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Engenharia de Produção Professor Ricardo Matheus ENP01031 Processos de Fabricação FACULDADE FARIAS BRITO BACHARELADO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO SOLDAGEM A OPERAÇÃO QUE VISA A UNIÃO DE DUAS OU MAIS PEÇAS , ASSEGURANDO NA JUNTA, A CONTINUIDADE DAS PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS. PROCESSOS DE SOLDAGEM PROCESSOS DE SOLDAGEM PROCESSOS POR FUSÃO PROCESSOS POR FUSÃO PROCESSOS A ARCO VOLTAICO Veja as peculiaridades de cada processo: Soldagem com Eletrodo Revestido Soldagem TIG Soldagem Plasma Soldagem MIG/MAG Soldagem a Arco Submerso Soldagem sob Escória Eletrocondutora Soldagem com Eletrodo Tubular ELETRODO REVESTIDO TIG - TUNGSTÊNIO INERTE EM GÁS - Processo TIG – Tungsten Inert Gas • Definição: soldagem a arco com eletrodo de tungstênio e proteção gasosa (Gas Tungsten Arc Welding – GTAW) • Uso de eletrodo de Tungstênio não consumível • Proteção gasosa feita por gás inerte ou mistura de gases inertes (Argônio e Hélio) • Soldagem poderá ser feita com ou sem material de adição Processo TIG – Tungsten Inert Gas • Baixa produção de escória e fumos, com ótima visibilidade da poça de fusão • Excelente controle da energia transferida (arco suave e estável) • Indicada para chapas finas e peças de difícil soldabilidade • Ótimo acabamento (pouca necessidade de limpeza) • Baixa produtividade e alto custo • Aplicações especiais Soldagem TIG Fonte de energia (transformador/retificador) Ignitor Eletrodo não consumível de Tungstênio Tocha de soldagem (pistola) Equipamento e consumíveis Gás de proteção Mangueiras Sistema de refrigeração da tocha (para elevadas amperagens, >150A) Vareta de material de adição (material específico ou o próprio metal de base) Equipamento e consumíveis Fonte de energia • Fonte composta de transformador e retificador, normalmente eletrônica • Fornece um valor constante e ajustável de corrente elétrica • Trabalha com corrente contínua, alternada e pulsada • Possui um ignitor para abertura e extinção do arco e controles para ajustagem do processo • Faixa de operação: 5 a 10A (mínima) e 200 a 500A (máxima) Fonte de energia • Corrente alternada (TIG AC): Utilizada para soldagem de metais não ferrosos, sobretudo alumínio e magnésio • Corrente contínua (TIG DC): Polaridade direta (-) ou reversa (+). Utilizada para soldar aço, aço inoxidável, níquel, cobre, aço cromo-molibdênio Seleção da corrente Eletrodos de Tungstênio • Ponta verde (puro): é o eletrodo considerado o "comum" e também é o mais barato deles. Contém 99,50% de tungstênio. Forma pequena bola após o uso. Indicado para soldagem de alumínio e magnésio. Excelente estabilidade de arco com TIG AC. Não deve ser usado em TIG DC. Eletrodos de Tungstênio • Ponta vermelha (1,7 e 2,2% Tório): mais utilizado, preferidos por causa da excelente vida útil e facilidade de uso (abertura do arco e alta amperagem). Opera muito abaixo da temperatura de fusão (baixo desgaste e baixo risco de contaminação). Ideal para soldagem de aço carbono, aço inoxidável, níquel e titânio. Eletrodos de Tungstênio • Ponta cinza (1,80 e 2,20% Cério): melhor para TIG DC baixa amperagem ou TIG AC. Fácil abertura de arco indicado para solda de tubos, pequenas peças e chapas finas de aço carbono, aço inoxidável, titânio. Não é indicado para altas amperagens. • Outros: – Ponta dourada e azul (Lantânio): versátil (TIG AC e DC), excelente para aço inoxidável (fonte pulsada). – Ponta marrom e branca (Zircônio): somente para TIG AC, usado para ferro, aço e aço inoxidável. Eletrodos de Tungstênio Afiação do eletrodo Dispensada para eletrodos com diâmetro menor que 1,6 mm Regulagem da corrente Regulagem da corrente Gás de proteção • Argônio (Ar ou SG-A) – Melhor proteção, arco mais estável – Menor consumo e custo, solda mais limpa com AC • Hélio (He ou SG-He) – Maior penetração e velocidade – Maior consumo e custo mais elevado • Mistura de Argônio e Hélio (SG-AHe-XX) Gás de proteção Metal de adição • Pode ser utilizado vareta (manual) ou arame (automatizada) • Normatizado pela AWS Metal de adição, aço carbono Técnica de soldagem • Regulagens do equipamento (parâmetros de soldagem) • Preparação da peça (limpeza, chanfros, fixação, pré- aquecimento) • Vazão do gás e abertura do arco (contato ou centelha) • Movimentação da tocha (angulação e velocidade) • Posicionamento e movimentação da vareta de metal de adição (dentro da poça e da nuvem de gás) • Extinção do arco e fechamento do gás • Limpeza e acabamento • Posições de soldagem Regulagem do equipamento • Escolha, afiação e montagem do eletrodo (ponta verde, vermelha, etc.) • Escolha do gás de proteção (Ar, He, mistura) e conexão do cilindro e regulador de pressão • Escolha da vareta de solda • Regulagem da amperagem e tipo de corrente (AC, DC-, DC+ ou pulsada) • Seleção do modo de operação (2T ou 4T) • Seleção da forma de abertura do arco (centelha ou contato) Regulagem do equipamento • Seleção da rampa de corrente para extinção • Regulagem do tempo de pós-fluxo Montagem do equipamento • Vide guia no site: http://www.oxigenio.com/oxi/dbc/educacion al.htm Preparação da peça Principais defeitos e descontinuidades • Mordeduras • Trincas • Porosidade • Falta de penetração • Oclusões • Inclusão/contaminação de Tungstênio • Oxidação do cordão • Distorções Principais defeitos e descontinuidades 5) Proteção gasosa inadequada Principais defeitos e descontinuidades • Falta de penetração – corrente baixa, ângulo incorreto de soldagem, velocidade incorreta de soldagem, preparação inadequada, arco muito longo • Mordedura – sopro magnético, posição incorreta da tocha, manejo inadequado da tocha, limpeza inadequada da peça, velocidade muita alta • Distorções – falta de simetria na realização do cordão, fixação por ponto inadequada, excessiva aplicação de calor Aplicações • Soldagem de aço carbono e inoxidável – Soldas em chapas finas e passe de raiz em tubulações – Soldas de peças pequenas e de precisão – Soldas de qualidade e responsabilidade Aplicações • Soldagem de alumínio e magnésio • Soldagem de níquel e cobre • Soldagem de titânio PLASMA Características: Embora o arco voltaico seja um plasma, somente um dos processos recebe o nome de soldagem plasma. A particularidade que levou a esta designação é o fato que o calor chega até a peça sem a existência de um arco conectado a ela. O arco existente é estabelecido dentro de uma tocha , entre um eletrodo de tungstênio e um bocal de cobre que o circunda. PLASMA O fluxo de argônio é forçado para dentro da tocha e se ioniza continuamente ao passar pelo arco , tornando-se plasma e carreando calor para a peça obra. MIG - METAL INERTE EM GÁS - MIG • Quando a proteção gasosa utilizada for constituída de um gás inerte, ou seja um gás normalmente monoatômico como Argônio ou Hélio, e que não tem nenhuma atividade física com a poça de fusão. MAG • Quando a proteção gasosa é feita com um gás dito ativo, ou seja, um gás que interage com a poça de fusão, normalmente CO2 - dióxido de Carbono. • GMAW, (abreviatura do inglês Gás Metal Arc Welding) que é a designação que engloba os dois processos. CONCEITO MIG E MAG FUNCIONAMENTO • O processo de soldagem funciona com corrente contínua (CC),normalmente com o arame no pólo positivo. • Essa configuraçãoé conhecida como polaridade reversa. • São comumente empregadas correntes de soldagem de 50 A até mais que 600 A e tensões de soldagem de 15 V até 32 V. 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. VANTAGENS • O processo de soldagem MIG/MAG proporciona muitas vantagens na soldagem manual e automática dos metais para aplicações de alta e baixa produção. • não há necessidade de remoção de escória; • alta taxa de deposição do metal de solda; • tempo total de execução de soldas de cerca da metade do tempo se comparado ao eletrodo revestido; • altas velocidades de soldagem; menos distorção das peças; • largas aberturas preenchidas ou amanteigadas facilmente, • não há perdas de pontas como no eletrodo revestido. PROCESSO DE SOLDA • Basicamente o processo MIG/MAG inclui três técnicas distintas • curto-circuito (short arc), globular e Aerosol • Essas técnicas descrevem a maneira pela qual o metal é transferido do arame para a poça de fusão. PROCESSO DE SOLDA CURTO CIRCUITO • Na soldagem com transferência por curto-circuito são utilizados arames de diâmetro na faixa de 0,8 mm a 1,2 mm, e aplicados pequenos comprimentos de arco (baixas tensões) e baixas correntes de soldagem. GLOBULAR • Quando a corrente e a tensão de soldagem são aumentadas para valores acima do máximo recomendado para a soldagem por curto circuito,a transferência de metal começará a tomar um aspecto diferente. • Essa técnica de soldagem é comumente conhecida como transferência globular, na qual o metal se transfere através do arco. AEROSOL • Aumentando-se a corrente e a tensão de soldagem ainda mais, a transferência de metal torna-se um verdadeiro arco em aerossol (spray). A corrente mínima à qual esse fenômeno ocorre é chamada corrente de transição. MIG E MAG QUESTIONÁRIO 1) O que caracteriza a solda MIG e MAG? 2) Qual o significado da sigla MIG? 3) O que é polaridade reversa? 4) Cite duas vantagens da solda MIG 5) Quais os três processos de solda MIG? ARCO SUBMERSO No soldagem a arco submerso, a união entre os metais acontece por aquecimento e fusão obtidos por meio de um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico sem revestimento e a peça que se quer soldar. A diferença deste método é que o arco se forma sob uma camada protetora de material granular (em forma de grãos) chamada de fluxo, que é colocado sobre a região da solda e impede a contaminação da solda pela atmosfera. SOLDAGEM A ARCO SUBMERSO (SUBMERGER ARC WELDING – SAW) Principle of using submerged arc welding Flux is deposited through the flux nozzle in submerged arc welding Nozzle = tubo, bocal A maior dificuldade do Processo Arco Submerso é não poder ser vista a Poça de Fusão nos obrigando a prever seu comportamento com base nas principais variáveis operacionais. Soldagem a arco submerso (SAW) A parte do fluxo que não se funde pode ser reutilizada em novas operações. A parte fundida do fluxo forma uma camada de escória que protege o cordão da solda. Esta camada é facilmente removida. Equipamentos: Fonte de EnergiaPainel de Controle Bobina do Arame Eletrodo Reservatório de Fluxo Pistola Manual Alimentador de Fluxo Metal Base Equipamentos: No processo a arco submerso, como adicionados os elementos de liga? AVALIAÇÃO Resp. No fluxo AVALIAÇÃO: Quais as posições de soldagem do Arco Submerso? Limitações do Arco Submerso: Soldagem somente na posição plana, horizontal e circunferencial X X Vertical 30º A Eixo da so lda 30º 30º Vertical Eixo da so lda Posição de soldagem plana A B 125º - 150º 60º Horizontal 10º Posição de soldagem horizontal Limitações do Arco Submerso: Soldagem somente na posição plana, horizontal e circunferencial Soldagem Automática Circunferencial SOLDA LONGITUDINAL Soldagem a Arco Submerso (Sumerged Arc Welding – SAW) Indicado para chapas grossas, como é o caso de navios, vasos de pressão e adutoras Solda circunferencial Solda circunferencial Auto-peças: rodas, transmissões, diferenciais, longarinas. Usos da Soldagem a Arco Submerso Solda ExternaSolda Interna Usos da Soldagem a Arco Submerso Botijões, tanques e cilindros para gases e ar comprimido. Revestimento Duro: partes rodantes de tratores. Usos da Soldagem a Arco Submerso Roda Guia Roletes TUBOS SOLDADOS POR ARCO SUBMERSO E INSPECIONADO SINETO DO SOLDADOR SOLDAGEM DE TUBOS COM GRANDES DIÂMETROS Funções do Fluxos para a Soldagem a Arco Submerso: Estabilizar o arco elétrico. Formar escória para proteger o metal de solda líquido contra a ação da atmosfera. Atuar como desoxidante, limpando o metal de solda líquido. Isolante térmico, concentrando o calor (parte não fundida do fluxo) Adicionar elementos de liga. Controlar o acabamento e a geometria do cordão de solda. Arame Poça de Fusão Escória Metal em Solidificação Fluxo: Forma de Grânulos. Protege o metal de solda de contaminações. Age como isolante térmico, concentrando o calor. Eletrodo (arame): Fio contínuo. Bobinas de 30 a 500kg. Alimentado automaticamente. Torna o processo rápido e econômico. CONSUMÍVEIS DE SOLDAGEM: Tipos de Fluxos Quanto ao Método de Fabricação: Fluxos Aglomerados. Fluxos Fundidos. Armazenamento dos Fluxos Manter o fluxo com 60% máximo de umidade. Sacos sobre pallets de madeira, isolados do chão. Manter afastado de paredes. Temperatura 5°C acima da temperatura ambiente. Secagem dos Fluxos Secagem: 250 a 350ºC por 1 a 2 horas. Conservação da Secagem: Em estufa entre 100 e 150ºC. Necessário para uso com fluxos neutros. Classe AWS Composição Química C Mn P S Si Cu Outros EL-12 0,04 0,14 0,25 0,60 0,030 0,030 0,10 0,35 EM-12K 0,05 0,15 0,80 1,25 0,030 0,030 0,10 0,35 0,35 EM-13K 0,06 0,16 0,90 1,40 0,030 0,030 0,35 0,75 0,35 EA-3 0,05 0,17 1,65 2,20 0,025 0,025 0,20 0,35 Mo: 0,45 0,65 EB-2 0,07 0,15 0,45 1,00 0,025 0,025 0,05 0,30 0,35 Mo: 0,45 0,65 Cr: 1,00 1,75 EF-6 0,07 0,15 1,45 1,90 0,015 0,015 0,10 0,30 0,35 Mo:0,40 0,65 Ni: 1,75 2,25 Cr: 0,20 0,55 Arame – Eletrodo Arco Submerso Semi-Automático Mecanizado: Solda de Filete. Arco Submerso Automático: Processo mais utilizado. O operador guia o cabeçote sobre a peça a ser soldada. Controle MILLER HDC 1500 Analógico Opera em CC ou em CA Robusto e Simples de Operar. Opera em Corrente Continua ou em Corrente Alternada. Apenas 1 Circuito de Controle simplifica uso e serviços. Todas Funções Básicas para o Processo Arco Submerso. Opera com Fontes de Solda de outras procedências. Utiliza 115 Vca para operar. Pode ser utilizado na Fonte SUB ARC – Deltaweld ou com a Summit Arc. Geralmente, um eletrodo trabalha como polo positivo (eletrodo guia, CC+), visando maior penetração. Os demais eletrodos são ligados no polo negativo, visando maior taxa de deposição e melhor acabamento. Também podem trabalhar com CA. 2 ou 3 arames, cada um ligado a uma fonte de energia, formam arcos distintos. Arranjos com até 6 arames são possíveis. Arames múltiplos tipo Tandem-Arc. Soldagem a arco submerso (SAW) Tandem Subarc System Arco Submerso com Arcos Múltiplos ( Tandem-Arc): 2 ou 3 arames soldando simultaneamente. Utiliza cabeçotes e fontesde energia independentes. Arco Submerso com Arcos Múltiplos ( Tandem-Arc): 1º arame: penetração. 2º arame: enchimento. 3º arame: acabamento Forma-se uma única poça de solda Solda externa, tubo API, tandem 4 arames. 3500A 2,5 m/min. Usos da Soldagem a Arco Submerso Oleodutos, aquedutos, minerodutos, tubulações, estacas. Solda interna tubo API com tandem 3 arames. 2500A 2,0 m/min. Arames múltiplos tipo Twin-Arc. Soldagem a arco submerso (SAW) 2 arames conectados à mesma fonte formam um único arco. Este arranjo resulta em menor penetração, com baixa diluição (pouca fusão do metal base) e alta taxa de deposição. É interessante para revestimentos e soldas em chanfros largos com mata- junta. Twin arc System 2 arames soldando simultaneamente. Acoplados ao mesmo cabeçote, e uma única fonte de energia. Arco Submerso Twin-arc: Usos da Soldagem a Arco Submerso Perfis soldados, pontes rolantes, pontes, elevados, edifícios. •Sempre maior na posição plana. Efeito da gravidade mantém o metal fundido na junta. •Aumenta com a corrente de soldagem. •Processos com 2 ou mais arames aumentam substancialmente a taxa de deposição. Taxa de Deposição TAXA DE DEPOSIÇÃO TÍPICA Eletrodo Revestido 1,0 a 3,0 kg/h MIG-MAG 2,0 a 6,0 kg/h Arco-Submerso 5,0 a 12,0 kg/h Twin-arc 10,0 a 25,0 kg/h Tanden-arc 12,0 a 30,0 kg/h Configuração utilizada para deposição de material para recobrimentos. As fitas tem espessura típica de 0,5mm e largura de 30 a 120mm. Geralmente utiliza corrente contínua direta (CC-), pois se requer diluição muito baixa. A largura do cordão obtido é aproximadamente a largura da fita. Soldagem a arco submerso (SAW) - ELETRODO EM FITA SAW Strip Cladding head Revestimento duro: rolos de lingotamento contínuo. Usos da Soldagem a Arco Submerso Posicionadores Dispositivos Mecânicos que suportam e/ou movimentam as peças para a posição desejada. Função fundamental no SAW pois o processo exige soldagem na posição plana ou horizontal. O uso de posicionadores garantem para a SAW: Alta taxa de deposição. Elevado Fator de Operação. Repetibilidade das soldas Soldagem a arco submerso (SAW) Carrinho Montado numa Coluna Este exemplo (acoplado com rolos viradores) permite executar soldas longitudinal e circunferencial. Usos da Soldagem a Arco Submerso Principais Variáveis do Processo Tipo da Corrente - Polaridade Intensidade de Corrente (VAA) Velocidade de Soldagem Tensão do Arco Diâmetro do Arame Extensão do Eletrodo Ângulo de avanço do Eletrodo Espessura da Camada de Fluxo Granulometria do fluxo Tipo de Fluxo (Fabricação e Químico) Composição Binária Fluxo + Arame Tipo de Corrente - Polaridade (DC)CC+ mais recomendado (ou mais utilizado): • Rápida sequência de deposição. • Boa penetração. • Maior resistência a porosidade. • Melhor controle do formato e aparência do cordão. (DC)CC- oferece: • 30% aumento na taxa de deposição. • Menor penetração. • Usado em soldas de revestimento. • Deve-se aumentar 4V para obter cordão similar a CC+. CC+ CC- Intensidade de Corrente ( VAA) A Intensidade de Corrente determina: • Taxa de Deposição. • Profundidade de penetração. • Altura e reforço da solda. Intensidade de corrente (demais parâmetros constantes): Penetração. Taxa de deposição. Reforço da solda. Baixa Correta Elevada Diâmetro do Arame – Relação com Penetração Pequeno Adequado Grande 2,38 a 6,4 mm. arame (demais parâmetros constantes): Largura do Cordão. Densidade de Corrente. Penetração. Taxa de Deposição. Maior arame: Capacidade de suportar corrente. Taxa de Deposição. Diâmetro do Arame – Faixas de Corrente Típicas Diâmetro do Eletrodo (pol) – (mm) Faixa de Intensidade de Corrente (A) 3/32” 2,4mm 230 - 600 1/8” 3,2mm 300 - 700 5/32” 4,0mm 400 - 800 3/16” 4,8mm 450 - 1000 1/4” 6,4mm 600 - 1300 Extensão do Eletrodo - STICKOUT STICKOUTBico de Contato Eletrodo Visível “Distância entre o ponto de contato elétrico no bico e a ponta do eletrodo que toca a chapa”. Extensão do Eletrodo (demais parâmetros constantes): Taxa de Deposição. Penetração. Ângulo de Avanço do Eletrodo Direção da Soldagem Puxando Vertical Empurrando Penetração Profunda Moderada Rasa Reforço Máximo Moderado Mínimo Tendência a Mordeduras Severa Moderada Mínima Soldagem a Arco Submerso - SAW APLICAÇÕES TÍPICAS NA INDUSTRIA DO PETRÓLEO E PETROQUÍMICA: Soldagem dos aços carbono e de baixa liga na fabricação de vasos de pressão, tubos c/costura e tanques de armazenamento, refinarias, plataformas, navios, revestimentos resistentes à abrasão, erosão, e corrosão. SEGURANÇA: Poucos problemas. O arco é encoberto pelo fluxo. SAW designed for simultaneously welding horizontal-vertical fillets on both side of web or trough panels Consultoria naval CONSULTORIA: ARCO SUBMERSO COM ADIÇÃO DE PÓ METÁLICO Abaixo do fluxo deposita-se pó metálico, geralmente pó de ferro. Para que o pó de ferro fique abaixo do fluxo, deposita-se o pó de ferro antes de se depositar o fluxo, conforme figura abaixo. A função é aumentar a taxa de deposição, em um principio similar ao processo com eletrodo revestido com adição de pó metálico no revestimento. Consegue-se aumento da taxa de deposição em até 70%, com diminuição da penetração, de forma similar ao uso de arame frio. CONCLUSÕES: DEVER DE CASA: QUAIS OS PROCESSOS DE SOLDAGEM UTILIZADOS NO DIQUE SECO? Apoio nos picadeiros FIM ESCÓRIA ELETROCONDUTORA Características Gerais: Desenvolvido na Rússia, o processo denominado “soldagem sob escória eletrocondutora” é uma variante do arco submerso. Presta-se somente para a soldagem vertical ascendente e é insubstituível para soldagem de peças compactas com paredes de mais de 60mm de espessura. Apesar de sua inclusão no grupo de processos a arco, não existe propriamente um arco voltaico. A corrente produz o calor necessário para a soldagem, ao atravessar um banho de escória. A escória é gerada da fusão do pó de soldar. ESCÓRIA ELETROCONDUTORA ESCÓRIA ELETROCONDUTORA ARAME TUBULAR COMPARAÇÃO ENTRE OS PROCESSOS CÓDIGOS INTERNACIONAIS ÍNDICE
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