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1 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Soldagem com Eletrodos Revestidos •Fundamentos •Equipamentos •Consumíveis •Técnica operatória •Aplicações Industriais So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Fundamentos Definição A soldagem a arco com eletrodos revestidos (Shielded Metal Arc Welding- SMAW) é um processo que produz a coalescência entre metais pelo aquecimento destes com um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico revestido e a peça que está sendo soldada. 2 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Fundamentos So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Fundamentos Com escória Sem escória Cordão de solda sobre chapa feito com eletrodo revestido: 3 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Fundamentos Cordão de solda em tubo feito com eletrodo revestido: So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Fundamentos O eletrodo revestido consiste de uma vareta metálica, chamada "alma", que conduz a corrente elétrica e fornece metal de adição para enchimento da junta. A alma é recoberta por uma mistura de diferentes materiais, numa camada que forma o "revestimento" do eletrodo, que tem diversas funções na soldagem: • estabilizar o arco elétrico; • ajustar a composição química do cordão (adição de elementos de liga e eliminação de impurezas); • proteger a poça de fusão e o metal de solda contra contaminação pela atmosfera (geração de gases e de uma camada de escória; •conferir características operacionais, mecânicas e metalúrgicas ao eletrodo e à solda. 4 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Fundamentos Vantagens • grande versatilidade de ligas soldáveis, caracterís- ticas operacionais, mecânicas e metalúrgicas do metal depositado; • custo relativamente baixo; • simplicidade do processo e do equipamento; • possibilidade de uso em locais de difícil acesso ou abertos, sujeitos à ação de ventos. So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Fundamentos Limitações • baixa produtividade (taxa de deposição entre 1,5 e 5 kg/h); • baixo fator de ocupação do soldador, inferior a 40%; • necessidade de um treinamento demorado e oneroso; • necessidade de cuidados especiais com os eletrodos; • grande volume de gases e fumos gerados no processo, que podem ser prejudiciais à saúde, particularmente em ambientes fechados. 5 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Fundamentos • Principal processo de soldagem a arco em utilização no Brasil, embora sua importância relativa tenha decrescido muito nos últimos anos, particularmente nos países mais desenvolvidos; • É usada na fabricação e montagem de diferentes equipamentos e estruturas, tanto em oficina como no campo; • O processo é basicamente manual; • Variação "mecanizada" do processo, a soldagem por gravidade, tem sido utilizada estaleiros. So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Fundamentos • Materiais soldáveis: aços-carbono, aços de baixa, média e alta liga, aços inoxidáveis, ferros fundidos, alumínio, cobre, níquel e ligas; • Metais não soldáveis: os de baixo ponto de fusão como o chumbo, estanho e zinco e os refratários ou muito reativos, como o titânio, zircônio, molibdênio e nióbio. • Diferentes combinações de metais dissimilares podem ser soldadas. Um passe, sem preparação 1,0 – 3,2 Um passe, com preparação 3,2 – 6,4 Vários passes acima de 3,2 Filete 1,6 a 7,0 6 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Equipamentos Os equipamentos de um posto de soldagem manual com eletrodos revestidos compreendem, em geral, fonte de energia, cabos, porta-eletrodos, ferramentas (picadeira, escova de aço, etc.) e materiais de segurança (máscara, óculos, avental, etc.) So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Equipamentos Fontes para soldagem SMAW Corrente alternada Corrente contínua 7 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Equipamentos Ferramentas e eletrodos para soldagem SMAW So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Equipamentos • O comprimento do arco é controlado manualmente pelo soldador e sofre variações durante a operção. Por isso fontes do tipo "corrente constante" são usadas. • A tensão em vazio é da ordem de 50 a 100 Volts. Após a abertura do arco, a tensão cai para o valor de trabalho, entre cerca de 17 e 36 Volts, e a corrente de soldagem se aproxima do valor selecionado. • O baixo fator de ocupação do soldador deve ser considerado na compra de um equipamento de soldagem. 8 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Equipamentos • O porta-eletrodos serve para prender o eletrodo e energizá-lo. Isolamento, conservação, capacidade • Os cabos têm a função de conduzir a corrente elétrica da fonte ao porta-eletrodos (cabo de soldagem) e à peça (cabo de retorno ou cabo terra). Podem ser de cobre ou de alumínio, devem ter boa flexibilidade e serem recobertos por uma camada de material isolante, resistente à abrasão e à sujeira. • Três fatores devem ser considerados na escolha de cabos para uma dada aplicação: – a corrente de soldagem, – o ciclo de trabalho da máquina e – o comprimento total dos cabos do circuito. So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Equipamentos Dispositivo para soldagem por gravidade 9 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Consumíveis • Alma: diâmetro entre 1,5 e 8 mm e comprimento entre 23 e 45 cm. • Revestimento: composição determina as caracterís- ticas operacionais e influencia a composição química e as propriedades mecânicas da solda efetuada. • Outras funções: –realizar ou possibilitar reações de refino metalúrgico, (desoxidação, dessulfuração, etc); –formar uma camada de escória protetora; –facilitar a remoção de escória e controlar suas propriedades físicas e químicas; –facilitar a soldagem nas diversas posições; –dissolver óxidos e contaminações na superfície da junta; –reduzir o nível de respingos e fumos; –diminuir a velocidade de resfriamento da solda; –possibilitar o uso de diferentes corrente e polaridade; –aumentar a taxa de deposição. So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Consumíveis • Eletrodo ideal cumpre todas estas funções, a um custo de produção satisfatório, e não apresenta problemas de conservação e manuseio. Tal eletrodo não existe • Os eletrodos comerciais procuram atender a um conjunto de exigências, em detrimento de outras, de modo a torná-los adequados a determinadas aplicações, a um custo razoável. • Existe no mercado um grande número de tipos de eletrodos que apresentam diferentes características operacionais, aplicáveis a diferentes materiais e que produzem soldas com diferentes características, que são classificados de acordo com sistemas propostos por diferentes sociedades (AWS, DIN, AFNOR, ABNT, ISO, etc.) 10 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Consumíveis So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Consumíveis Para aços de baixa-liga, a classificação AWS apresenta, após o último dígito que indica tipo de revestimento, um hífen seguido de um conjunto de letras e números, que estabelececlasses de composição química Outra diferença entre as classificações de eletrodos de aço doce e de aço de baixa-liga está nas classes de resistência mecânica do metal depositado, respectivamente 60/70 ksi e de 60 a 120 ksi. Exemplos de classificação de eletrodos de baixa-liga: E 7018–A1, E 7020–G, E 9015-B2L, E 10016-C2, E 12018-M. 11 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Consumíveis Composição dos revestimentos: • celulose e dextrina: gerar atmosfera redutora, constituída principalmente por CO e H2, que protege o arco; • carbonatos (aCO3): controlam a basicidade da escória e fornecem atmosfera protetora com sua decomposição; • dióxido de titânio (rutilo): reduz a viscosidade da escória e o seu intervalo de solidificação, além de estabilizar o arco; • ferro-manganês e ferro-silício: promovem a desoxidação da poça de fusão e ajustam sua composição; • pó de ferro: aumenta a taxa de deposição e o rendimento do eletrodo, além de estabilizar o arco. So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Consumíveis Composição dos revestimentos: • outras adições metálicas: controlam a composição do metal depositado; • argilas: formam escória e facilitam a fabricação do eletrodo por extrusão; • fluoreto de cálcio: ajuda a controlar a basicidade da escória e diminui sua viscosidade; • silicatos: formam escória e os silicatos de potássio ou sódio agem como ligante do revestimento e • óxidos de ferro e manganês: formam escória, controlam a sua viscosidade e estabilizam o arco. 12 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Consumíveis Fabricação dos eletrodos So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Consumíveis • revestimento rutílico: (TiO2), produz escória abundante, densa e de fácil destacabilidade. São de fácil manipulação, podem ser usados com CC e CA, em qualquer posição, produzem um cordão de bom aspecto, com média ou baixa penetração. São de uso geral; • revestimento básico: contém quantidades apreciáveis de carbonato de cálcio (ou outro) e fluorita, gera escória básica e CO2 que protege a solda da atmosfera. A escória promove dessulfuração. Produz soldas com baixo teor de hidrogênio. A penetração é média e o cordão apresenta boas propriedades mecânicas. Usado em aplicações de alta responsabilidade, soldagem de grandes espessuras e estruturas de alta rigidez e é também o mais usado na soldagem de aços de composição química desconhecida ou de pior soldabilidade. São altamente higroscópicos e requerem cuidados especiais de armazenagem; 13 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Consumíveis • revestimento celulósico: possui uma elevada quantidade de material orgânico (celulose), cuja decomposição no arco gera grandes quantidades de gases e pouca escória. Produz um arco muito violento, causando grande volume de respingos e alta penetração. O aspecto do cordão não é bom, apresentando escamas irregulares. As soldas são consideradas boas. São particularmente recomendados para soldagem fora da posição plana, tendo grande aplicação na soldagem circunferencial de tubulações e na execução de passes de raiz em geral. Devido à sua elevada penetração e grandes perdas por respingos, não são adequados para o enchimento de chanfros. So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória 14 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória Manuseio e conservação de eletrodos revestidos So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Consumíveis Adição de pó de ferro: • É fundido e incorporado à poça de fusão, causando um melhor aproveitamento da energia do arco e maior estabilização para adições de até 50% em peso do revestimento. • Torna o revestimento mais resistente ao calor, permitindo a utilização de maiores correntes de soldagem para um dado diâmetro de eletrodo. • Tem-se um aumento significativo na taxa de deposição dos eletrodos. • Quanto maior a adição, maiores serão a poça de fusão e a dificuldade de seu controle durante a soldagem, dificultando ou mesmo impossibilitando a operação fora da posição plana. 15 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Consumíveis • Os eletrodos de aço inoxidável e outras ligas ferrosas com elevado teor de cromo são agrupados na especificação AWS A 5.4. • São divididos em dois grupos, quanto às características do revestimento: - E XXX-15: eletrodos para operar somente com CC e - E XXX-16: eletrodos para operar também com CA XXX é a designação do grau do metal depositado, segundo a AISI (American Iron and Steel Institute) So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória • Variáveis operatórias: tipo e diâmetro do eletrodo; tipo, polaridade e valor da corrente de soldagem; tensão e comprimento do arco; velocidade de soldagem; técnica de manipulação do eletrodo e a seqüência de deposição e soldagem. • O diâmetro do eletrodo, seu tipo e espessura do revestimento determinam a faixa de corrente em que este pode ser utilizado. A seleção do diâmetro é baseada na espessura do metal a ser soldado, na posição de soldagem e no tipo da junta. • Eletrodos de maior diâmetro são usados em materiais de maior espessura. Eletrodo excessivamente grande para uma dada espessura pode levar a perfuração da peça durante a soldagem. 16 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória • A soldagem fora de posição é feita preferencialmente com eletrodos de menor diâmetro do que o utilizado na posição plana, devido à maior dificuldade de se controlar a poça de fusão. • Na soldagem em chanfro, as dimensões do chanfro também devem ser consideradas na escolha do diâmetro do eletrodo. • Por exemplo, na execução de passes de raiz, o diâmetro do eletrodo deve permitir que este penetre até a raiz da junta. • Por questões econômicas, deve-se usar o maior diâmetro de eletrodo possível para uma dada tarefa, desde que não existam limites para a energia de soldagem, por questões de ordem metalúrgica. So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória • A faixa de corrente utilizável para um dado eletrodo depende de seu diâmetro, do material da alma, do tipo e espessura do revestimento e da posição de soldagem. • Para cada eletrodo e diâmetro de alma existe uma faixa de corrente de soldagem recomendada. • Correntes inferiores à mínima instabilizam o arco e causam aquecimento e fusão insuficientes e correntes superiores à máxima prejudicam o revestimento devido ao seu aquecimento excessivo por efeito Joule. • Em geral, as faixas de corrente utilizáveis para cada diâmetro de eletrodo são apresentadas na embalagem do produto. 17 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória • A corrente de soldagem é o principal parâmetro que controla o volume da poça de fusão e a penetração da solda no metal base. • Corrente ! Largura, penetração, refôrco da solda ! Volume da poça de fusão ! • Correntes excessivas provocam: poças de fusão de grandes dimensões e de difícil controle, a degradação do revestimento, respingos excessivos e perda de resistência mecânica e tenacidade da solda. • O tipo de corrente e sua polaridade afetam a forma e as dimensões da poça de fusão, a estabilidade do arco e a transferência de metal de adição. • A escolha do tipo e valor de corrente não depende do tipo e diâmetro do eletrodo a ser usado na operação. Sold ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória • Efeito do tipo de corrente na geometria da solda: 18 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória • A tensão pode variar entre cerca de 17 e 36 V e depende do diâmetro do eletrodo, do tipo de revestimento, da corrente usada e do comprimento do arco. Tensão ! diâmetro do arco ! corrente e comprimento do arco !. •Soldagem manual: comprimento é controlado pelo soldador e depende da habilidade e experiência deste. • A manutenção do comprimento do arco em uma faixa adequada é importante para a obtenção de uma solda aceitável. • Comprimento " arco intermitente e até extinção. cordões estreitos e reforço excessivo. So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória • Comprimento ! arco sem direção e concentração, respingos e proteção deficiente, porosidades. • O comprimento correto do arco depende do diâmetro do eletrodo, do tipo de revestimento, do valor da corrente e da posição de soldagem. Como orientação, o comprimento do arco deve ficar entre 0,5 e 1,1 vezes o diâmetro da alma do eletrodo. • A velocidade de soldagem deve ser escolhida de forma que o arco fique ligeiramente à frente da poça de fusão. • Velocidades ! cordões estreitos, baixa penetração, de aspecto ruim, mordeduras, escória de difícil remoção. • Velocidades " cordão mais largo, penetração e reforço excessivos. 19 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória • A correta manipulação do eletrodo é importante em todas as etapas da soldagem: abertura do arco, deposição propriamente dita e extinção do arco. • Na abertura, o eletrodo é encostado rapidamente na superfície da peça, preferencialmente numa região a ser fundida e próxima ao início do cordão, e afastado a uma distância da ordem do comprimento de arco a ser usado. • A abertura do arco em uma região que não será fundida deixa marcas (marca de abertura de arco) na superfície da peça, que podem ser antiestéticas e mesmo causar a iniciação de trincas, por exemplo, em aços temperáveis. So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória 20 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória Três movimentos principais: • movimento de mergulho: avanço do eletrodo em direção à poça de fusão, de modo a manter constante o comprimento do arco (velocidade de mergulho deve ser igual à velocidade de fusão do eletrodo, em média); • movimento de translação: deslocamento do eletrodo e do arco ao longo da junta, com uma velocidade uniforme (velocidade de soldagem) e • movimento de tecimento: deslocamento lateral do eletrodo em relação ao eixo da solda, utilizado para obter uma cordão mais largo, fazer flutuar a escória, garantir a fusão das paredes do chanfro, e para controlar a poça de fusão, além de tornar mais suave o ciclo térmico de soldagem. So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória Movimentos de tecimento 21 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória Além dos movimentos, é importante a manutenção de um correto posicionamento do eletrodo em relação à junta. O posicionamento correto depende do tipo e espessura do revestimento do eletrodo, da geometria da junta e da posição de soldagem e deve: • evitar que a escória flua a frente da poça de fusão, prevenindo seu aprisionamento e formação de inclusões; • controlar a repartição do calor nas peças, particularmente na soldagem de componentes com diferentes espessuras; • facilitar a observação da poça de fusão e • minimizar os efeitos do sopro magnético, quando necessário. So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória Posicionamento do eletrodo – soldagem plana 22 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória Posicionamento do eletrodo – soldagem horizontal So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória Posicionamento do eletrodo – soldagem vertical 23 So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Técnica Operatória Posicionamento do eletrodo – soldagem filete Mesma espessura Espessuras diferentes So ld ag em co m E le tr od os R ev es tid os Aplicações Industriais É muito usado industrialmente, em praticamente todos os tipos de indústria e largamente utilizado na manutenção de equipamentos e estruturas, além de poder ser usado em situações de emergência para outras operações como corte, furação, etc., com o uso de técnicas especiais. Tem sido intensamente usada na manutenção de estruturas submersas, em soldagem subaquática, em ambientes molhados ou secos, devido à grande versatilidade do processo. Como o nível de qualidade depende fortemente do soldador, o profissional precisa ter muita habilidade e concentração, são conseguidas com muito treino e execução de muitas soldas. A formação de mão de obra qualificada é demorada e onerosa
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