Exercícios metalurgia da soldagem

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Exercícios: Tecnologia e Metalurgia da Soldagem 
Considere a soldagem de uma junta de topo em chapa de aço com 25mm de espessura. Indique, descreva e justifique:
A preparação da junta considerando que só há acesso por um lado da mesma;
Um processo de soldagem com proteção gasosa para soldagem dessa junta;
Medidas para controle de deformação de trincas caso o metal base tenha um teor de carbono de 0,5%.
Resposta: 
1. a) A preparação da junta se dá pela limpeza da peça e preparação do chanfro para soldagem, o que assegura o grau de penetração e a facilidade de obtenção de uma solda sem defeitos. A preparação do chanfro pode ser feita com talhadeira pneumática, esmeril, maçarico de oxicorte. Existem máquinas elétricas ou pneumáticas especialmente concebidas para operações de chanfradura. Uma delas permite executar chanfros em K, V, X ou Y, com ângulos de 15 a 60o, sobre chapas com espessuras de até 25mm. 
A preparação com elementos chanfrados formando um U, com um trecho reto que não ultrapasse 3mm ou ¼ da espessura do elemento mais fino. Pode ser simétrico ou não. Tem a mesma finalidade do chanfro em V, mas os bordos do U sendo menos abertos, a largura é menor na parte superior da junta. No caso de grandes seções esta disposição causa menor consumo de material e uma redução da deformação. A preparação é recomendada para espessuras superiores a 20mm, quando não é fácil soldar pelos 2 lados.
Antes de serem submetidas ao processo de soldagem, as superfícies deverão estar lisas e uniformes, sem rebarbas, entalhes ou outros defeitos. Deve-se também garantir a limpeza do material, pois é fundamental que as superfícies a serem soldadas estejam isentas de umidade, óxido, graxa e tinta.
b) O processo indicado para esse caso é MIG/MAG. A zona fundida é protegida por um gás de proteção e permite a realização da solda em qualquer posição. São também características do processo: alta taxa de deposição, alta penetração e exige pouca limpeza após a soldagem.
Trata-se de um processo de soldagem por arco elétrico entre a peça e o consumível em forma de arame, eletrodo não revestido, fornecido por um alimentador contínuo, realizando uma união de materiais metálicos pelo aquecimento e fusão. O arco elétrico funde de forma contínua o arame à medida que é alimentado à poça de fusão. O metal de solda é protegido da atmosfera por um fluxo de gás, ou mistura de gases, inerte (MIG) ou ativo (MAG).
Neste processo de soldagem é utilizada a corrente contínua (CC) e geralmente o arame é utilizado no polo positivo (polaridade reversa). A polaridade direta é raramente utilizada, pois proporciona uma menor taxa de transferência do metal fundido do arame de solda para a peça. As correntes mais comumente empregadas são de 50A até mais do que 600A, com tensões de soldagem de 15V até 32V. Um arco elétrico autocorrigido e estável é obtido com o uso de uma fonte de tensão constante e com um alimentador de arame de velocidade constante. Veja abaixo a ilustração do processo de soldagem MIG/MAG e detalhes da ponta da tocha do equipamento.
c) Aços com teores altos de carbono dificultam a soldagem pelo risco de formação de trincas induzidas pelo hidrogênio, principalmente na zona termicamente afetada. Podem ainda ocorrer problemas de porosidade, mordeduras, falta de fusão, corrosão, etc. 
A escolha de processos onde a transferência de hidrogênio para a peça são menores são indicados, o uso de alta energia de soldagem e um pré-aquecimento entre 200 e 320oC, especialmente para peças mais pesadas. A realização de tratamentos térmicos após a soldagem (alívio de tensões ou mesmo recozimento) é aconselhável.
Na soldagem de aços de baixo carbono e de baixa liga para aplicações de grande responsabilidade, usualmente exigem demandas rigorosas relativas ao comportamento da junta soldada em fratura. Descreva três descontinuidades usuais de juntas soldadas que afetam de forma mais negativa este comportamento. Indique e explique causas operacionais (do processo de soldagem) para a sua formação e medidas no procedimento para o seu controle e detecção. 
Resposta:
2. Trincas:
As trincas são consideradas as descontinuidades mais graves em juntas soldadas, pois são fortes concentradores de tensão, podendo favorecer o início da fratura frágil. Trincas resultam de tensões de tração (tensões transientes, residuais ou externas) sobre um material incapaz de resistir a elas, em geral, devido a algum problema de fragilização. Estas podem se formar durante, após a soldagem, em outras operações de fabricação subsequentes à soldagem ou durante o uso do equipamento ou estrutura soldada. A detecção da evolução das trincas pode ser realizada por ensaios não destrutivos que são testes que permitem a inspeção do material sem alterar fisicamente a peça. Trincas superficiais podem ser detectadas por ensaios como com líquidos penetrantes e partículas magnéticas. Esse último detecta também defeitos sub superficiais. Trincas internas podem ser detectadas por ensaios como ultrassom e radiografia. 
Inclusões de escória:
As inclusões de escória são formadas a partir de óxidos e outros sólidos não-metálicos aprisionados entre passes de solda ou entre a solda e o metal de base. Em vários processos de soldagem, uma escória é formada por materiais pouco solúveis no metal fundido e que tendem a sobrenadar na superfície da poça de fusão devido à sua menor densidade. Uma manipulação inadequada do eletrodo durante a soldagem pode fazer com que parte da escória escoe a frente da poça de fusão aprisionando-a sob o cordão. Além disso, na soldagem com vários passes, parte da escória depositada com um passe pode ser inadequadamente removida e não ser refundida pelo passe seguinte ficando aprisionada sob este passe. Diversos fatores podem dificultar a remoção da escória, incluindo, a formação de um cordão irregular ou o uso de um chanfro muito fechado. Inclusões de escória podem agir como concentradores de tensão favorecendo a iniciação de trincas. Uma forma de controlar a inclusão de escória é a limpeza da peça após cada passe, evitando que essas inclusões fiquem aprisionadas pelo próximo passo. Como as inclusões são, normalmente, descontinuidades internas do material, são necessários ensaios não destrutivos como ultrassom e radiografia para detectá-las. Estas aparecem, em geral, com uma forma alongada em radiografias. 
Porosidades:
Porosidades podem ser definidas como um espaço vazio formado pelo aprisionamento de gás durante a solidificação. Estas descontinuidades tem um formato, normalmente, esférico, embora poros alongados possam ser formados pela presença do hidrogênio. O aparecimento de porosidades se dá por razões como: baixa vazão de gás ou obstrução da saída de gás por respingos – Uma possível solução seria aumentar a vazão de gás e limpar regularmente o bocal de gás; turbulência causada pelo excesso de vazão de gás – solução: diminuir a vazão de gás; excessivas correntes de ar – solução: proteger a região da solda. Além disso, contaminações por sujeira, oxidação e umidade na superfície do metal de base, de consumíveis de soldagem ou no equipamento de soldagem. Parâmetros inadequados de soldagem como corrente excessiva e um arco muito longo podem, também, causar a formação de porosidade, particularmente, na soldagem SMAW. Neste processo, estas condições favorecem a degradação do revestimento ou o consumo excessivo de desoxidantes, propiciando a evolução de CO na poça de fusão e a formação de porosidade. Portanto controlar tais parâmetros e limpar adequadamente a superfície do material a ser soldado é fundamental para controlar a geração de porosidades. 
A detecção de porosidades no material também pode ser realizada por ensaios não destrutivos. Dependendo das regiões e do tamanho das porosidades, até mesmo ensaios visuais podem detectar tais descontinuidades. A disposição das porosidades pelo material indicarão os efeitos sob o material. Uma disposição homogênea pela peça não causa efeitos tão desastrosos como no caso de porosidades relativamente
alinhadas, o que aumenta os riscos de iniciação e propagação de trinca no material.