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Welerson Reinaldo de Aráujo Tecnologia da Soldagem 2014 Processos Contínuos de Produção 1.1 Métodos de União de Metais Os métodos de união de metais podem ser divididos em duas categorias distintas: União por forças macroscópicas entre as partes a serem unidas: Parafusagem e Rebitagem União por ação de forças microscópicas interatômicas e intermoleculares: Brasagem, Colagem e Soldagem Processos Contínuos de Produção 1.1 Definição de Soldagem Definição AWS (American Welding Society): “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 a utilização de pressão e/ou material de adição” “Processo de união de materiais baseado no estabelecimento de forças de ligação química de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais, na região de ligação entre materiais que estão sendo unidos” (Inclui Brasagem) FORÇAS INTERATÔMICAS Processos Contínuos de Produção Operação de união de materiais metálicos através de aquecimento localizado até uma temperatura determinada, com ou sem emprego de metal de adição e/ou aplicação de pressão, conferindo continuidade metálica à junta e preservando as propriedades dos metais de base. 1.1 Definição de Soldagem Processos Contínuos de Produção 1.1 Caracterização da Tecnologia da Soldagem Tecnologia de conjugação ou coalescência de metais ou ligas metálicas, de modo a promover a eliminação da interface entre eles, conferindo continuidade metálica à união. união permanente e irreversível dificuldade para desfazer a junta soldada integridade mecânica com ausência de interface entre os materiais caminho para a propagação de trincas propriedades e características da junta soldada podem ser modificadas, minimizados ou alteradas para uma situação desejada através de tratamentos térmicos e mecânicos durante/após a soldagem, restituindo as propriedades e características originais do material/junta soldada, para um desempenho satisfatório em serviço a qualidade pode ser controlada e avaliada através de ensaios e testes de conformidade, sanidade, aceitabilidade e funcionalidade Processos Contínuos de Produção 1.1 A Soldagem a) preservar as propriedades e características originais dos metais de base b) conferir ao metal depositado ou junta soldada propriedades e características similares e/ou apropriadas aos metais de base Desempenho em Serviço Processos Contínuos de Produção 1.1 Desempenho em serviço do objeto soldado - resistência mecânica: limite resistência e escoamento - dureza - ductilidade: alongamento e redução de área - tenacidade: energia absorvida no impacto ou choque - fluência: resistência à temperatura ambiente ou a quente - resistência à fadiga: esforços cíclicos ou repetitivos - características térmicas, elétricas: condutividade - propriedades magnéticas - resistência à corrosão e oxidação - resistência ao desgaste por impacto, atrito, abrasão, fricção etc Solicitações em Serviço Processos Contínuos de Produção 1.2 Técnicas de Soldagem Uma forma de agrupar os processos de soldagem é basear-se no método dominante para produzir a solda (técnica de soldagem): Processos de soldagem por fusão. Processos de soldagem por pressão (ou deformação). Processos Contínuos de Produção 1.2 Técnicas de Soldagem - Fusão Fontes térmicas promovem a fusão do metal de adição e/ou metal base na região da junta -fontes elétricas: arco elétrico, plasma, resistência do material à passagem de corrente (aquecimento por efeito Joule) -fontes termoquímicas: chama oxicombustível (reação de combustão) ou reação aluminotérmica (redução de óxidos metálicos) -fontes radiantes: Laser ou feixe de elétrons fonte térmica solda junta soldada fonte térmica metal de adição solda junta soldada a) fusão do metal base, sem presença de metal de adição: processos autógenos b) fusão do metal base, com presença de metal de adição Processos Contínuos de Produção 1.2 Técnicas de Soldagem - Fusão Mostrar vídeos de transferências. Processos Contínuos de Produção 1.2 Técnicas de Soldagem – Pressão e Deformação Plástica Aplicação de pressão à junta é feita através de meios mecânicos: pressão, forjamento, detonação. Para facilitar a deformação pode-se gerar calor à junta, associado às fontes mecânicas. a) aplicação de pressão a quente no estado sólido e sem presença de metal de adição: processos autógenos b) aplicação de pressão a frio no estado sólido e sem presença de metal de adição: processos autógenos pressão temperatura ambiente junta soldada solda fonte térmica pressão junta soldada solda Processos Contínuos de Produção 1.2 Técnicas de Soldagem – Pressão e Fusão Fusão do metal base com aplicação de pressão, sem presença de metal de adição: processos autógenos fonte térmica pressão junta soldada solda Processos Contínuos de Produção 1.2 Soldagem X outros Processos de Fabricação A soldagem é hoje o principal processo usado na união permanente de peças metálicas Possibilidade de união de materiais dissimilares Apresenta custo competitivo Fabricação em uma grande variedade de espessuras Possibilidade de fabricação e manutenção em campo e no chão de fábrica Processos Contínuos de Produção 1.3 Aplicação Industrial da Soldagem Fabricação Manutenção Produção de peças, componentes ou estruturas novas Conferir forma Recobrir a superfície de uma peça ou estrutura nova, para conferir propriedades ou características superficiais Revestimento Restauração de superfícies desgastadas em serviço ou com propriedades ou características superficiais perdidas pelo uso Revestimento corretivo Recuperação de peças ou componentes usados ou com defeitos de fabricação Enchimento corretivo Reconstituição de peças, componentes ou estruturas antigas ou com alteração de projeto original Reconstrução Emprego da tecnologia da soldagem: caldeiraria, autopeça, indústria microeletrônica, metal-mecânica, planta petroquímica, mineração, serralheria, oficina de manutenção, serviços de manutenção e prestação de serviços, criação artística etc. Processos Contínuos de Produção R&MNaval & Offshore Energia Pipemills Pipeline Automotiva Fabricação em Geral 1.3 Aplicação Industrial da Soldagem Cortesia: ESAB Processos Contínuos de Produção 1.3 Aplicação Industrial da Soldagem soldagem sub-aquática molhada soldagem submarina em câmara seca Cortesia: Prof. José Eduardo Brandão Processos Contínuos de Produção 1.3 Aplicação Industrial da Soldagem Cortesia: Internet Processos Contínuos de Produção 1.3 Aplicação Industrial da Soldagem Cortesia: ESAB Processos Contínuos de Produção 1.3 Aplicação Industrial da Soldagem Fabricação de nós de plataforma marítima para prospecção de petróleo Cortesia: ESAB Processos Contínuos de Produção fixação das lâminas no suporte do aparelho de barbear revestimento resistente ao desgaste em pá misturadora de asfalto enchimento engrenagem com falha em serviço 1.3 Aplicação Industrial da Soldagem Processos Contínuos de Produção 1.3 A soldagem em materiais metálicos a) Conferir Forma ou Integridade Estrutural: Soldagem de Fabricação ou de Constituição - Soldagem artística b) Revestir Superfícies: Soldagem de Revestimento ou Recobrimento Protetor. c) Reconstituir Forma, Dimensão ou Propriedades: Soldagem de Manutenção ou de Reparação ProcessosContínuos de Produção Slides de Ubu – Pipe shop. Vídeo Navio a) Conferir Forma Processos Contínuos de Produção b) Revestir Superfícies Cortesia: ESAB – Inox 316L para ambiente corrosivo, Inconel para abrasivo e corrosivo Processos Contínuos de Produção b) Revestir Superfícies Cortesia: Eutectic Castolin Processos Contínuos de Produção c) Reconstituir forma, dimensão e propriedade Cortesia: ESAB Processos Contínuos de Produção c) Reconstituir forma, dimensão e propriedade Cortesia: ESAB Processos Contínuos de Produção c) Reconstituir forma, dimensão e propriedade Cortesia: ESAB Processos Contínuos de Produção Tipos de Juntas Topo Ângulo Canto Aresta Sobre-posta 1.4 Elementos de Soldagem Processos Contínuos de Produção Elementos de chanfro ou bisel Nariz (s): Parte não chanfrada Abertura (f): Menor distância entre as peças a soldar Ângulo de abertura (α) Ângulo de chanfro (β) Os elementos de chanfro são escolhidos de forma a permitir um fácil acesso a junta, mas, idealmente, com menor necessidade possível de adição de material 1.4 Elementos de Soldagem Processos Contínuos de Produção 1.5 Elementos do chanfro e da junta - fusão A E X F a F N X F A E = espessura do material no local da junta F = fresta ou abertura da raiz da junta A = ângulo da junta a = ângulo do chanfro (ou do bisel) X = profundidade que define a simetria do nariz N = nariz da junta Processos Contínuos de Produção travamento junta(corte transversal) junta junta em anel ou virola calandrada travamento “aranha” (vista de cima) apenso junta a) Apenso (“orelha”, “secretário” ou “babador”): prolongamento metálico, de mesma composição do metal base, fixado mecanicamente ou ponteado por solda nas extremidades da junta para iniciar e terminar a deposição de solda; o apenso é removido após o término da soldagem. b) Travamento (“cachorro”, “sargento” ou “aranha”): dispositivo para fixar, evitar empeno ou distorção e manter as dimensões da junta, componente ou conjunto durante a soldagem. 1.5 Elementos do chanfro e da junta - fusão Processos Contínuos de Produção 1.5 Elementos do chanfro e da junta - fusão Processos Contínuos de Produção c) Cobrejunta (“mata-junta”, “backing”) e inserto: visam conter o metal líquido depositado para evitar excesso de penetração ou perfuração da junta. Podem ser metálicos, fita metalizada, cerâmicos ou em pó. solda tira de cobrefita metálica inserto metálico tira de metal sapata de cobre corte AA cobrejunta integral - Metálico: Fusível / não removível (permanente): material similar ao metal base, solda depositada ou o próprio metal base. Não fusível / removível (temporário) 1.5 Elementos do chanfro e da junta - fusão Processos Contínuos de Produção c) Cobrejunta (“mata-junta”, “backing”) e inserto 1.5 Elementos do chanfro e da junta - fusão Processos Contínuos de Produção fluxo granuladosuporte metálico molde refratário ou grafita peça cerâmico •- Não-metálico: Fusível / removível (temporário) Não fusível / removível (temporário) 1.5 Elementos do chanfro e da junta - fusão Processos Contínuos de Produção d) Confecção dos chanfros a Frio: métodos mecânicos + controle por ensaios não destrutivos> guilhotina, tesoura, chanfradeira, usinagem, serra, jato hidro abrasivo Quente: métodos térmicos + desbaste mecânico + controle END> oxicorte, plasma, grafite, eletrodo revestido, LASER 1.5 Elementos do chanfro e da junta - fusão e) Preparação das juntas: pré-montagem da junta no componente ou conjunto a ser soldado Ponteamento: com pontos de solda temporária ou definitiva Fixação mecânica: gabaritos, cunhas, ferramentas de pressão Processos Contínuos de Produção f) Proteção do chanfro / junta chanfro: verniz anti-oxidante, sem necessidade de remoção para soldagem; óleo ou produtos orgânicos / minerais junta soldada: pintura ou revestimentos protetores (galvanização, aluminização etc) 1.5 Elementos do chanfro e da junta - fusão g) Furos de fuga: furos executados no metal base nas proximidades da junta com configuração fechada, para possibilitar a saída de gases gerados pelo processo de soldagem. Ex: flanges ou chapa de reforço em bocais de vasos de pressão Esferas Processos Contínuos de Produção Utilizam-se juntas de topo, sobrepostas ou em ângulo chanfradas ou não, em função do tipo de processo/procedimento. 1.6 Elementos do chanfro e da junta – Pressão ou fusão + pressão Vídeos Pipe e Fricção Processos Contínuos de Produção Por que 2 metais colocados em íntimo contato não se soldam espontaneamente ou naturalmente? Quais seriam as vantagens de se unir por soldagem 2 chapas sem metal de adição? Considere a soldagem entre aços carbonos resistentes à corrosão atmosférica, também chamados de aços patináveis (ao Cr, Cu, Si ou S): chapa USI SAC 350 + tubo sem costura VMB 350 COR – resist. Mecânica ~ 530MPa (dos dois). a) Quais deverão ser as características e propriedades do metal depositado? b) Seria possível depositar solda com resistência mecânica de 950MPa? Justifique sua resposta. Lista 1
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