07 Soldagem Uniões

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SOLDAGEM
1. Introdução
Junção de peças metálicas por contato e aquecimento.
Processos por fusão: fusão local das partes, necessidade de metal de adição (geralmente).
Processos por pressão: aquecimento para aumento da plasticidade (sem fusão) e aplicação de 
pressão.
2. Tipos de juntas
Juntas de topo:
- flange (partes de até 3mm de espessura)
- reta (3 a 8mm)
- em V (14 a 16 mm)
- em duplo V (16 a 20 mm)
- em U (acima de 20mm)
- em duplo U (acima de 20 mm)
Juntas sobrepostas: sobreposição de 3 a 5 vezes a espessura das chapas
Juntas de canto (com ou sem chanfro)
Juntas em T (com ou sem chanfro)
3. Metalurgia da Solda
Soldagem ocorre pela eliminação de óxidos superficiais e solução sólida dos metais 
envolvidos.
Aquecimento pode levar a fusão local, crescimento de grãos cristalinos ou mudança não 
significativa na estrutura das partes.
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Juntas de topo
Junta sobreposta
Juntas de canto
Juntas em T
Para soldagem com metal de adição e junta em V, obtém-se o esquema da figura a seguir.
A região 2 é formada pelo metal de adição, a região 3 é formada pela zona das partes que 
sofreram fusão e a região 4 se trata de uma zona que é aquecida e resfriada sem mudanças 
significativas na estrutura cristalinas.
Entre as regiões 3 e 4 existe uma zona em que o metal não é fundido mas, pela elevada 
temperatura, ocorre grande recristalização (crescimento de grãos) e diminuição das propriedades 
mecânicas de resistência e dureza.
Perguntas:
1. Existe relação entre o perfil da junta soldada e a espessura das chapas?
2. Faça um esboço da metalurgia da solda, identifique a região menos resistente da solda e 
explique a diminuição da resistência.
4. Soldagem a gás
Realiza-se a fusão das partes e do metal de adição por chama obtida com a queima de 
mistura de gás combustível (acetileno, hidrogênio, butano, propano) e oxigênio.
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Gás mais comum: acetileno. Costuma-se chamar a soldagem de oxi-acetilênica.
Utilizada geralmente em serviços de reparo (baixo custo).
Não é utilizada na produção seriada pois apresenta baixa produtividade e alta dependência 
da habilidade do operador.
Equipamento utilizado na obtenção da chama: maçarico.
- maçarico de baixa pressão: proporção constante entre gás combustível e oxigênio.
- maçarico misturador: proporção pode ser controlada
Controlando-se a proporção de gases altera-se as características da chama, necessário para 
fusão de materiais variados.
5. Soldagem a arco elétrico
Fonte de calor: arco elétrico originado pela polarização da peça e do eletrodo.
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Maçarico de baixa pressão Maçarico misturador
A polarização pode ser contínua ou alternada (gerando corrente contínua ou alternada). Arco 
é mais estável em corrente contínua.
Tensões necessárias para formação do arco:
- CC: 40 a 50 V
- CA: 50 a 60 V
Para manutenção do arco são necessárias tensões mais baixas (15 a 30 V para eletrodo 
metálico, 30 a 35 V para eletrodo de carbono).
O metal de deposição é fundido e geralmente depositado na forma de gotas como mostra a 
figura a seguir.
O eletrodo pode ser consumível (se trata do próprio metal de adição) ou não consumível 
(fabricado em tungstênio ou carbono)
5.1 Soldagem com eletrodos revestidos
Eletrodo revestido:
- alma metálica (material de adição)
- revestimento composto de materias orgânicas e minerais
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O eletrodo é consumido.
Funções do revestimento:
- formar nuvem gasosa protetora (evita oxidação da solda)
- estabilizar o arco elétrico
- formar escória que retarda o resfriamento da peça (escória deve ser posteriormente 
removida)
- introduzir elementos de liga
É possível a soldagem em posições variadas e o operador utiliza apenas uma das mãos. Mas 
a qualidade da solda depende fortemente da habilidade do operador.
5.2 Soldagem TIG
TIG – Tungsten Inert Gas
Arco é formado por eletrodo não consumível de tungstênio e proteção atmosférica é obtida 
pela cobertura de gás inerte (mistura de hélio e argônio).
Tungstênio suporta altas correntes, eletrodo pode ter diâmetro pequeno e assim uma menor 
área da peça é afetada pelo calor.
Pode-se soldar chapas de pequena espessura sem adição de metal (une-se as peças fundidas 
localmente).
5.3 Soldagem MIG-MAG
As soldagens MIG (metal inerte gas) e MAG (metal active gas) utilizam eletrodo 
consumível que é alimentado automaticamente. Proteção atmosférica é obtida de forma semelhante 
à do processo TIG.
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Proteção gasosa devido 
ao revestimento
Alimentação automática: deposição uniforme do metal de adição, baixa dependência da 
habilidade do operador e alta produtividade.
5.4 Soldagem a arco submerso
Eletrodo consumível sem revestimento.
Proteção contra oxidação é obtida pela submersão do arco elétrico em fluxo granulado.
Fluxo é isolante térmico: concentra calor na região de interesse (eletrodo e peça)
Funções do fluxo:
- proteger contra oxidação
- estabilizar o arco
- formar camada superficial que retarda o resfriamento da peça
- evitar respingos (100% do material é depositado)
Parte não fundida do fluxo pode ser reaproveitada.
Processo totalmente automático, formação de cordões de solda uniformes com bom 
acabamento. Alta produtividade.
Limitação: soldagem apenas na posição horizontal.
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Equipamentos da soldagem 
a arco submerso
Variações da soldagem a arco submerso:
- “twin arc”: dois eletrodos em paralelo (camada de deposição mais larga)
- “tanden arc”: dois eletrodos em série (camada de deposição mais espessa)
- eletrodo em fita: eletrodo na forma de fita (camada de deposição mais larga)
Perguntas
1. Cite qual é o elemento que protege a região de soldagem quanto à oxidação em cada caso: 
soldagem à gas, eletrodo revestido, TIG, MIG-MAG, arco-submerso
2. O elemento protetor possui alguma outra função? Quais funções?
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3. Ordene os métodos de soldagem acima por ordem crescente de automação. Qual é a 
relação dessa ordem com os custos e a qualidade do processo?
6. Soldagem por resistência
Aquecimento (abaixo do ponto de fusão) por passagem de corrente elétrica e aplicação de 
pressão.
Os eletrodos são compostos de ligas de cobre e materiais refratários como o tungstênio.
Existem alguns tipos de montagem diferentes:
- soldagem por pontos
- soldagem de topo
- soldagem por costura (eletrodos circulares, permite a obtenção de tubos com costura)
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7. Brasagem
Utilizada para unir partes de metais diferentes com a adição de metal que possua 
soldabilidade com ambas as partes.
Apenas o metal de adição é fundido (maçarico, fornos, resistência elétrica)
Partes devem estar ligeiramente afastadas (0,013 a 0,075 mm) para que o metal de adição 
líquido penetre por capilaridade.
Materiais de adição: ligas de cobre (latão), ligas de prata, ligas de alumínio.
Juntas podem ser sobrepostas ou de topo
Utilizado na fixação de pastilhas de corte.
Dependendo dos materiais de adição e de suas temperaturas de fusão, classifica-se:
- soldabrasagem (650 – 920 oC)
- soldagem forte (400 – 450 oC)
- soldagem fraca (300 oC)
A soldabrasagem também se diferencia pela deposição ser semelhante a de uma soldagem 
(sem capilaridade).
É utilizado fluxo granulado para a proteção contra oxidação.
Perguntas:
1. Em qual tipo de soldagem você classificaria a “solda” com ferro de solda (componentes 
eletrônicos)
2. Qual é a principal diferença entre a soldagem por resistência e as soldagens a arco?
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UNIÃO MECÂNICA
1. Introdução
União de peças por meio de dispositivos mecânicos, interferência, etc.
Existem duas classes:
- permanentes
- não-permanentesPrincipais vantagens: facilidade de montagem, desmontagem (quando possível) e inspeção, 
uso de ferramentas simples e de mão de obra não qualificada.
Principal desvantagem: podem ser custosas se o tempo de montagem for elevado (pode 
chegar a 50% do tempo de fabricação). Procura-se minimizar a necessidade de montagem.
Padronização: diminuição de custos de fabricação de elementos fixadores e equipamentos, 
redução do tempo de montagem.
Produtos grandes podem ser transportados não-montados e montados já no local de entrega.
Desmontagem: permite manutenção (substituição de peças desgastadas, ajustes).
Tolerâncias exigidas para montagem automática podem ser maiores que as requeridas para o 
produto.
2. Elementos Rosqueados
2.1 Parafusos
Fixadores mais freqüentes, geralmente não permanentes.
Podem ser fixados por porcas ou parte rosqueada.
Existem diversas geometrias, porém padronizadas (padrão ISO, padrão americano)
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Parafuso de 
porca
Parafuso de 
calota
Prisioneiros: parafusos “sem-cabeça”
Os parafusos são geralmente conformados a frio. Podem ser usinados.
São empregados diversos materiais: aços de baixo e médio carbono, aços inoxidáveis, ligas 
de alumínio, ligas de níquel e poliméricos.
Aço geralmente é revestido com elemento resistente à corrosão: níquel, cromo, zinco.
Tensões nos parafusos:
- tração do corpo do parafuso
- compressão das partes unidas
- cisalhamento do corpo do parafuso
- cisalhamento dos filetes
É necessário dar pré-tensão ao parafuso para boa união (aperto e resistência). Controle de 
pré-tensão é realizado pelo controle do torque.
Deve-se preferencialmente manter a cabeça do parafuso fixa e apertar a porca. Evita-se 
tensões e ruptura próxima à cabeça do parafuso.
Com o aperto os filetes da porca sofrem conformação plástica, o que permite a distribuição 
da força por alguns filetes. Além disso ocorre encruamento e aumento da resistência do material da 
porca. Assim, porcas nunca devem ser reutilizadas.
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2.2 Insertos
Roscas internas fixadas por interferência em materiais pouco resistentes como ligas leves de 
magnésio, madeira e plásticos.
Também existem variações soldadas e fixadas com rebites.
2.3 Arruelas
Acessório que garante melhor junção por parafusos.
- distribuem as tensões
- permitem maior folga entre parafuso e furo passante
- veda a junção
- previne o afrouxamento do parafuso
3. Rebites
Juntas mecânicas permanentes de alta produtividade e baixos custos.
Pino com cabeça é introduzido em furos passantes de chapas e ponta do pino é conformada a 
quente ou a frio por martelamento ou prensagem para conformação de segunda cabeça.
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Vários formatos: sólido, semi-tubular, bifurcado, de compressão
Tubulares: mais baratos (redução de material). São mais facilmente conformados e 
utilizados em fixação de partes sob baixas solicitações. Podem ser rosqueados (semelhantes a 
insertos).
Rebites de repuxo: tubulares montados com pino para o repuxo (conformação).
4. União por interferência
Encaixe de peça com dimensões maiores que dimensões do furo onde é encaixada.
Gera tensões de compressão e tração capazes de fornecer atrito resistente a torques.
Montagem pode ser feita por prensagem de peça com extremidade em formato de cunha, 
forçada contra o furo ou por variações dimensionais causadas por efeitos térmicos.
Geralmente aquece-se a parte com o furo. Eventualmente pode-se também resfriar a parte 
com o pino.
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5. Encaixes de engate rápido
União propiciada pela geometria das partes.
Partes ficam alinhadas automaticamente levando a montagem rápida (mesmo por operador 
humano) sem a necessidade de equipamentos especiais.
6. Anéis de retenção (elásticos)
Permitem o posicionamento de peças a eixos.
Podem ser tanto externos como internos.
7. Juntas Metálicas
Conformação de extremidades de chapas.
Perguntas:
1. Por que as chapas da carenagem de navios e aviões são preferencialmente unidas por 
rebites (e não parafusos)?
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2. Existe a possibilidade de união por interferência de materiais com fluência elevada?
ADESIVOS
1. Introdução
União permanente por material geralmente polimérico que se adere às superfícies de duas 
partes.
Resistência do adesivo é obtida por sua cura (polimerização, vulcanização, etc). Às vezes é 
necessário aquecimento, porém bastante brando.
2. Características
Tipos:
- naturais: baixa tensão
- inorgânicos: baixa tensão
- sintéticos: tensões moderadas
Deve ser feita limpeza prévia das superfícies (retirada de poeira, óleos e óxidos). 
Preferencialmente não utilizar sobre superfícies muito lisas (provocar certa rugosidade proposital).
Principais vantagens: aplicavél a diversos materiais e geometrias, não há mudança na 
microestrutura do material.
Principais desvantagens: restritos a baixas tensões solicitantes, temperatura de trabalho 
limitada, necessidade de limpeza e preparamento das superfícies, dificuldade de inspeção.
Tempo de cura pode ser longo a ponto de inviabilizar o processo.
Adesivo também pode ser usado para vedação de outras junções.
Perguntas:
1. Quais as vantagens e desvantagens do uso de adesivos para a união de peças?
2. Existe alguma outra aplicação de adesivos além da união de peças?
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- Chiaverini, V. - Tecnologia Mecânica, Volume II, 2a ed., Makron Books, 1986
- Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4th ed, Addison Wesley, 2000
- Groover, M. P., Fundamentals of Moder Manufacturing, Prentice Hall, 1996
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