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Mário Bittencourt - 2016.1 9 2.1. Vantagens n Portatibilidade; n Ótimo para chapas finas; n Menor fadiga do operador; n Ciclos térmicos menores (ótimo para aços endurecíveis); n Equipamento de baixo custo, comparado com outros processos, e versátil; n Soldagem automatizada com a preparação de bordas. 2.2. Desvantagens n Grandes zonas afetadas pelo calor; n Cordões mais largos; n Maiores distorções e empenos; n Risco de retrocesso de chama; Mário Bittencourt - 2016.1 10 2.3. Variáveis de Soldagem n Ajuste da chama n Técnicas de deslocamento da chama n A combustão ocorre em dois estágios. n O primeiro estágio utiliza o oxigênio suprido pelos cilindros de gases. n A reação pode ser percebida pelo pequeno cone formado no interior da chama. 2.3.1. Chama Oxi-combustível Mário Bittencourt - 2016.1 11 n A combustão ocorre em dois estágios. n O segundo estágio utiliza o oxigênio fornecido pelo ar da atmosfera que circunda a chama. n Esta zona de combustão é denominada “penacho”. 2.3.1. Chama Oxi-combustível 2.3.1. Chama Oxi-combustível Mário Bittencourt - 2016.1 12 2.3.1. Chama Oxi-combustível n Localização da maior temperatura alcançada na chama. n A temperatura da chama e o calor produzido dependem do tipo do gás combustível e seu poder calorífico. n Uma chama de alta temperatura, requer, no entanto, um grande volume de oxigênio para completar a combustão. 2.3.1. Chama Oxi-combustível Mário Bittencourt - 2016.1 13 n Devido a baixa densidade da fonte de energia (chama), a ZTA é larga, com grande tamanho dos grãos. n O metal de solda apresenta, em geral, baixas propriedades mecânica e a estrutura soldada sofre maior distorção do que com outros processos. 2.3.1. Chama Oxi-combustível 2.3.2. Ajuste da Chama Oxi-combustível n Aspecto da chama queimando apenas o gás combustível com o ar da atmosfera. Mário Bittencourt - 2016.1 14 2.3.2. Ajuste da Chama Oxi-combustível Chama Neutra VOLUME IGUAL DOS GASES Chama Carburante EXCESSO COMBUSTÍVEL Chama Oxidante EXCESSO OXIGÊNIO 2.3.2. Ajuste da Chama Oxi-combustível CARBURANTE NEUTRA OXIDANTE FILME Mário Bittencourt - 2016.1 43 8. Brasagem n Para se caracterizar como brasagem, o metal de adição deve sempre ter a temperatura de fusão inferior a do material base, evitando- se assim a diluição do metal de base na junta. 8. Brasagem Mário Bittencourt - 2016.1 44 8. Brasagem n Neste processo as partes a serem unidas não se fundem, apenas são aquecidas à uma temperatura próxima do intervalo de fusão do metal de adição. n A união ocorre através do efeito de molhabilidade e capilaridade. n Não ocorrendo a fusão das partes a serem unidas e nem o elevado aquecimento da região adjacente à junta, o metal de base manterá suas propriedades mecânicas originais. 8. Brasagem Mário Bittencourt - 2016.1 2 n “Operação que tem por objetivo a união de duas ou mais peças, produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a utilização de pressão e/ou material de adição, assegurando entre elas uma perfeita continuidade metálica e mantendo, por conseqüência, suas propriedades.” Soldagem n A produção do calor necessário a fusão do metal de base e do metal de adição, se usado, é realizado por meio da chama produzida pela combustão de gases (energia química). 1. Descrição do Processo Mário Bittencourt - 2016.1 3 REGULADORES DE PRESSÃO MAÇARICO DE SOLDA VÁLVULAS DE REGULAGEM MAÇARICO MANGUEIRA DE OXIGÊNIO MANGUEIRA DE COMBUSTÍVEL CHAMA OXI-COMBUSTÍVEL CILINDROS DE OXIGÊNIO E GÁS COMBUSTÍVEL VÁLVULA CORTA-CHAMA n A combustão é uma reação rápida acompanhada pela geração de calor, que é transferido da chama para a peça por meio da convecção forçada e pela radiação. 1. Descrição do Processo Mário Bittencourt - 2016.1 4 n As superfícies dos chanfros dos metais de base e o material de adição, quando presente, fundirão em conjunto formando uma poça de fusão única que, após o resfriamento, se comportará como um único material. 1. Descrição do Processo n Para que ocorra a soldagem, é necessário tempo, calor e/ou pressão; n com o tempo, o calor aplicado a peça fará uma fusão localizada onde, após o resfriamento, aparecerá a união dos metais; n no caso da utilização de pressão, isto causa um forjamento localizado. 1. Descrição do Processo Mário Bittencourt - 2016.1 5 1. Descrição do Processo 1. Descrição do Processo Mário Bittencourt - 2016.1 6 n Todos os metais e ligas comercialmente conhecidos fundem-se em temperaturas abaixo dos 4000ºC. n As ligas de aço, que são os materiais de maior utilização comercial, fundem na faixa de 1500ºC. n Assim, mostra-se viável a execução de soldagem por meio das temperaturas e poder calorífico desenvolvidos pela combustão dos diversos gases. 1. Descrição do Processo n A denominação do Processo de Soldagem Oxi- combustível nas normas internacionais é Oxyfuel Gas Welding – OFW. 1. Descrição do Processo Mário Bittencourt - 2016.1 7 2. Princípios de Operação n Na soldagem oxiacetilênica, o soldador tem considerável controle sobre a operação do processo, pois manipula a fonte de calor e o metal de adição. 2. Princípios de Operação n Quando a variação do calor adicionado pela chama é devidamente coordenada com a velocidade de soldagem as características da poça de fusão (tamanho, viscosidade e tensão superficial) e da taxa de deposição, podem ser controlados já que o calor pode ser aplicado, preferencialmente, no metal de base ou no metal de adição. Mário Bittencourt - 2016.1 8 2. Princípios de Operação n Estas qualidades fazem da soldagem oxi-combustível um processo ideal para unir peças finas de metal. n Seções espessas também podem ser soldadas por este processo, mas de modo menos econômico do que pela soldagem a arco elétrico. n Isto porque a temperatura da chama atinge cerca de 3000°C, enquanto a temperatura do arco elétrico alcança valores acima de 6000°C. 2. Princípios de Operação n A soldagem oxi-combustível pode ser realizada em qualquer posição de soldagem. Mário Bittencourt – 2017.2 11 14/08/2014 v É a visualização da passagem de uma corrente elétrica através de uma atmosfera gasosa. Arco elétrico ÂNODO (peça) CÁTODO (eletrodo) v Esta corrente elétrica é estabelecida entre dois eletrodos (ânodo e cátodo), v Temperatura pode variar entre 6000ºC e 30.000ºC. v Radiações emitidas: - Raio X, - Ultra Violeta e - Infra Vermelho. Arco elétrico Mário Bittencourt – 2017.2 12 14/08/2014 Arco elétrico v Os elétrons emitidos no cátodo passam pela coluna do arco na forma de íons e elétrons livres (PLASMA) e alcançam o ânodo onde entregam a sua energia cinética em forma de calor. Plasma v A região central entre os dois eletrodos é denominada PLASMA. v Plasma é o gás no estado dissociado e ionizado. v Ocorre quando um gás se dissocia e se ioniza livremente entre um ânodo e um cátodo. v Nesta condição, o gás é um condutor elétrico, contendo portadores de cargas livres. Mário Bittencourt – 2017.2 13 14/08/2014 Plasma ÂNODO CÁTODO ATMOSFERA GASOSA n É chamado de o quarto estado da matéria Plasma v É chamado de o quarto estado da matéria. SÓLIDO LIQUIDOGASOSO PLASMA Mário Bittencourt – 2017.2 14 14/08/2014 Plasma v O plasma e suas funções são influenciados pelas propriedades físicas do gás de proteção, tais como: - energia de dissociação - energia de ionização - condutibilidade elétrica Propriedades Gerais dos Gases Gas Argon Helium CO2 Oxygen Nitrogen Hydrogen Symbol Ar He CO2 O2 N2 H2 Purity % 99,99 99,99 99,7 99,5 99,5 99,5 Dew point 1b,°C -50 -50 -35 -35 -50 -50 Chem. reaction in welding inert inert oxydising oxydising low reactive reducing Mário Bittencourt – 2017.2 19 14/08/2014 Condutibilidade elétrica do gás plasma 5 10 20 30 He N2 Ar 100 10 1 temperature P=1 b 10 °K 3 H2 He Energia de soldagem ou Heat Input Quando o arco elétrico for a fonte de energia de um processo de soldagem, introduz-se o conceito de ENERGIA DE SOLDAGEM ou HEAT INPUT. Energia de soldagem ou heat input é a quantidade de calor produzido pelo arco elétrico e transferido para a peça. Mário Bittencourt – 2017.2 20 14/08/2014 O valor nominal da Energia de Soldagem pode ser determinado pela fórmula: EN (J/mm) = V (volts) X I (ampéres) Vsoldagem (mm/s) Energia de soldagem ou Heat Input Na prática cada processo de soldagem a arco elétrico possui uma eficiência de transferência de calor (f), que geralmente é maior do que 0,8 e frequentemente próximo a 1,0. Desta forma a Energia de Soldagem, ES, é dada por: ES = f EN Energia de soldagem ou Heat Input Mário Bittencourt – 2017.2 21 14/08/2014 O heat input influi na: - taxa de resfriamento da junta soldada, - na microestrutura, - nas propriedades mecânicas, - na taxa de deposição e - na diluição. metal de base metal de solda ZTA Energia de soldagem ou Heat Input Máquinas de Solda Mário Bittencourt – 2017.2 19 Funções do Revestimento n Gerar um gás para criar uma camada protetora ao metal líquido que está sendo transferido através da coluna do arco, para não ser contaminado pelos gases da atmosfera. n Adicionar elementos refinadores da poça de fusão e desoxidantes para a limpeza do depósito e proporcionar uma determinada estrutura metalúrgica ao depósito ou junta. Funções do Revestimento n Estabelecer as características operacionais do eletrodo como; Tipo da Corrente, Polaridade, Posição de Soldagem, Tipo de Transferência Metálica, Tipo de Escória, Força do Arco. n Transferir elementos de liga (Mn, Cr. Mo, Ni, etc.) que possibilite atender determinada propriedade metalúrgica (Mecânica e Química) do Metal de Solda ou Junta. n Permitir a geração da escória protetora do depósito possibilitando o ciclo térmico necessário para um determinado tipo de revestimento ou Classe de Eletrodo. Mário Bittencourt – 2017.2 23 Manuseio dos Eletrodos n Os eletrodos revestidos são muito higroscópicos e necessitam de cuidados especiais para que suas características não sejam afetadas. n A umidade pode causar: - porosidades - trincas - arco instável, - respingos e - acabamento ruim. Armazenamento n As embalagens são consideradas NÃO estanques; n Os eletrodos em estoque devem ser armazenados em estufa; n A ordem de retirada de embalagens deve seguir o FIRST IN – FIRST OUT (“FIFO”); n Os eletrodos devem ser dispostos em prateleiras no interior da estufa; Mário Bittencourt – 2017.2 24 Armazenagem n Dois aspectos deverão ser considerados e bem controlados: a temperatura e a umidade relativa do ar. Estufa para Armazenamento n Pode ser um compartimento fechado de um almoxarifado, que deve conter aquecedores elétricos e ventiladores para circulação do ar quente entre as embalagens. n Deve manter a temperatura pelo menos 10ºC acima da temperatura ambiente, porém nunca inferior a 20ºC, e deve também, estar dotada de estrados ou prateleiras para estocar as embalagens. Mário Bittencourt – 2017.2 25 Secagem n Os eletrodos celulósicos não são muito higroscópicos e raramente necessitam de secagem. n Os eletrodos básicos são os únicos que aceitam secagem em temperaturas mais elevadas, permitindo redução drástica no teor de umidade do revestimento devido à diminuição da água molecular de seus componentes sem prejuízo de suas propriedades. Secagem e Manutenção n A temperatura e o tempo mínimo de secagem e de manutenção das condições de secagem devem estar de acordo com as recomendações dos fabricantes. n Quando houver dúvidas quanto ao tratamento a ser dado aos consumíveis, o fabricante deve ser consultado sobre o manuseio, armazenagem, secagem e manutenção da secagem. n Devem ser elaborados formulários específicos para controle de secagem dos consumíveis. Mário Bittencourt – 2017.2 26 Secagem Manutenção n A tabela abaixo apresenta a faixa de temperatura efetiva na estufa de manutenção e na estufa portátil (cochicho) recomendadas para os eletrodos revestidos. Mário Bittencourt – 2017.2 27 Estufa de Secagem Estufa de Manutenção e Portátil (cochicho) Mário Bittencourt – 2017.2 28 n Massa de material depositado por unidade de tempo. n Sempre maior na posição plana. Efeito da gravidade mantém o metal fundido na junta. n Aumenta com a corrente de soldagem. n Processos com 2 ou mais arames aumentam substancialmente a taxa de deposição.1 Taxa de Deposição Eletrodo Revestido 1 a 3 kg/h MIG-MAG 2 a 6 kg/h Arco Submerso 5 a 12 kg/h Twin-arc 10 a 25 kg/h Tandem-arc 12 a 30 kg/h Eficiência do Processo n O tamanho das sobras,quebra do revestimento no manuseio, etc, pode ser um custo adicional expressivo em um projeto (desperdício). Usuário paga pelas perdas. Geralmente representam cerca de no mínimo 40% a mais no custo inicial do Eletrodo. Mário Bittencourt – 2017.2 29 Vantagens do Processo n Baixo investimento em equipamento; n O sistema é simples de operar e pode ser portátil; n Opera em ambientes fechados ou abertos; Vantagens do Processo n Não requer gás de proteção adicional; n Consumíveis disponíveis para a maioria dos metais de base e requisitos (mecânicos, químicos, especias) ; n Mão de obra/soldadores de localização relativamente fácil; Mário Bittencourt – 2017.2 30 Vantagens do Processo n Dependendo da aplicação, pode ser mais produtivo e evntualmente econômico que qualquer outro processo de soldagem. Exemplos: passe de raiz em linha de dutos, passe de raiz em juntas de difícil acesso, ponteamento. Desvantagens do Processo n Baixo fator de operação, n Baixa eficiência / rendimento n Baixa razão de depósito quando comparado com processos semi- automáticos, n Apresenta baixa velocidade de soldagem, na maioria das aplicações, Mário Bittencourt – 2017.2 31 Desvantagens do Processo n Elevada geração de fumos e gases prejudiciais a sáude, n Geralmente apresenta dificuldade na remoção da escória, n Requer maior habilidade do soldador, quando comparado com processos semi-automáticos Desvantagens do Processo n Gera grande quantidade de respingos, n Processo com maior possibilidade de gerar descontinuidades como (inclusão de escória, porosidade, trinca, falta de fusão), n Dependendo da classe do eletrodo (principalmente os de baixo hidrogênio), requer custos elevados de manuseio, manutenção e preservação, Mário Bittencourt – 2017.2 32 Desvantagens do Processo n Elevado custo por kg (ou metro) de metal depositado. n Processo que mais contribui nos custos das operações de soldagem em um projeto. Bibliografia n SILVA, F. J. G., Tecnologia da soldadura, 1 ed., Porto, PRT, Editora Publindústria, 2014. n WAINER, E.; BRANDI, S.; MELLO, F., Soldagem: processos e metalurgia, São Paulo, SP, Editora Blucher, 2013. n SENAI-SP, Soldagem, 1 ed., São Paulo, SP, Editora SENAI-SP, 2013. n MARQUES, P. V.; MODENESI, P. J.; BRACARENSE, A. Q., Soldagem fundamentos e tecnologia, 3 ed., Belo Horizonte, MG, Editora UFMG, 2009. Mário Bittencourt – 2017.2 2 º “Operação que tem por objetivo a união de duas peças (ou mais), produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a utilização de pressão e/ou material de adição, assegurando entre as peças uma perfeita continuidade metálica e mantendo, por conseqüência, suas propriedades.” Definição de Soldagem 1. Descrição do Processo º No processo MIG/MAG o calor necessário para a soldagem provém do arco elétrico que é estabelecido entre um arame eletrodo sólido, alimentado continuamente com velocidade controlada, e a peça a ser soldada. º A poça de fusão e o arame fundido são protegidos da contaminação da atmosfera por uma cortina gasosa. º É considerado um processo de soldagem semi- automático. Mário Bittencourt – 2017.2 3 1. Descrição do Processo º A abreviação MIG/MAG esta relacionada ao gás de proteção utilizado. M etal M etal I nert A ctive G as G as º Também é conhecido pela sigla internacional GMAW, que significa “Gas Metal Arc Welding”, ou seja Soldagem a Arco com Proteção Gasosa e Eletrodo Metálico. 1. Descrição do Processo Mário Bittencourt – 2017.2 4 1. Descrição do Processo Regulador de vazão Arame MIG Alimentador de arame Tocha MIG Fonte de energia Gás de proteção Peça de trabalho 1. Descrição do Processo Mário Bittencourt – 2017.2 5 º A transferência metálica para poça de fusão ocorre no arco elétrico. º O contato elétrico é do tipo deslizante. 1. Descrição do Processo º O processo não gera escória, apresentando na superfície do cordão soldado silicato de manganês, reação entre o óxidos de silício e de manganês, quando da utilização de gases ativos (SiO2 + MnO > SiO3Mn). º Em soldagem multipasse não é necessário, na maioria das vezes, retirar esta escória formada nos cordões anteriores 1. Descrição do Processo Mário Bittencourt – 2017.2 21 Gás de Proteção 4. Gases de Proteção 4. Gases de Proteção Mário Bittencourt – 2017.2 22 º Podem ser agrupados em quatro grupos: Inertes: Argônio, Hélio Parcialmente inertes: Nitrogênio Ativos (oxidantes): Oxigênio, Gás Carbônico Redutores: Hidrogênio 4. Gases de Proteção Gas Argon Helium CO2 Oxygen Nitrogen Hydrogen Symbol Ar He CO2 O2 N2 H2 Purity % 99,99 99,99 99,7 99,5 99,5 99,5 Dew point 1b,°C -50 -50 -35 -35 -50 -50 Chem. reaction in welding inert inert oxydising oxydising low reactive reducing º Propriedades gerais dos gases: 4. Gases de Proteção Mário Bittencourt – 2017.2 23 º Protegem a poça de fusão da contaminação atmosférica º e promovem uma atmosfera conveniente e ionizável para o arco elétrico. 4. Gases de Proteção º Entretanto um gás que proporciona uma perfeita proteção contra o ar, não necessariamente é o melhor para o arco de soldagem. º Existem, além do custo, outras propriedades que são importantes e devem ser consideradas para a escolha do gás de proteção. º Densidade relativa, condutividade térmica, potencial de ionização. 4. Gases de Proteção Mário Bittencourt – 2017.2 29 Baixa condutividade térmica, resultando em penetração na forma de “nariz”. Gás pesado, que tende a formar uma cobertura mais efetiva sobre a área de solda. É ionizado facilmente, com boa ignição e estabilidade de arco. Muito leve, se dissipa rapidamente, vazões altas são necessárias. Ignição difícil e estabilidade ruim do arco elétrico. Arco mais quente. Alta condutividade térmica, resultando em uma penetração tipo “concha”. 1,39 15,7 eV 0,015 0,14 24,6 eV 0,130 A R G Ô N IO H É L IO Densidade relativa Condutividade térmica1 Potencial ionização 1(cm³/0C/sec) Comparação Gases de Proteção º velocidade e custos da soldagem º queima de elementos de liga e propriedades mecânicas 4.5 Influência dos Gases de Proteção Os gases de proteção influenciam: º quantidade de respingos e fumos metálicos º tipo de transferência metálica º aspecto e geometria do cordão de solda Mário Bittencourt – 2017.2 30 Sua escolha depende: º processo de soldagem º material de base º espessura da chapa º estabilidade do arco elétrico º tipo de transferência desejado º penetração e geometria do cordão º velocidade de soldagem º acabamento 4.6 Escolha dos Gases de Proteção º Depende de uma série de fatores, incluindo: - Peso específico do gás - Fluxo (vazão) - Tipo de junta - Diâmetro do bocal - Comprimento do arco - Superfície da peça 4.7 Eficácia do Gás de Proteção Mário Bittencourt – 2017.2 31 º A vazão de gás de proteção deve ser estabelecida em função de: deslocamento de ar, do tamanho do bocal e da dimensão da poça de fusão. 4.7 Eficácia do Gás de Proteção º Utilização de gráficos Ø Bocal (mm) F o n te : D V S Corrente (A) Alumínio Aço n Modo prático: Vazão (l/min.) = Ø Bocal (mm) 4.7 Eficácia do Gás de Proteção Mário Bittencourt – 2017.2 32 Vazão Excessiva 4.7 Eficácia do Gás de Proteção Transferência Metálica 5. Transferência Metálica Mário Bittencourt – 2017.2 41 As principais variáveis do processo são: º Intensidade da Corrente (I) º Tensão do Arco (V) º Stickout º Velocidade de soldagem º Ângulo da tocha 6. Variáveis de Soldagem 6.1 Intensidade da Corrente (A) º A corrente controla a penetração. º Está diretamente ligada à velocidade de alimentação do arame. Aumento na velocidade de alimentação do arame provoca aumento da corrente. º Influência da variação da velocidade de alimentação do arame para uma tensão fixa: CORRENTE BAIXA MENOR PENETRAÇÃO CORRENTE ALTA MAIOR PENETRAÇÃO Mário Bittencourt – 2017.2 42 º Controla o comprimento do arco. º Controla a largura e altura do cordão de solda. º Influência da variação da tensão com velocidade alimentação arame fixa: 6.2 Tensão do Arco (V) TENSÃO ALTA CORDÃO LARGO E BAIXO TENSÃO BAIXA CORDÃO ESTREITO E ALTO 6.3 Velocidade de Soldagem º Influência direta sobre a penetração e acabamento do cordão de solda. º Controlataxa de deposição de material. Mário Bittencourt – 2017.2 43 ALTA º falta de deposição º cordão estreito º falta de penetração º baixa resistência. BAIXA º excesso deposição º cordão largo e alto º calor concentrado º empenos º mordeduras. 6.3 Velocidade de Soldagem 6.4 Stickout º Stickout ou extensão livre do arame é a parte do arame que conduz a corrente elétrica. º A tensão do arco elétrico é diretamente dependente do comprimento do arco. Mário Bittencourt – 2017.2 46 7. Vantagem do Processo º Versatilidade º Facilidade de operação e automação º Alta taxa de deposição (produtividade) º Fácil estocagem e manuseio dos consumíveis º Baixo custo º Qualidade º Baixo “heat imput” º Facilidade de operação e automação 7. Vantagem do Processo Mário Bittencourt – 2017.2 47 º Equipamento mais complexo º Aplicações ao ar livre mais limitadas º Acesso difícil, pelo formato da tocha º Velocidade de resfriamento elevada com possibilidades de trincas 8. Limitações do Processo º SILVA, F. J. G., Tecnologia da soldadura, 1 ed., Porto, PRT, Editora Publindústria, 2014. º WAINER, E.; BRANDI, S.; MELLO, F., Soldagem: processos e metalurgia, São Paulo, SP, Editora Blucher, 2013. º SENAI-SP, Soldagem, 1 ed., São Paulo, SP, Editora SENAI-SP, 2013. º MARQUES, P. V.; MODENESI, P. J.; BRACARENSE, A. Q., Soldagem fundamentos e tecnologia, 3 ed., Belo Horizonte, MG, Editora UFMG, 2009. º GROOVER, M. P., Introdução aos processos de fabricação, 1 ed., Rio de Janeiro, RJ, LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora, 2014. 9. Bibliografia