para ligar o eletrodo à 
fonte e o outro chamado cabo terra para ligar à peça a ser soldada.O diâmetro do cabo 
depende de vários fatores como; a potência utilizada, do tipo de corrente utilizado e do 
seu próprio comprimento como pode observar na Tabela 1. 
 
 
9 
 
Tabela 1 - Classificação dos cabos de cobre para interligação 
 
 
Pinças 
A pinça com formato de garra ou de grampo são as duas formas utilizadas. A de 
garra oferece maior facilidade de manejo, porem o contato elétrico é menor por exercer 
menos pressão na peça. 
 
Equipamento de proteção individual 
Faz parte de equipamento individual todo aparato visando a proteger 
exclusivamente o operador. No caso mais simples são: 
Roupas de proteção do corpo (avental, jaqueta, mangotes, luvas, mascara), 
sapatos industriais, capacete equipado com filtros protetores contra radiação. 
A seleção do filtro a ser usado na soldagem é feito com base no diâmetro do 
eletrodo utilizado, conforme a Tabela 2. 
 
Tabela 2 – Seleção do filtro a ser usado na soldagem dependente do diâmetro do 
eletrodo 
Diâmetro do eletrodo (mm) Número de filtros 
1,6 a 4,0 10 
4,0 a 6,4 12 
6,4 a 9,5 14 
10 
 
 
2.1.2 Variáveis Elétricas e Operacionais 
A característica importante que diferencia esse processo dos demais processos 
semiautomáticos é que a tensão de arco não controlável sem levar em conta os outros 
parâmetros por três razões: 
Pela dificuldade de controlar a distância entre o eletrodo e a peça por ser 
utilizado manualmente. 
A transferência dos glóbulos no arco está associada a variações consideráveis 
no comprimento efetivo do arco (e consequentemente na tensão). 
Maiores tensões são requeridas para operação normal à medida que a corrente 
de soldagem é aumentada. 
 
Corrente da soldagem 
A intensidade da corrente de soldagem controla de forma predominante todas as 
características operatórias do processo, como: 
- A magnitude e a distribuição espacial da energia térmica no arco elétrico; 
- Taxa de deposição para condições fixas de soldagem de acordo com o Gráfico 
1; 
- A velocidade de resfriamento; 
- A penetração da solda, da largura e do reforço do cordão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
Gráfico 1 - Efeito da corrente sobre a taxa de deposição e a geometria do cordão. 
 
 
Velocidade do avanço 
A velocidade do avanço é a segunda mais importante variável operatória do 
processo, a altura e largura do cordão variam inversamente com ela.Altas taxas de 
deposição podem ser obtidas com uso de corrente alta, mesmo com energia reduzida, 
com aumento da velocidade de avanço. 
 
Oscilaçao do eletrodo 
Dependendo da posição de soldagem e o diâmetro de eletrodo utilizado, a 
oscilação pode ser necessária porém, ela acarreta uma diminuição na velocidade, o 
que de fato aumenta a energia de soldagem. 
 
Dimensões do eletrodo 
Os diâmetros de eletrodo disponiveis variam de 1 a 8 mm e o comprimento de 
350 a 470 mm. O diâmetro do eletrodo é um dos principais fatores limitantes da faixa 
útil de corrente elétrica a ser utilizada na solda. Usando a lei de Ohm: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
 
Aumentando o diâmetro do eletrodo, causa um aumento imediato no supercie, a 
resistencia automaticamento aumenta, por outrolado, quando a resistencia diminui a 
corrente aumenta. De fato prova-se que se o diâmetro aumenta para manter o equilibrio 
deve-se aumentar a corrente também. E o maior comprimento tem consequencias 
diretas sobre tempo em aberto do arco, portanto maximiza o trabalho realizável. 
 
Ângulo do eletrodo em relação à peça 
Define-se dois angulos do eletrodo em relação ao eixo longitudinal de trabalho: o 
ângulo lateral ou de trabalho, o ângulo longitudinal também denominado de ataque. Ele 
é ajustado no sentido de: 
 Equalizar o fluxo termico entre as partes soldadas 
 Controlar o banho na poça de fusão 
 O formato do cordão, e a molhabilidade do liquido nas bordas do chanfro. 
 
2.1.3 Consumíveis 
Os consumíveis mais conhecido como eletrodo é feito a partir de extrusão do 
revestimento sobre a alma do eletrodo ou arame. 
 
Revestimento 
Os revestimentos consitem de misturas de compostos de minerais ou organicos 
às quais são adicionadas aglomerados outros compostos como pó de ferro com 
finalidade específica. 
O metal de solda deve possuir as proriedades mecânicas e metalurgicas 
requeridas, condiçoes adequadas de proteção gasosa, desoxidação e adição de liga. 
De maneira resumida os constituientes do eletrodo devem garantir: 
A estabilidade do arco, formação de gases protetores da poça, formação de 
escória agindo como agentes desoxidantes, adição de componentes de liga, melhorar 
as propriedades de aderencia e ductilidade. 
As seguintes tabelas apresentam os tipos de revestimentos segundo a norma 
AWS, e mostram a importancia do pó de ferro na taxa de deposição. 
13 
 
 
Tabela 3 - Características Operacionais dos Eletrodos Revestidos para Aços ao Cabono 
(baseada na AWS A5.1) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14 
 
Tabela 4 - Formulações Típicas dos Revestimentos dos Eletrodos para Soldagem de 
Aços ao Carbono 
 
 
 
2.2 SOLDAGEM COM CHAMA OXIGÁS (OFW) 
 
Esse tipo de equipamento, muitas vezes utilizado para soldagens de reparos em 
funilarias, consiste na utilização do calor proveniente da combustão de um gás 
combustível juntamente com o oxigênio para fundir os metais que se deseja unir. Neste 
processo é necessário uma chama com temperaturas próximas de 3000ºC ou ainda 
mais alta. 
O combustível necessário para a combustão é em forma de gás por ser mais 
explosivo e volátil e existem diversas variedades de gases que se pode utilizar, sendo 
que o gás escolhido dependerá da temperatura necessária para obter a fusão dos 
15 
 
metais em trabalho. O gás mais utilizado é o acetileno devido a sua alta temperatura, 
podendo alcançar temperaturas acima de 3100ºC. 
 
Tabela 5 – Gases combustíveis mais utilizados na soldagem OFW 
 
 
A soldagem oxigás é recomendada para reparos em chapas finas, pois 
necessitam de uma temperatura menor para fundir, quanto maior o volume da chapa 
maior será a área de propagação da energia calorífica e então consequentemente 
maior será tempo para a fundição no material em questão. 
Em geral os metais que podem ser soldados, são aqueles que possuem 
temperatura de fusão alcançável pela chama do maçarico dependendo do gás utilizado, 
sendo os metais mais comuns a serem soldados são o aço, ferro fundido, níquel, 
alumínio, cobre e suas ligas. 
Mas nem sempre a temperatura de fusão de um metal é o ponto crítico, a sua 
reatividade e refratariedade também importam, para metais com reatividade muito alta 
não é aconselhável usar a soldagem por oxigás, pois devido à dissipação do calor no 
metal, não é possível atingir o poder calorífico localizado na peça, como exemplo temos 
o titânio e zircônio. Apesar de existirem poucos metais refratários, estes não devem ser 
16 
 
soldados também, pois o acumulo de calor concentrado ocasiona um acumulo 
excessivo de calor ao redor da poça de solda tendo resultado um aquecimento 
diferencial com formação de tensões resíduas. 
 
2.2.1 Equipamentos 
O inventário das peças do equipamento é simples e a física presente é a 
dinâmica de fluidos com circunferências de diversos tamanhos podendo ser regulados 
pelas válvulas, que fazem o gás sair com maior pressão (principio de Bernoulli). Os 
equipamentos necessários são constituídos de dois cilindros - um para o gás 
combustível e outro para o oxigênio comprimido -, mangueiras, válvulas reguladoras de 
pressão dos gases, válvulas de segurança epor fim um maçarico. Os equipamentos 
estão postos conforme a Figura 2. 
 
Figura 2 – Equipamentos da soldagem com chama oxigás 
 
 
Os equipamentos de proteção individual são os mesmos utilizados na soldagem 
com eletrodos revestidos. 
 
Maçarico 
Um maçarico típico consiste de um punho, um misturador e um bico montado, 
conforme Figura 4. Ele fornece um meio de controle independente do fluxo de cada 
gás, um método de conectar uma variedade de bicos ou outros aparatos a punhos 
convenientes e possibilita o controle dos movimentos da chama. Os gases passam 
17 
 
pelas válvulas de controle, através de passagens separadas no punho, vão para o 
dispositivo misturador onde o Oxigênio e o gás são misturados, e finalmente saem por 
um orifício pela extremidade do bico. 
Há basicamente dois tipos gerais de misturadores. Os mais comumente 
utilizados são os de pressão positiva (também chamados de média pressão) e os 
injetores (chamados de baixa pressão). Os misturadores de pressão positiva requerem 
que os gases sejam liberados para o maçarico em pressões acima de 14 kPa. O 
objetivo do misturador do tipo injetor é aumentar a utilização efetiva dos gases 
fornecidos a pressões de 14 kPa ou menos. 
Misturadores de gás vêm em vários estilos e tamanhos, de acordo com o projeto 
do fabricante. A função principal destas unidades é misturar o gás e o Oxigênio 
completamente para assegurar uma combustão suave. 
O bico é apresentado como sendo um tubo simples, estreito na extremidade para 
produzir um cone de soldagem adequado. São feitos de metais não-ferrosos, tais como 
ligas de cobre, com alta condutividade térmica para reduzir o perigo de 
superaquecimento. O furo em ambos os tipos deve ser suave a fim de produzir o cone 
de chama requerido. A extremidade frontal do bico deve ser também modelada para 
permitir um uso fácil e proporcionar uma visão clara da operação. 
 
Figura 3 – Elementos básicos de um maçarico 
 
 
 
 
18 
 
Chama 
A parte mais importante do processo é a formação da chama no maçarico que 
deve ser de alta temperatura, alta velocidade de combustão e a chama deve o mínimo 
possível interagir de forma química com o metal. 
Usando como exemplo de combustível o gás acetileno juntamente com o 
oxigênio apenas alterando as concentrações dos dois gases podemos formar cinco 
tipos de chamas com características diferentes. 
A primeira é a chama acetilênica indesejada em nosso processo, pois possui a 
menor temperatura de combustão em contato com o ar, possui uma concentração 
apenas de acetileno ocasionando uma combustão incompleta com formação de muita 
fuligem. 
A partir da acetilênica aumentando o nível de oxigênio obtemos a chama 
carburante que tem formação de duas novas áreas, chama com maior luminosidade e 
maior potencial calorífico. 
Equilibrando as concentrações de oxigênio e acetileno, obtemos a chama neutra 
que pode então soldar aços com concentrações medianas de carbono. 
Subindo a concentração de acetileno até a chama apresentar na área do cone 
interno um tom verde, obtêm-se uma chama redutora que reage com o metal com uma 
temperatura de 3000ºC, podendo soldar ferro fundido, chumbo, alumínio e ligas de 
zinco. 
A última chama e a mais importante é a chama oxidante que tem excesso de 
oxigênio e possui maior poder calorífico podendo atingir 3280ºC com efeito oxidante 
sobre os metais podendo soldar aço galvanizado, latão e bronze. 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
 
Figura 4 – Tipos de chama 
 
 
2.2.2 Oxicorte 
Além de concertos em chapas que são feitos através da fundição da chapa de 
solda, este aparto de oxigás também pode ser utilizado como ferramenta de corte. 
A principal ferramenta utilizada para cortes é o oxicorte que funciona da seguinte 
maneira: a chapa é pré-aquecida por uma chama com temperatura até atingir a 
temperatura de ignição do metal, que é quando o metal apresenta uma cor 
avermelhada, porém abaixo do ponto de fusão. Ao atingir essa temperatura, um jato de 
oxigênio é dirigido para a área da peça, instigando uma reação exotérmica entre o 
oxigênio e o metal, cortando o metal por uma oxidação catastrófica com a formação de 
óxidos e escória. 
 
Requisitos do oxicorte 
- A temperatura de ignição do material deve ser inferior ao ponto de fusão, caso 
contrário, o material funde e então irá fluir para fora; 
- O ponto de fusão de óxido deve ser menor do que a do material circundante de 
modo que ela pode ser mecanicamente soprada pelo jato de oxigênio; 
- A reação de oxidação entre o jato de oxigênio e o metal deve ser suficiente 
para manter a temperatura de ignição; 
- Mínimo de produtos de reação gasosa deve ser produzida de modo a não diluir 
o oxigênio de corte. 
 
 
20 
 
3. CONCLUSÃO 
 
Conclui-se que podemos compreender de forma teórica os efeitos e processos 
das soldagens OFW e SMAW, seus equipamentos, funções e utilizações, porém, um 
melhor aprofundamento e fixação dessas práticas seriam mais bem absorvidos com a 
realização de aulas experimentais desses temas abordados. 
Ambos os processos de soldagem são muito empregados devido à grande 
versatilidade de seus processos, simplicidade e baixo custo de operação. Apesar da 
sua simplicidade, a qualidade de uma boa solda só é alcançada com muita prática, 
destreza e habilidade do operador de solda. Os equipamentos de proteção individual 
são de extrema importância no manuseio das peças e na prática da soldagem devido 
aos diversos riscos presentes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 
 
ASM TREINAMENTOS. Soldagem por oxigás. Disponível em: 
<http://www.asmtreinamentos.com.br/downloads/soldador/arquivo25.pdf>. Acesso em: 
6 de novembro de 2017. 
 
BRACARENSE, Alexandre. Processo de Soldagem com Chama Oxigás – OFW. Belo 
Horizonte: Universidade Federal de Minas Gerais – Programa de Pós-Graduação em 
Engenharia Mecânica, 2000. 
 
MACHADO, Ivan G. Soldagem e Técnicas Conexas: Processos. Porto Alegre, 2007. p. 
70-96. 
 
MARQUES, Paulo; MODENESI, Paulo. Soldagem I: Introdução aos Processos de 
Soldagem. Belo Horizonte: Universidade Federal de Minas Gerais – Departamento de 
Engenharia Metalúrgica, 2000. 
 
MECANICA INDUSTRIAL. Introdução a soldagem. Disponível em: 
<https://www.mecanicaindustrial.com.br/introducao-a-soldagem/>. Acesso em: 7 de 
novembro de 2017. 
 
PORTAL EBAH. Seleção do processo de soldagem. Disponível em: 
<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAkWAAB/selecao-processo-
soldagem?part=2>. Acesso em: 5 de novembro de 2017. 
 
PORTAL SÃO FRANCISCO. Oxicorte. Disponível em: 
<http://www.portalsaofrancisco.com.br/quimica/oxicorte>. Acesso em: 7 de novembro de 
2017. 
 
WAINER, Emílio; BRANDI, Sérgio D.; MELLO, Fábio D. H. Soldagem: Processos e 
Metalurgia. São Paulo: Editora Edgard Blucher, 2004. p. 30-55. 
22 
 
 
WELD VISION. Como definir qual o melhor processo de soldagem. Disponível em: 
<http://www.weldvision.com.br/como-definir-qual-o-melhor-processo-de-soldagem/>. 
Acesso em: 6 de novembro de 2017.