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1 UNIVERSIDADE DA REGIÃO DE JOINVILLE – UNIVILLE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - ENGETEC RELATÓRIO DO PROCESSO DE SOLDAGEM – MIG/MAG BRUNO LOEBLEIN GOMES LEONE JAGIELLO PROFESSOR MARCOS FRANCISCO IETKA PROCESSOS DE FABRICAÇÃO MECÂNICA II Joinville – SC 2019 2 BRUNO LOEBLEIN GOMES LEONE JAGIELLO RELATÓRIO DO PROCESSO DE SOLDAGEM – MIG/MAG Trabalho acadêmico apresentado ao curso de Engenharia Mecânica da Universidade da Região de Joinville – UNIVILLE – como requisito para aprimorar os conhecimentos em relação ao processo de soldagem MIG/MAG. Joinville – SC 2019 3 AGRADECIMENTOS A Deus por nos dar saúde e força para enfretar os problemas e dificuldades enfretados. A Universidade da Região de Joinville – Univille por disponibilizar um laboratório com equipamentos e máquinas. Ao Professor Marcos F. Ietka pela oportunidade de realizar a experiência de solda com conteúdo e instruções necessárias. Ao Sr. Rafael, do laboratório da Univille, por nox auxiliar com dúvidas técnicas e auxílio de reposição de peças, quando necessário. Aos demais colegas de classe, que nunca exitaram em auxíliar quando se tratou necessário. 4 RESUMO Desde sempre, na indústria, um dos processos mais utilizados desde fabricação, junção e reparos de peças metálicas é o processo de soldagem. Sua aplicação atinge desde pequenos componentes eletrônicos até grandes estruturas e equipamentos como pontes, navios, etc. Neste relatório, realizamos uma análise relativa dos processos de soldagem por arco elétrico, utilizando um gás de proteção, que tem como nome GMAW (Gás Metal Arc Welding) em inglês, conhecido por MIG (Metal Inert Gas) e MAG (Metal Active Gas), analisando também seus parâmetros, como trânsferência do metal, faixas de correntes e a velocidade do arame, além de levar em conta a experiência de quem está soldando, visto que afetaria a velocidade de avanço, precisão e altura da tocha. 5 ABSTRACT Since always on industry, one of the most widely used processes since manufacturing, joining and repairing metal parts is the welding process. The application ranges from small electronic components to large structures and equipment such as bridges, ships, etc. In this report, we perform a relative analysis of arc welding processes using a shielding gas, called GMAW (Gas Metal Arc Welding) in English, known as MIG (Metal Inert Gas) and MAG (Metal Active Gas), also analyzing all the parameters, such as metal transverse, chain rate and wire speed, besides taking into account the experience of the welder, since it would affect the speed of advance, precision and height of the torch. 6 LISTA DE FÍGURAS Figura 1: Processo de Soldagem...............................................................................14 Figura 2: Aparelhagem completa (MIG).....................................................................24 Figura 3: Máquina de Soldagem MIG........................................................................25 Figura 4: Ambiente de trabalho..................................................................................26 Figura 5: Manômetro e medidor de vazão.................................................................26 Figura 6: Tocha de Soldagem MIG............................................................................27 Figura 7: Mapa de Riscos do laboratório de solda – CAMEGI – Centro de Aplicação Mecânica e Gestão Industrial.....................................................................................28 Figura 8: EPI's do Soldador........................................................................................29 Figura 9: Chapa de Aço 3 mm de espessura.............................................................30 Figura 10: Chapa de Aço 6 mm de espessura...........................................................30 Figura 11: Mecanismo de transferência típica por Curto-circuito...............................31 Figura 12: Métodos de Transferência.........................................................................32 Figura 13: Método de Transferência Spray................................................................33 Figura 14: Máquina de Soldagem (Fonte)MIG...........................................................33 Figura 15: Gráfico Corrente x Velocidade de alimentação.........................................34 Figura 16: Representação da Extensão do Arame....................................................35 Figura 17: Posições e Inclinações de Soldagem........................................................37 Figura 18: Cinco primeiros Cordões na chapa de (3mm)...........................................38 Figura 19: Cinco últimos Cordões na chapa de (6mm)..............................................39 7 SUMÁRIO INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 9 1 TEMA ..................................................................................................................... 10 1.1 Delimitação do Tema........................................................................................10 2 JUSTIFICATIVA......................................................................................................11 3 PROBLEMA............................................................................................................12 4 OBJETIVOS............................................................................................................13 4.1 Objetivo Geral...................................................................................................13 4.2 Objetivos Específicos........................................................................................13 5 REVISÃO DE LITERATURA..................................................................................14 5.1 Vantagens da Soldagem...................................................................................15 5.2 Desvantagnes da Soldagem.............................................................................15 5.3 Classificação dos Processos de Soldagem......................................................16 5.4 Soldagem por Fusão.........................................................................................16 5.4.1 Soldagem tipo Oxi-Gás.................................................................................17 5.4.2 Soldagem tipo Eletrodo Revestido..............................................................17 5.4.3 Soldagem tipo TIG.........................................................................................18 5.4.4 Soldagem tipo Plasma..................................................................................19 5.4.5 Soldagem tipo MIG........................................................................................19 5.4.6 Soldagem tipo Arco Submerso....................................................................19 5.4.7 Soldagem tipo Escória Eletrocondutora.....................................................20 5.4.8 Soldagem tipo Eletrodo Tubular..................................................................21 5.5 Soldagem por Pressão.....................................................................................21 5.5.1 Soldagem por Resistência............................................................................21 5.5.2 Soldagem por Centelhamento......................................................................22 5.5.3 Soldagem por Fricção...................................................................................22 5.5.4 Soldagem por Ultra-som...............................................................................23 5.5.5 Soldagem a Frio............................................................................................236 EQUIPAMENTOS E MATERIAS............................................................................23 6.1 Equipamentos de Solda....................................................................................23 7 EQUIPAMENTOS DE SEGURANÇA.....................................................................27 8 MATÉRIA PRIMA UTILIZADA................................................................................30 9 PROCESSO DE TRANSFERENCIA DO METAL...................................................31 8 9.1 Curto circuito.....................................................................................................31 9.2 Globular.............................................................................................................32 9.3 Spray.................................................................................................................32 10 EXPERIMENTO....................................................................................................33 10.1 Parãmetros de soldagem.............................................................................34 10.2 Corrente de Soldagem....................................................................................35 10.3 Extensão do Arame........................................................................................35 10.4 Tensão de Soldagem......................................................................................36 10.5 Velocidade de Soldagem................................................................................36 10.6 Tecnica de soldagem......................................................................................36 10.7 Inclinação da Tocha .......................................................................................36 10.8 Comprimento do arco......................................................................................37 10.9 ZAC ................................................................................................................37 11 RESULTADOS OBTIDOS....................................................................................38 CONCIDERAÇÕES FINAIS.......................................................................................41 REFÊRENCIA BIBLIOGRÁFICA...............................................................................42 9 INTRODUÇÃO Nos dias atuais, as empresas tornam-se cada vez mais competitivas. A busca por maior qualidade e maior produtividade, tem sido um grande desafio. Porém, com a ajuda da tecnologia, algumas dessas empresas, procuram inovações e buscam aprimorar seus processos. Este trabalho tem por intuito implementar aos conhecimentos dos acadêmicos, com embasamento voltado ao que diz respeito ao Processo de Soldagem, com a finalidade de agregar novas habilidades, e novos aprendizados para possibilitá-lo a resolver determinados desafios, que estão presentes dentro da Engenharia Mecânica, tais como, verificar a qualidade e resistência da soldagem nos determinados campos onde será empregado. Existem vários tipos de soldagem, o tipo utilizado neste trabalho é o MIG (Metal Inert Gas), este um processo por fusão a arco elétrico que utiliza um arame eletrodo consumível continuamente na poça de fusão e um gás inerte para a proteção de soldagem. Todos os tipos de soldagem possuem suas técnicas e parâmetros, buscando desta maneira a eliminação de retrabalho, redução de custos e aumentar o valor agregado do produto. Sendo este um dos processos de fabricação mais utilizados nas indústrias metal-mecânica, teve uma grande evolução nos últimos anos, tanto em nível de conhecimento básico, como também de experiência em campo. 10 1 TEMA Uso do Processo de Soldagem na prática. 1.1 Delimitação do tema Executar na prática o processo de soldagem, aplicar os conhecimentos desenvolvidos na teoria em sala, demonstrar conhecimento técnico e identificar os parâmetros de aplicação, de tal modo comparar os vários cordões de deposição de material. 11 2 JUSTIFICATIVA A sociedade está sempre em um constante desenvolvimento, a cada dia que passa vemos novas descobertas, tecnologias e construções no meio ao qual vivemos, novas ideias e novos desafios surgem em questões de segundos. Os seres estão cada vez mais próximos e dependentes de todos esses recursos. Para que seja possível o desenvolvimento de novos processos tecnológicos, é necessário capacitar cada vez mais as pessoas, para que as mesmas sejam capazes de trazer e implementar na sociedade novas ideias e tecnologias. As pessoas conseguem adquirir esses tipos de conhecimento através de universidades, escolas técnicas e experiência ao longo de sua vida. Através desses novos aprendizados, somasse aos demais conhecimentos que foram adquiridos até o momento, e mais os conhecimentos que ainda estão por vir ao decorrer do curso, com a finalidade de capacitar o acadêmico, para que o mesmo seja capaz de aplicar em sua carreira profissional todos os ensinamentos, contribuindo assim para o desenvolvimento da sociedade com novos recursos e tecnologias. 12 3 PROBLEMA A indústria passa constantemente por grandes mudanças, buscando melhorar seus produtos e diminuir o custo de produção. As atuais exigências referentes à segurança, impactos ambientais e desempenho, têm colocado as indústrias em busca por novas alternativas. Como um profissional atuando na indústria, é de extrema importância que o Engenheiro Mecânico resolva os problemas de projeto e no parque fabril, inclusive nos processos de soldagem. Sabendo este analisar se a solda está em conformidade com o projeto, se as características físicas e químicas estão dentro do calculado e sendo o responsável pela qualidade total do produto. 13 4 OBJETIVOS Os objetivos estarão predispostos em dois seguimentos. 4.1 Objetivo Geral Entender na prática o Processo de Soldagem aperfeiçoando a Formação Acadêmica, tipo de solda executado MIG em beneficio aos desafios propostos na vida profissional. 4.2 Objetivos Específicos Utilizar o processo de soldagem MIG atento aos seguintes itens: Equipamentos e materiais utilizados na prática; Equipamentos de Segurança; Procedimentos e técnicas; Verificar e analisar os parâmetros da máquina; Analisar os resultados obtidos. 14 5 REVISÃO DE LITERATURA A Soldagem é o processo de união de materiais (particularmente os metais) mais importante do ponto de vista industrial sendo extensivamente utilizada na fabricação e recuperação de peças, equipamentos e estruturas. Outro conceito muito utilizado: é a operação que visa à união de duas ou mais peças, assegurando na junta, a continuidade das propriedades físicas e químicas do material. Existe um grande número de processos de soldagem diferentes, sendo necessária a seleção do processo (ou processos) adequado para uma dada aplicação. A soldagem não ocorre tão facilmente, pois a aproximação das superfícies e as distâncias suficientes para a criação de ligações químicas entre os seus átomos é dificultada pela rugosidade microscópica e camadas de óxido, umidade, gordura, poeira e outros contaminantes existentes em toda superfície metálica. A sua aplicação atinge desde pequenos componentes eletrônicos até grandes estruturas e equipamentos (pontes, navios, vasos de pressão, etc.). Atualmente a soldagem é utilizada também em plásticos e vidros. É muito usada em diversas áreas: construção naval, civil, ferroviária, indústria aeronáutica, automobilística e indústria metalúrgica. Figura 1: Processo de Soldagem. Fonte: https://www.cimm.com.br/portal/material_didatico Acesso: 21/06/2019. O material base é o material que constitui as partes, o material de adição éo material que será usado como enchimento no processo de soldagem, capaz de preencher as folgas entre as superfícies a unir. O material adicional é de mesma https://www.cimm.com.br/portal/material_didatico 15 natureza das partes e será usado para assegurar a continuidade de propriedades no caso da soldagem por fusão, de chapas ou peças relativamente espessas. Ele preencherá a folga entre as superfícies. Para ficar bem claro, a Soldagem é o processo pelo qual se consegue a união. A Solda é a zona de união onde houve solubilização. O Eletrodo: sua principal função é conduzir a corrente elétrica até o arco. E a Poça de Fusão é a região em que o material a ser soldado está no estado líquido. 5.1 Vantagens da Soldagem Abaixo as Vantagens do Processo de Soldagem: Juntas de integridade e eficiência elevadas; Grande variedade de processos; Aplicável a diversos materiais; Operação manual ou automática; Pode ser altamente portátil; Juntas totalmente estanques (ao contrário da rebitagem); Custo, em geral, razoável; Junta não apresenta problemas de perda de aperto; Montagens de um único lado de acesso (ao contrário do aparafusamento); Suporta esforços no próprio plano (ao contrário da rebitagem). 5.2 Desvantagens da Soldagem Abaixo as Desvantagens do Processo de Soldagem: Prazo de validade limitado; Apresentam formulações numerosas e variadas; 16 Exigem controle, montagem e testes complexos; Somente testes destrutivos; Exigem mão-de-obra altamente capacitada; Ás vezes é necessários processos de cura (forno); Exigem limpeza minuciosa; Exigem preparação das superfícies a serem unidas. 5.3 Classificação dos Processos de Soldagem A soldagem pode ser dividida em dois grandes grupos de operações: Soldagem por fusão; Soldagem por pressão (deformação). 5.4 Soldagem por Fusão A energia é aplicada para produzir calor capaz de fundir o material de base. Diz-se neste caso que a solubilização ocorre na fase líquida que caracteriza o processo de soldagem por fusão. Assim, na fusão, a soldagem é obtida pela solubilização na fase líquida das partes a unir, e subsequentemente, da solubilização da junção. Abaixo os tipos de soldagem por fusão: Oxi-gás; Eletrodo Revestido; TIG; Plasma; 17 MIG/MAG; Arco Submerso; Escória Eletrocondutora; Eletrodo tubular. 5.4.1 Soldagem tipo Oxi-Gás O tipo Oxi-gás envolve a fusão do metal de base e normalmente de um metal de enchimento, usando uma chama produzida na ponta de um maçarico. O gás combustível e o oxigênio são combinados em proporções adequadas dentro de uma câmara de mistura. O metal fundido e o metal de enchimento, se usado, se misturam numa poça comum e se solidificam ao se resfriar. Neste processo, o soldador tem controle sobre o calor e a temperatura. São muito usados em operações de conserto, peças finas e tubos de pequeno diâmetro. O equipamento utilizado na soldagem oxi-gás é normalmente portátil, versátil e de custo baixo. O acetileno é o gás mais usado nesse processo, devido a sua alta taxa de propagação de chama e alta temperatura. Os materiais fundidos por oxi-gás são: ferro-fundido, chumbo, alumínio, ligas de zinco, aços, aço galvanizado, latão, e bronze, dependendo da chama utilizada. 5.4.2 Soldagem tipo Eletrodo Revestido O tipo Eletrodo Revestido é o processo mais usado, devido a sua versatilidade. É indicado para soldagem de aços. Os ingredientes que formam o revestimento são triturados, dosados e misturados até a obtenção de uma massa homogênea. A massa é conformada sobre as varetas metálicas, com comprimentos padrão a partir de 300 mm. Em seguida o revestimento de uma das extremidades é removido para permitir o contato elétrico com o porta-eletrodo. O eletrodo pode ter polaridade negativa ou positiva dependendo da penetração desejada. A tomada de corrente, portanto é feita numa extremidade, e o arco arde na outra. A escolha dos 18 ingredientes do revestimento determina o resultado desejado, como eletrodos básicos, ácidos, etc. 5.4.3 Soldagem tipo TIG O tipo TIG sigla proveniente do inglês Tungsten Inert Gas, é a denominação dada ao processo de soldagem que utiliza eletrodos de tungstênio em atmosfera de gás inerte. O processo pode ser empregado com e sem metal de adição. A proteção da região da poça de fusão é feita por gases inertes como Hélio, Argônio ou mistura de ambos (dependendo do metal a ser soldado). Os eletrodos embora chamados de permanentes, os eletrodos de tungstênio são consumíveis. Em condições normais, os eletrodos mais comuns (150 mm e 170mm) duram cerca de 30 horas de arco aberto. Na maioria dos casos o processo é manual. Uma das mãos conduz a tocha e a outra conduz a vareta do material de adição, como no processo de soldagem oxi-acetilênica. O processo também pode ser semi-automático ou totalmente automático, embora estas opções não sejam comuns. A soldagem TIG automática existe em duas versões: sem metal de adição e com metal de adição. Ambas as versões aplicam-se para fabricação em série, no caso de chapas finas de ligas leves, inoxidáveis, alguns aços comuns ou ligas. A solda tem um belo aspecto, com excelente regularidade de penetração e alta produtividade. É indicada para grandes séries onde sejam exigidos: trabalho limpo, esmero e precisão de montagem. Usos: O processo TIG é especialmente indicado para alumínio, magnésio e suas respectivas ligas, aço inoxidável e para metais especiais como titânio e molibdênio. Com a utilização de metal de adição pode-se soldar chapas espessas, principalmente em ligas leves e aços inoxidáveis. Os materiais de consumo (gás inerte e eletrodo de tungstênio) são relativamente caros. A mão de obra empregada deve ter boa formação. O processo TIG é indicado para aços comuns e especiais, principalmente para pequenas espessuras (menores do que 2 ou 3 mm) onde é possível obter melhor aspecto da solda e menores deformações nas peças . É o principal processo quando se trata de ligas leves e metais especiais (por exemplo, quadros de bicicletas e indústria aeroespacial). O TIG é considerado insubstituível quando se trata de obter bom 19 aspecto da junta combinado com baixas tensões internas e pequenas deformações no aço inoxidável. 5.4.4 Soldagem tipo Plasma A soldagem a Plasma 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. 5.4.5 Soldagem tipo MIG A soldagem MIG (Metal Inert Gas) é a denominação que se dá ao processo que utiliza um arco em atmosfera de gás inerte que arde visível entre a peça e um eletrodo nu consumível. No caso de ser usado gás ativo, denomina-se o processo de MAG (do inglês, Metal Active Gas). Nos Estados Unidos, o processo é conhecido como GMAW (Gas Metal Arc Welding). Esses dois processos se diferenciam pelo tipo de gás usado. A soldagem MIG é comumente usada em materiais não-ferrosos (ex.: alumínio). A soldagem MAG é usada em materiais ferrosos como o aço. O Eletrodo é constituído de um arame fino (0,8 a 1,6 mm), bobinado em carretéis apropriados e conduzido até o arco através de pequenos rolos impulsionadores acionados por um motor. O contato elétrico é feito por um deslizamento entre o fio e um; pequeno tubo de cobre colocado no interior do bocal de gás, imediatamente antes do arco elétrico. Como o eletrodo é continuamente renovado e seu comprimento é relativamente pequeno, podem-se usar densidades de corrente extraordinariamente altas (300 A/mm2), resultando em elevadas velocidadesde fusão, até cinco vezes a que se consegue com eletrodos revestidos. 5.4.6 Soldagem tipo Arco Submerso O processo de soldagem por Arco Submerso consiste num arame nu é alimentado continuamente e funde-se no arco voltaico sob a proteção de um fluxo de 20 pó. Dependendo das condições (material, espessura da chapa, natureza da superfície exterior) trabalha-se com diferentes pós. Os pós são diferenciados por: tipo de fabricação, composição e granulação. O arco arde numa caverna dentro de um banho de escória, que ao solidificar-se recobre o cordão. As densidades de corrente atingem 150 A/mm2 em arames-eletrodo de 2,4 mm (duas vezes o diâmetro usado no processo MIG/MAG). Como o arco é enclausurado (na escória líquida), o rendimento térmico é elevado. Estes dois fatores propiciam uma grande velocidade de fusão. Podem-se soldar chapas de até 15 mm de espessura sem chanfrar os bordos. Para chapas espessas, soldadas com várias passadas, é um dos processos mais econômicos. Entretanto se caracteriza por alto investimento inicial. Limitações: Limita-se a soldagem na posição plana e horizontal do filete. Quando este processo é bem usado, revela-se como o mais econômico entre todos os processos. Pode ser empregado desde pequenas espessuras de chapa (2 ou 2,5 mm ) até espessuras de até 60 mm em passes múltiplos. Entretanto a má preparação dos bordos (chanfro de oxi-corte ou mecânico), a errônea seleção de parâmetros de soldagem e o mau posicionamento das partes são responsáveis pela subutilização deste processo. O uso adequado acelera em curto prazo a amortização da instalação. 5.4.7 Soldagem tipo Escória EletroCondutora 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 60 mm 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. A poça de fusão se forma entre as peças (junta em l) entre dois encostos de cobre, refrigerados a água, como paredes laterais, e o material de adição solidificado como fundo. Este tipo de soldagem é usado em juntas de topo e em ângulo, soldagem de topo de tubos e operações de recobrimento. 21 5.4.8 Soldagem tipo Eletrodo Tubular Esse processo é também denominado MAG com Eletrodo Tubular. Apresenta as vantagens de automação do MIG/MAG em conjunto com as vantagens da soldagem sob escória protetora dos eletrodos convencionais, não estando sujeito à manipulação de fluxos como no caso de arco submerso. É semelhante ao MG/MAG, mas com escória. O arame-eletrodo é tubular, contendo no seu núcleo ingredientes fluxantes do metal fundido, além de componentes geradores de gases e vapores protetores do arco e formadores de escória de cobertura. Em relação ao processo com eletrodo revestido convencional, permite o alcance de maiores densidades de corrente. 5.5 Soldagem por Pressão A energia é aplicada para provocar uma tensão no material de base, capaz de produzir a solubilização na fase sólida, caracterizando a soldagem por pressão. Abaixo os tipos de soldagem por pressão: Resistência; Centelhamento; Fricção; Ultra-som; Frio. 5.5.1 Soldagem por Resistência A Soldagem por Resistência (Resistance Welding, RW) engloba um grupo de processos de soldagem no qual o calor necessário à formação da junta soldada é obtido pela resistência à passagem da corrente elétrica através das peças que estão sendo soldadas. O aquecimento da região da junta pela passagem da corrente 22 elétrica abaixa a resistência mecânica do material, permitindo, através da aplicação de pressão, a deformação localizada e, assim, a soldagem por deformação da junta. Em alguns casos, ocorre uma fusão localizada na região da junta. Assim nesse processo de soldagem pode ocorrer a formação de solda tanto por fusão como por deformação. Entretanto, por razões didáticas, este tipo de soldagem será considerado um processo de soldagem por deformação. Existem quatro tipos de processos de soldagem por resistência: Soldagem por ponto (Resistance Spot Welding RSW); Soldagem de Projeção (Resistance Projection Welding – RPW); Soldagem por costura (Resistance Seam Welding – RSEW); Soldagem de topo por resistência (Upset Welding – UW). 5.5.2 Soldagem por Centelhamento A soldagem por Centelhamento (Flash Welding – FW) é comumente classificada como um processo por resistência, pois apresenta diversas características e aplicações similares à soldagem de topo por resistência (UW). As peças a serem soldadas são aproximadas sem, contudo, as suas superfícies entrarem em contato. A energia elétrica é ligada e, então, as peças são aproximadas uma da outra com velocidade constante. Essa aproximação causa o aparecimento de um arco elétrico (centelhamento). Esse centelhamento causa a vaporização dos pontos em contato, permitindo, dessa forma, que novos pontos entrem em contato. Após certo tempo de centelhamento, quando todas as superfícies a serem unidas estiverem suficientemente aquecidas, a corrente de soldagem é desligada e as peças são fortemente pressionadas uma à outra, levando à formação da solda. 5.5.3 Soldagem por Fricção A soldagem por Fricção (Friction Welding - FW) é um processo que utiliza energia mecânica, em geral associada cm a rotação de uma peça, para a geração de calor na região da junta a ser soldada. Após o aquecimento adequado da junta, as peças são pressionadas para a formação da junta. Esse processo é geralmente usado para a soldagem de peças de simetria cilíndrica (tubos e barras). 23 5.5.4 Soldagem por Ultra-som A soldagem por Ultra-som (Ultrasonic Welding – USW) produz a união das peças pela aplicação localizada de energia vibracional de alta freqüência (ultra-som), enquanto as peças são mantidas sob pressão. A união ocorre por aquecimento e deformação plástica localizada das superfícies em contato. O processo é comumente utilizado na soldagem de juntas sobrepostas de metais dúcteis, similares ou não, de pequena espessura e para a união de plásticos (por exemplo, na indústria eletrônica e na fabricação de embalagens). 5.5.5 Soldagem a Frio A soldagem a Frio (Cold Welding – CW) consiste na aplicação de uma forte deformação localizada, à temperatura ambiente, nas peças a serem unidas. É utilizada em metais de alta ductilidade, como o alumínio e o cobre, tendo como aplicação típica a união de condutores de eletricidade. 6 EQUIPAMENTOS E MATERIAS Nesta parte do relatório estaremos especificando os equipamentos e todos os materiais utilizados para a realização do experimento. O processo de solda realizado foi o tipo MIG. 6.1 Equipamentos de Solda O equipamento de soldagem MIG que foi utilizado no experimento tem como característica a possibilidade de se ter um processo tanto manual como automatizado. No nosso caso foi utilizada a aparelhagem manual. No caso da aparelhagem requerida para o processo manual, são poucos os itens necessários como a tocha de soldagem, motor de alimentação do arame, fonte de energia e acessórios como alicate e escova. 24 A aparelhagem completa de um sistema de soldagem pode ser vista abaixo na imagem: Figura 2: Aparelhagem completa MIG. Fonte: http://www.esab.com.br/processo_soldagem_mig_mag Acesso: 21/06/2019. Sendo a numeração de cada item descrita abaixo: 1) O cabo da tocha. 2) Refrigeração da tocha. 3) Gás de proteção. 4) Gatilho da tocha. 5) Água. 6) Conduíte do arame. 7) Gás de proteção vindo do cilindro. 8) Saída de água da refrigeração. 9) Entradade água de refrigeração. 10) Entrada de energia (fonte). 11) Cabo de solda (positivo). 12) Conexão para fonte primária. A máquina utilizada para o experimento tem uma estrutura bem semelhante com a detalhada acima. Sendo ela uma Smashweld 252 da ESAB, possuindo uma corrente que vai de 30 a 265 amperes. Na imagem abaixo é possível à visualização do equipamento utilizado. http://www.esab.com.br/processo_soldagem_mig_mag 25 Figura 3: Máquina de Soldagem MIG. Fonte: Do Autor. Sendo cada letra descrita abaixo: A - Potenciômetro para ajuste da amperagem. B - Luzes de energia e temperatura. C - Potenciômetro da velocidade do arame D - Chave de potência. O ambiente macro pode ser descrito como sendo os outros equipamentos fora a fonte e seus componentes diretos, como exemplificados pela imagem a seguir. 26 Figura 4: Ambiente de trabalho. Fonte: Do Autor. Outro componente muito importante se apresenta nesta imagem é o cilindro de gás, uma mistura de CO2 e argônio, requisitada para a fusão do material, a bancada de trabalho em formato de grelha para a realização da solda, a tocha, fluído de limpeza do bico da tocha, e as divisórias de ambientes. Os manômetros localizados na saída do cilindro são necessários para o controle de vazão do gás. No experimento foi utilizado a vazão de 15 L/min, devido ao material ser aço 1020, e pressão interna do cilindro de 150 bar. Figura 5: Manômetro e medidor de vazão Fonte: Do Autor. 27 A tocha de soldagem é responsável por direcionar a alimentação de arame, os fluxos de corrente elétrica e gases de proteção para a poça de fusão. Ela é composta de um cabo de cobre para a passagem da corrente elétrica, um conduíte e uma mangueira, respectivamente para direcionar o arame e o fluxo de gás, para o acionamento de todas as funções um único gatilho se faz necessário após as regulagens feitas na máquina de solda. Abaixo é possível visualizar os componentes citados: Figura 6: Tocha de Soldagem MIG. Fonte: http://www.ebah.com.br/content/processos-soldagem Acesso: 21/06/2019. 7 EQUIPAMENTOS DE SEGURANÇA Todo profissional envolvido nos trabalhos de soldagem deve estar consciente das atividades que precisa desempenhar como um todo e, também, conhecer os riscos decorrentes da utilização dos equipamentos manuseados para a execução dessas atividades. É indispensável, ainda, que esse profissional se preocupe em adotar medidas de saúde e segurança capazes de minimizar acidentes, e que vão permitir o desempenho de seu trabalho de forma segura e eficaz. A profissão de soldador é uma das mais requisitadas da indústria. Essa atividade se expandiu e evoluiu muito, assim como seus materiais e técnicas. Apesar das novas tecnologias, o soldador é um profissional que está em constante exposição ao risco no seu trabalho, seja com o calor, projeção de materiais, poeira, inalação de fumaça, ruídos, entre outros. Em todos os processos de soldagem por fusão, os riscos à que o soldador se expõe são imensos. A imagem a seguir se refere ao mapa de riscos do laboratório de solda: http://www.ebah.com.br/content/processos-soldagem 28 Figura 7: Mapa de Riscos do laboratório de solda – CAMEGI – Centro de Aplicação Mecânica e Gestão Industrial. Fonte: Do Autor. Entre estes riscos podemos citar os seguintes: Poluição por fumos de soldagem; Radiação visível e invisível; Ruídos excessivos; Choques elétricos; Incêndios e explosões. Algumas precauções são imprescindíveis ao trabalhar com soldagem, são elas: Trabalhar em locais com boa ventilação sem prejudicar a soldagem; Ventilar forçadamente ambientes confinados; Usar máscaras de proteção para fumos; Posicionar-se de maneira a não inalar os fumos; Utilizar exaustores para soldagem (portáteis ou fixos). Os EPCs (Equipamentos de Proteção Coletiva) obrigatórios para todo trabalho de soldagem são: Extintores de incêndio; Sistemas de extração de gases. 29 Já os EPIs (Equipamento de Proteção Individual) para soldador são: Aventais raspa; Máscaras de solda com Lentes na tonalidade correta; Mangote de raspa; Botas de proteção com solado isolante; Luvas de vaqueta ou de raspa; Perneiras; Touca de soldador; Óculos de proteção; Protetores auriculares. Figura 8: EPI's do Soldador. Fonte: https://soldasportoalegre.com.br Acesso: 21/06/2019. Um ponto relevante em um dos itens dos EPIs é a tonalidade da lente a ser usada, em altas correntes a luz emitida pela solda pode requerer um equipamento com capacidade de suportar uma maior radiação de luminescência. https://www.alusolda.com.br/loja/produto/avental-raspa-de-couro-sem-emenda100-x060-mt.html https://www.alusolda.com.br/loja/produtos/epi/mascara-solda https://www.alusolda.com.br/loja/produtos/epi/luvasmangotes https://www.alusolda.com.br/loja/produtos/epi/luvasmangotes https://soldasportoalegre.com.br/ 30 8 MATÉRIA PRIMA UTILIZADA Para o experimento foram utilizadas duas chapas de aço SAE 1020, uma com a espessura de 3 milímetros e outra com 6 milímetros. Sendo a chapa mais fina para os primeiros cinco cordões de solda com uma tensão a ser utilizada mais baixa e para a chapa mais grossa o restante dos cordões que exigiam uma tensão maior. Abaixo, a chapa de aço com 3 mm de espessura: Figura 9: Chapa de Aço 3 mm de espessura. Fonte: Do Autor. Abaixo, a chapa de aço com 6 mm de espessura: Figura 10: Chapa de Aço 6 mm de espessura. Fonte: Primária. O material de adição utilizado é um arrame consumível, com tamanho de 1 milímetro de diâmetro e comprimento indeterminado em bobinas de 15 kilos. 31 9 PROCESSO DE TRANSFERENCIA DE METAL Abaixo os tipos de transferência de metal. 9.1 Curto Circuito Neste processo de transferência de metal a característica típica se faz pela formação de uma ponte de material da ponta do arame até a peça a ser soldada, diferentemente do spray e do globular que se fazem ao voar pelo arco até encostar na peça, essa ponte pode chegar a acontecer até 50 vezes por segundo durante a soldagem. Abaixo é possível visualizar bem a ponte no qual nos referimos acima: Figura 11: Mecanismo de transferência típica por Curto-circuito. Fonte: http://www.kobelco-welding.jp/portuguese/education-center Acesso: 21/06/2019. Na fase 3 é possível ver a ponte entre o arame e a peça completa, essa quebra de ligação ocorre em 4 pois a corrente não é suficiente para manter o fluxo de material constante, que só ocorre por completo no outro meio de transferência que é o spray. É um dos métodos mais utilizados devido a sua estabilidade e maior precisão, cordões finos e mais precisos são difíceis de serem atingidos em spray, sem contar que amperagem utilizada é mais baixa permitindo a soldagem de peça mais finas. http://www.kobelco-welding.jp/portuguese/education-center 32 9.2 Globular É o método de transferência que fica entre o curto circuito e o spray, ou seja a transição entre os mesmos. Seu uso não se faz muito comum devido a fato de sua instabilidade no processo de transferência, também é comum ocorrerem problemas de fusões incompletas na poça de soldagem, que acontecem quando grandes gotas de metal derretido caem e se espalham para fora da poça de soldagem, causando assim a tão famosa solda fria. Figura 12: Métodos de Transferência. Fonte: http://www.dutramaquinas.blog.br/migmagmodosdetransferencia Acesso: 21/06/2019. Na imagem acima é possível ver bem nítida a diferença no tamanho das gotas de metal, que é a principal característica de cada tipo de solda. 9.3 Spray Neste método de transferência podemos classificar o fluxo como sendo o mais intenso de todos os três, sua transferência se faz por gotículas de metalderretido dentro do arco, essas gotículas são usualmente menores que o diâmetro do arame. Para os parâmetros de soldagem todos eles precisam ser elevados um pouco para que a soldagem se mantenha estável. A aplicação deste método de transferência de metal se resume a posições planas e horizontais, tendo limitações para posições verticais. http://www.dutramaquinas.blog.br/migmagmodosdetransferencia%20/ 33 Figura 13: Método de Transferência Spray. Fonte: http://www.ebah.com.br/soldagem-inoxidavel-2015 Acesso: 22/06/2019. 10 EXPERIMENTO O experimento consistiu na aplicação dos conhecimentos adquiridos durante as aulas teóricas, tendo como objetivo a realização de 10 cordões de solda, utilizando diferentes parâmetros de soldagem como, amperagem, velocidade de alimentação do arame, com a finalidade de se atingir o melhor cordão de solda possível. Para a regulagem dos parâmetros de soldagem foi utilizado os controladores A e B da imagem a seguir: Figura 14: Máquina de Soldagem MIG. Fonte: Do Autor. http://www.ebah.com.br/soldagem-inoxidavel-2015 34 O controlador A é o responsável pelo aumento de amperagem transmitida pela fonte, ela possui como regulagem 10 faixas de amperagem, começando com a 1º sendo em torno de 30 a 53 amperes e a 10º de 236 a 265 amperes. O controlador B é responsável pela alimentação do arame, ou seja, sua velocidade, que é medida m/min e pode ser dividida em 19 níveis de velocidades diferentes neste meio de controle. Estes dois controladores são os principais parâmetros que foram testadas suas variações durante o experimento, devido ao fato de estarem muito ligados um com o outro. Existe uma proporcionalidade entre eles de modo quando um deles é aumentado o outro também exige a necessidade de ser reajustado. A imagem abaixo ilustra bem essa proporção entre intensidade de corrente e velocidade de alimentação. Figura 15: Gráfico Corrente x Velocidade de alimentação. Fonte: http://www.kobelco-welding.jp/portuguese/education-center Acesso: 22/06/2019. Vale salientar que conforme o diâmetro do fio existe diferentes parâmetros. De modo geral um fio mais espeço terá uma velocidade de alimentação menor que um fio mais fino para a mesma intensidade de corrente. O diâmetro utilizado no experimento foi de 1 mm. 10.1 Parâmetros de Soldagem Os parâmetros de soldagem são definitivamente, o conhecimento mais importante que um soldador precisa ter para efetuar esta atividade, durante o http://www.kobelco-welding.jp/portuguese/education-center 35 experimento não foi diferente. O processo de solda se tornou mais fácil a partir do momento que íamos ajustando os parâmetros. Pode-se dizer que o primeiro passo para a solda, é definir o arame a ser utilizado e o gás, posteriormente vem os parâmetros, que podem ser quatro principais variáveis: A - Corrente de Soldagem. B - Extensão do Arame. C - Tensão de Soldagem. D - Velocidade de Soldagem. 10.2 Corrente de Soldagem A corrente de soldagem é no caso a amperagem de saída da fonte no momento da solda, em algumas maquinas é possível ler o valor de amperagem por um visor eletrônico, ou em outros casos por um amperímetro separado, no caso da máquina utilizada para o experimento no laboratório, não pode ser feita uma leitura precisa da amperagem utilizada, já que ela é dividida em 10 níveis por um potenciômetro de escala. 10.3 Extensão do Arame A extensão do arame é a distância da ponta da tocha até a ponta do arame. Como pode ser observado na figura a seguir: Figura 16: Representação da Extenção do Arame. Fonte: http://www.kobelco-welding.jp/portuguese/education-center Acesso: 22/06/2019. http://www.kobelco-welding.jp/portuguese/education-center 36 10.4 Tensão de Soldagem A tensão de soldagem tem um grande fator de importância na soldagem, é ela que defini o tipo de transferência que iremos obter, para o curto circuito a tensão requerida no arco é baixa, enquanto para se atingir o spray é necessário tensões maiores, o parâmetro de tensão tem uma forte ligação com a corrente e a taxa de fusão do arame, quando esses dois parâmetros são elevados a tensão também deve ser aumentado para garantir a fluidez e estabilidade da solda. 10.5 Velocidade de Soldagem A velocidade de soldagem é o conjunto de caminho percorrido pelo arco na peça pelo tempo gasto para percorrê-lo. Algumas regras devem ser adotadas na soldagem quanto a velocidade de soldagem como, quando a peça tiver uma espessura maior a velocidade deve diminuir para permitir uma fusão completa do material. O nível de corrente utilizada está diretamente ligado a velocidade, caso seja aumentada a corrente, a velocidade também deve receber um incremento. A velocidade de soldagem é comumente representada em mm/min ou em cm/min. 10.6 Técnica de Soldagem Durante o experimento foi muito visível a diferença de cordões entre os alunos, demonstrando a importância da técnica para a execução desse processo. Pelo fato de serem um fator determinante para a qualidade final da solda, muitas literaturas já fizeram estudos, de qual deve ser o posicionamento correto da tocha e também de velocidade da mesma para a realização do cordão de solda com perfeição. 10.7 Inclinação da Tocha Para cada posição de soldagem existe uma inclinação da tocha em relação a peça no qual deve ser adotada, esses ângulos podem ser achados em varias literaturas e as recomendações em sua maioria são muito parecidas. Por exemplo, para a soldagem utilizando a técnica puxando de uma peça na posição plana o ângulo entre a tocha e a peça deve ser de 80º e lateralmente a 37 tocha deve estar posicionada em 90º com o canal a ser preenchido pelo cordão de solda. Na figura abaixo é possível ver a aplicação de diferentes técnicas e os respectivos ângulos de soldagem utilizados. Figura 17: Posições e Inclinações de Soldagem. Fonte: http://www.esab.com.br/pt/education/processo_soldagem_mig_mag Acesso: 22/06/2019. 10.8 Comprimento do Arco Para obter uma solda de qualidade é preciso manter o comprimento do arco, o soldador necessita ter habilidade e experiência requerida para controlar essa distância. Uma distância muito pequena ou muito grande faz com que a atmosfera controlada não seja efetiva, o correto é que essa distancia seja entre 1 á 4 milímetros. 10.9 ZAC A ZAC “Zona Termicamente Afetada”, é a região da solda que não se fundiu durante a soldagem, porém teve sua microestrutura e propriedades físicas e químicas alteradas pelo calor induzido pela soldagem. O calor do processo de soldagem e posterior resfriamento faz com que aconteça a alteração na área circundante da solda. http://www.esab.com.br/pt/education/processo_soldagem_mig_mag 38 11 RESULTADOS OBTIDOS Após alguns testes, variando tensões e também velocidades de alimentação do arame chegamos ao resultado de 10 cordões, os quais serão explanados abaixo, especificando seus respectivos parâmetros utilizados. A tabela abaixo mostra em detalhes todos os parâmetros utilizados em cada cordão de solda e também o tipo de transferência obtido: Tabela 1: Dados de parâmetros utilizados no experimento. Cordão de Solda Nível no Potênciometro Tensão (Volts) Amperagem (Amperes) Tipos de Cordão de Solda Velocidade do Arame(m/min) 1° 1 15 30-53 Curto circuito 4 2º 2 16 53-76 Curto circuito 4 3º 3 17 76-100 Curto circuito 5 4º 4 19 100-123 Curto circuito 5 5º 5 20 123-145 Curto circuito 6 6º 6 21 145-168 Globular 6 7º 7 22 168-190 Globular 7 8º 8 24 190-213 Globular 7 9º 9 25 213-236 Globular 9 10º 10 27 236-265 Spray 10 Fonte: Do Autor Figura 18: Seis primeiros Cordões na chapa de 3mm. Fonte: Do Autor 39 Nos primeiros 6 cordões o resultado obtido pode ser considerado positivo,levando em conta a falta de experiência dos alunos no manuseio do equipamento e na regulagem dos parâmetros. Em apenas alguns ajustes na chapa de teste, foi possível definir os parâmetros que seriam utilizados no experimento, extraindo assim o resultado apresentado na imagem acima. Nos dois primeiros cordões é possível notar que o material transferido ficou levemente mais ressaltado que nos três últimos cordões, isso se deve à falta de aporte térmico para fusão completa do material e também da proximidade da tocha com a peça. Figura 19: Quatro últimos Cordões na chapa de 6mm. Fonte: Do Autor Nos cordões 7, 8 e 9 principalmente, notou-se um aumento dos respingos ao redor do cordão, isso pode ser explicado pela falta de prática do operador ou dos parâmetros de velocidade de alimentação não estarem de acordo com a corrente utilizada. Porem os respingos também são característicos do processo de transferência globular, devido ao fato de produzir gotas com tamanho maior que o arco, gerando assim os respingos característicos, o que foi possível de se observar durante o experimento. No 10º cordão foi atingido uma faixa de tensão em que a transferência por spray começa a acontecer, o que pode ser comprovado pelo ruído da soldagem 40 durante o experimento, som de um fluxo continuo diferente por exemplo de um curto circuito que tem som característico de estalos consecutivos. Após analisarmos melhor vimos que a velocidade do arame estava muito alta, posteriormente em outra ocasião baixamos a velocidade do arame e atingimos Notou-se que a distância da tocha em relação a peça estava muito longe nos primeiros testes, com isso tomamos a medida de aproximar mais do que achávamos necessário e como resultado obtivemos cordões com uma qualidade melhor. 41 CONSIDERAÇÕES FINAIS Ao final do experimento foi possível ter a percepção prática da quantidade de variáveis e parâmetros que podem de fato influenciar na qualidade de um cordão de solda. Percebeu-se uma constância de que à medida que aumentávamos a tensão, tínhamos de dar mais aporte de material para que a solda tivesse fluidez, o que ficou representado na tabela de parâmetros que foi utilizada no experimento. A técnica de soldagem foi algo extremamente influenciadora no perfil de solda, conforme o tempo ia passando os cordões ficaram cada vez mais consistentes, relatando o ganho de habilidade dos alunos em lidar com o equipamento. Após esta atividade, fica mais fácil o entendimento de um cordão de solda, visto que é treinado a experiência do profissional de forma prática. Para fins de profissão a solda se demostra presente em boa parte da vivencia de um engenheiro mecânico, e com isso se justiça a importância de entender esse processo de maneira que possamos ver um possível defeito em uma solda, com o objetivo de saber ou ter capacidade de analisar qual a sua origem. 42 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA SCOTTI, Américo. Soldagem MIG/MAG melhor entendimento, melhor desempenho. São Paulo, Artliber Editora, 2008. FIGUEIREDO, Kléber Mendes de. Tecnologia da Soldagem. Departamento de mecânica e materiais. São Luis, 2005. MODENESI, Paulo J. Introdução à metalurgia da soldagem. Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Belo Horizonte, Maio de 2006. Apostila: Soldagem MIG/MAG Esaab. Revisão em Janeiro de 2005. Apostila: Esaab – Manual de Instruções. Contagem, Minas Gerais. Novembro de 2005.
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