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SOLDAGEM E CONFORMAÇÃO AULA 6 Prof. Pablo Deivid Valle 2 CONVERSA INICIAL Os principais processos utilizados para reparo de peças metálicas são a brasagem e a aspersão térmica. Isto é, procedimentos tecnológicos que recuperam peças desgastadas e, consequentemente, ampliam a vida útil do equipamento. Esses processos estão contemplados nesta aula e são amplamente aplicados nas indústrias do setor metal-mecânico. Ademais, nos processos de soldagem a segurança do operador é questão central, haja vista as inúmeras fontes de acidente presentes na área fabril. Assim sendo, conhecer os principais equipamentos de proteção individual e coletivo torna-se fundamental para a atuação como engenheiro. Figura 1 – Soldagem Fonte: Shutterstock Questão a ser compreendida nessa aula Suponha que você está Engenheiro de Produção na empresa Equipamentos Perenes e, nesse contexto, seu diretor solicitou um estudo detalhado dos itens de segurança no ambiente de soldagem como um dos requisitos para a conquista do certificado ISO 9001-2015. O estudo dos equipamentos de segurança é importante para que seja possível elaborar um procedimento padrão de segurança para os operadores. Isto é, uma instrução clara de quais equipamentos de proteção individual e coletivo devem estar 3 disponíveis e aplicados no dia a dia da produção para assegurar a saúde ocupacional. O procedimento padrão é requisito fundamental para a obtenção da certificação ISO 9001-2015 na qual a empresa está submetida. Quer dizer, a tarefa é listar todos os equipamentos de proteção individual que o soldador deve utilizar, bem como os equipamentos de proteção coletiva na área de soldagem. Isto é, a compreensão completa dos aspectos de segurança no processo de soldagem. Vamos lá? Figura 2 – Itens de segurança Fonte: Shutterstock. TEMA 1 – PROCESSO DE BRASAGEM Brasagem engloba um grupo de processos de união que utiliza um metal de adição de ponto de fusão inferior ao do metal de base. Como consequência, o processo é realizado a uma temperatura na qual as peças sendo unidas não sofrem nenhuma fusão. Nestes processos, em geral, a penetração e espalhamento do metal de adição na junta são conseguidos por efeito de 4 capilaridade. Frequentemente, a brasagem é considerada como um processo de união. Entretanto, diferente da soldagem, porém, com base na quarta definição de soldagem apresentada na aula 4, a brasagem pode ser, alternativamente, considerada como um processo especial de soldagem por fusão no qual apenas o metal de adição é fundido. A seguir, exemplo do processo de brasagem. Figura 3 – Exemplo de processo de brasagem Fonte: <http://www.condornet.com.br/condor/por/conhecimento/brasagem.cfm>. Existem três variações básicas dos processos de brasagem: 1. A brasagem propriamente dita ou “brasagem forte” (Brazing, B) que utiliza metais de adição de temperatura de fusão superior a 450 oC. 2. A brasagem fraca (Soldering, S) que utiliza metais de adição de baixa temperatura de fusão (inferior a 450 oC). 3. A solda-brasagem, que utiliza metais de adição similares ao da brasagem, mas cujo projeto da junta é similar ao usado na soldagem por fusão convencional. Em todos os processos de brasagem, para a obtenção de uma união de boa qualidade, é fundamental que o metal de adição molhe e se espalhe de forma adequada na superfície da junta. Para isto, é importante a remoção, nesta superfície, de todas as suas contaminações, o que é usualmente feito pela limpeza e/ou decapagem adequada das peças e pelo uso, durante a brasagem, de um fluxo ou uma atmosfera adequada. Na figura abaixo pode-se observar uma peça sendo preparada para a brasagem, ou seja, a etapa de limpeza. 5 Figura 4 – Etapa de limpeza Fonte: <http://www.alusolda.com.br/conteudo/tecnicas-de-operacao-de-equipamento-tig.html>. Os fluxos são misturas de diversas substâncias (sais, ácidos, material orgânico, etc) que se fundem a uma temperatura inferior ao metal de adição e atuam sobre as superfícies da junta dissolvendo camadas de óxido e de outras contaminações e permitindo uma boa molhabilidade da junta pelo metal de adição. As atmosferas de proteção podem ser inertes ou ativas (em geral, redutoras) ou, alternativamente, a brasagem pode ser realizada em vácuo. Os processos de brasagem envolvem, em geral, a preparação da junta (envolvendo a colocação das peças em posição e, em alguns casos, a colocação do metal de adição e fluxo), o aquecimento da região da junta até a temperatura de brasagem, a alimentação de fluxo e metal de adição (caso estes não tenham sido pré-posicionados na preparação da junta), o espalhamento do metal de adição pela junta (nesta etapa, em geral, o efeito de capilaridade é extremamente importante) e o resfriamento do conjunto brasado. A brasagem forte é comumente subdividida em processos de acordo com o método de aquecimento usado: brasagem com tocha (Torch Brasing, TB), brasagem em forno (Furnace Brasing, FB), brasagem por indução (Induction Brasing, IB), brasagem por imersão (DipBrasing, DB), na qual as peças são imersas em banhos de sais ou do metal de adição fundidos para a sua brasagem, e brasagem por infravermelho (Infrared, Brasing, IB). Uma divisão similar pode ser feita para os processos de brasagem fraca, a qual, contudo, é mais comumente realizada com o auxílio de uma ponta metálica aquecida por uma resistência elétrica (“ferro de solda”). A figura a seguir ilustra o processo de brasagem em forno. 6 Figura 5 – Processo de brasagem em forno Fonte: Modenesi; Marques, 2000. Diferentes metais de adição podem ser usados na brasagem forte, dependendo do tipo de metal de base, da aplicação da peça e do processo de brasagem usado. Para juntas de aço, metais de adição comuns são, por exemplo, ligas de cobre, ligas de prata e ligas de níquel. Na brasagem fraca, são usadas, em geral, ligas de chumbo/estanho, estanho/antimônio e de estanho/zinco. A brasagem é utilizada amplamente na indústria. Aplicações variam desde a fabricação de peças simples de pequeno custo, com operação manual, até peças sofisticadas para as indústrias aeronáutica e aeroespacial, envolvendo a utilização de equipamentos sofisticados. Algumas das principais vantagens da brasagem são: • Baixo custo para montagens complexas; • Simples para a união de grandes áreas; • Menores problemas de tensões residuais que em processos de soldagem por fusão; • Capacidade de preservar revestimentos no metal de base; • Capacidade de unir metais dissimilares; • Capacidade de unir metais com materiais não metálicos; • Capacidade de unir peças com grandes diferenças de espessura; • Grande precisão dimensional das peças produzidas; • Peças produzidas requerem pouco ou nenhum acabamento final (quando uma atmosfera protetora adequada é usada); 7 • Várias peças podem ser produzidas de uma vez (processamento em batelada). Dependendo dos tipos de materiais e do processo usados, a brasagem pode ser um processo complicado com muitas variáveis que necessitam ser controladas para um resultado satisfatório. A preparação da junta para brasagem pode ser complicada, exigindo uma grande precisão dimensional para um espalhamento adequado do metal de adição. Figura 6 – Capacete para solda Fonte: <https://weldinghelmets.reviews/what-to-look-welding-helmet>. A seleção de metal de adição e fluxo/atmosfera pode ser difícil, podendo ocorrer problemas de molhamento inadequado do metal de base, formação de compostos intermetálicos (com degradação das propriedades mecânicas da junta) e até a erosão do metal de base. O processo de brasagem manual com tocha exige, em geral, um operador altamente treinado. A brasagem fraca é extremamente utilizada na indústria eletrônica, na união de conexões elétricas eeletrônicas. A seguir, exemplo de brasagem de componentes eletrônicos. 8 Figura 7 – Brasagem de componentes eletrônicos Fonte: <http://www.quimlab.com.br/guiadoselementos/estanho.htm>. 1.1 Diferença brasagem versus soldagem Segundo Renata Branco*, a brasagem e soldagem são processos usados para unir dois tipos metais com a aplicação de um terceiro tipo metal, de mesmas características, com a função de agir com a propriedade de preenchimento. Mas há uma diferença em relação ao procedimento entre as duas técnicas. Isso ocorre porque, devido aos seus próprios estilos, ambas as técnicas têm suas próprias vantagens e desvantagens. Mais do que a compreensão individual dos processos, deve-se compreender a adequação de cada um deles em diferentes situações e necessidades. As mais importantes diferenças entre os processos de soldagem e brasagem são as seguintes: A escolha entre os dois processos depende da espessura das camadas de metal envolvido no processo. Com o calor intenso e bastante focalizado em um ponto, a soldagem pode queimar os cortes mais finos e, portanto, obviamente a brasagem é mais adequada para trabalhar com a fundição em linhas mais finas, e em que seja necessária muita precisão nos movimentos. Uma grande liberação de calor pode obstruir o caminho por onde deve passar o metal líquido de preenchimento. Em tal situação, o calor do processo de brasagem, que é mais amplo e uniforme, acaba não se apresentando como o método mais adequado para se conseguir os efeitos desejados em uma fundição. Como a solda conta com um fluxo diminuído de intensidade e calor, este processo é capaz de unir com sucesso duas partes de metais. http://www.quimlab.com.br/guiadoselementos/estanho.htm 9 Embora ambos os processos sejam destinados a uma mesma finalidade, o de conectar diferentes peças de metais, a solda produz fortes ligações entre metais diferentes, em comparação com a brasagem, mas com uma especificação de alguns fatores quanto às propriedades químicas e físicas dos metais de base e o metal de preenchimento escolhido. No caso em que as diferenças nas temperaturas de fusão são maiores, a soldagem pode vir a ser um processo de fundição mais dispendioso para as indústrias, principalmente nos casos em que a solda seja uma etapa das ações de manutenção. A brasagem coliga as peças metálicas por aquecimento de mais de 448°C com a aplicação de um metal de preenchimento que tem uma temperatura de fusão inferior ao do metal base. A brasagem é tipicamente feita com um maçarico ou em uma fornalha. Outros métodos incluem mergulho, resistência e brasagem por indução. Resistentes ao calor, as ligas de alta resistência, que contêm quantidades apreciáveis de alumínio ou de titânio, são frequentemente soldadas em um vácuo para evitar a formação de óxidos que inibem o umedecimento e fluxo do metal de preenchimento. Peças feitas de metais devem ser revestidas para evitar a oxidação durante a soldagem. Já as partes chapadas e retas podem ser soldadas em um vácuo ou em atmosfera controlada. TEMA 2 – ASPERSÃO TÉRMICA Aspersão térmica, “spray” térmico ou metalização (thermal spraying, THSP) é um processo no qual um material metálico ou não metálico é aquecido até a sua fusão ou amolecimento e, então, acelerado, na forma atomizada, de encontro a um substrato para formar um revestimento sobre este. O material pode estar inicialmente na forma de pó, arame ou vareta. O aquecimento pode ser feito por uma chama, arco ou arco-plasma. Ao se chocarem com a superfície do substrato, as partículas se achatam, assumindo uma forma lenticular (lamelas), aderindo ao substrato e às partículas adjacentes e se resfriam rapidamente formando o revestimento. Este apresenta uma estrutura complexa formada por lamelas, partículas não fundidas do revestimento, inclusões de óxido e por poros. A aplicação de diversas camadas permite a formação de um revestimento de espessura desejada, em geral inferior a 1mm. A ligação entre as partículas e entre estas e o substrato é complexa, envolvendo fatores 10 mecânicos, metalúrgicos e químicos. Na figura abaixo pode-se verificar um exemplo de aspersão térmica. Figura 8 – Exemplo de aspersão térmica Fonte: <http://www.grupogp.net/servicos_cat1.php>. Aspersão térmica é amplamente usada para a restauração da dimensão de peças desgastadas ou para modificar as características superficiais de um componente possibilitando por exemplo, melhor resistência à corrosão, melhor resistência ao desgaste mecânico ou melhor isolamento térmico. O processo pode, assim, ser utilizado tanto na fabricação de novos componentes como na recuperação de peças usadas. Existem quatro variações principais do processo de aspersão térmica baseadas na forma de aquecimento e aceleração das partículas: • Aspersão por chama (flame spraying, FLSP); • Aspersão por plasma (plasma spraying, PSP); • Aspersão a arco (arc spraying, ASP); • Aspersão por detonação de chama (detonation flame spraying). Os três primeiros processos utilizam, respectivamente, uma chama oxi- combustível, um plasma não transferido e um arco entre dois arames do material sendo atomizado. Na aspersão por detonação de chama, rápidas detonações sucessivas de uma mistura explosiva de oxigênio e acetileno aquecem e projetam cargas do material atomizado contra o substrato. 11 Figura 9 – Esquema do processo de aspersão por chama Fonte: Modenesi; Marques, 2000. 2.1 Manutenção de peças desgastadas Os fabricantes utilizam a metalização a fim de obterem maiores vantagens aos seus produtos. Quer seja para aumentar a vida útil da peça fabricada, para proporcionar benefícios no aumento de resistência ao desgaste e/ou as temperaturas em peças que devem ter condutividade elétrica, ou ainda, aquelas que devem ter resistência a interferência da radiofrequência etc. Na sequência, aplicação de aspersão térmica na recuperação de peças. Figura 10 – Aplicação de aspersão térmica na recuperação de peças Fonte: <http://wwwo.metalica.com.br/metalizacao-revestimentos-por-aspersao-termica>. 12 TEMA 3 – DEFEITOS EM SOLDADOS Designa-se como defeito em soldados qualquer interrupção da estrutura típica (ou esperada) de uma junta solda. Neste sentido, pode-se considerar, como descontinuidade, a falta de homogeneidade de características físicas, mecânicas ou metalúrgicas do material ou da solda. A existência de descontinuidades em uma junta não significa necessariamente que esta seja defeituosa. Esta condição depende da aplicação a que se destina o componente e é, em geral, caracterizada pela comparação das descontinuidades observadas ou propriedades medidas com níveis estabelecidos em um código, projeto ou contrato pertinente. Assim, considera-se uma junta soldada contém defeitos quando esta apresenta descontinuidades ou propriedades (neste caso, defeitos) que não atendam ao exigido, por exemplo, por um dado código. Juntas defeituosas precisam, em geral, ser reparadas ou, mesmo, substituídas. Existem quatro tipos gerais de descontinuidades: a. descontinuidades dimensionais; b. descontinuidades estruturais; c. descontinuidades relacionadas com propriedades indesejáveis da região da solda; d. descontinuidades relacionadas com as propriedades do metal de base. Figura 11 – Exemplos de defeitos em soldagem Fonte: <http://www.servsolda.com.br/sobre-nos/fale-conosco/11-internas/28-solda-eletrica>. 13 3.1 Qualidade na soldagem A qualidade na soldagem é assegurada pela inspeção, isto é, a inspeção de um conjunto soldado envolve atividades relacionadas com o processo e os equipamentos de soldagem, o procedimento de soldagem, a sua especificação e qualificação, a qualificação do soldador ou operador, a metalurgia da soldagem, métodos de avaliação dimensional, visual e não destrutiva, diferentes tipos de testesdestrutivos, particularmente ensaios mecânicos, juntamente com o conhecimento de desenhos e diferentes normas e especificações. Os responsáveis pela inspeção estão, em geral, ligados ao contratante do serviço ou a uma organização independente, embora o executor possa ter seus inspetores para o seu controle interno. A inspeção pode ocorrer em diferentes momentos de um processo de fabricação. A extensão e requisitos associados com esta variam bastante em função do tipo de atividade considerada, exigências de contrato e normas e diversos outros fatores. De uma forma geral, a inspeção pode envolver aspectos como: a. Inspeção antes da soldagem: • Procedimentos e qualificações; • Planos de fabricação e testes; • Especificação e qualidade do metal base; • Equipamentos de soldagem e auxiliares; • Consumíveis de soldagem; • Projeto e preparação das juntas. b. Inspeção durante a soldagem: • Controle da montagem e ajuste das peças; • Qualidade das soldas de ponteamento; • Controle da distorção; • Conformidade com procedimentos de soldagem e planos de fabricação; • Controle da temperatura de pré-aquecimento e entre passes e métodos de medição; • Manuseio e controle dos consumíveis de soldagem; • Qualificação dos soldadores para as operações executadas; • Limpeza entre passes e limpeza final da junta; 14 • Inspeção não destrutiva (exame visual e, caso necessário, outros). c. Inspeção após a soldagem: • Conformidade com desenhos e especificações; • Limpeza; • Inspeção não destrutiva; • Inspeção destrutiva (por exemplo, ensaios mecânicos, em amostras); • Ensaios de operação; • Controle de reparos; • Controle de tratamento térmico após a soldagem e de outras operações; • Documentação das atividades de fabricação e inspeção. TEMA 4 – EQUIPAMENTOS DE SEGURANÇA As regras de segurança são divididas em três grupos principais: 4.1 Regras de segurança relativas ao local de trabalho O calor produzido por arcos elétricos e as suas irradiações, por escórias quentes e por faíscas podem ser causas de incêndios ou explosões. Consequentemente, toda área de soldagem ou corte deve ser equipada com sistema adequado de combate a incêndio e o pessoal de supervisão de área, operação ou manutenção do equipamento envolvido deve ser treinado no combate a incêndios. A seguir exemplo de ambiente seguro. Figura 12 – Ambiente seguro 15 4.2 Regras de segurança relativas ao pessoal Choques elétricos podem ser fatais e devem ser evitados. Instalações elétricas defeituosas, aterramento ineficiente assim como operação ou manutenção incorretas de um equipamento elétrico são fontes comuns de choque elétricos. A corrente elétrica que circula num condutor provoca o aparecimento de campos elétricos e magnéticos. As correntes elétricas utilizadas em soldagem, corte ou goivagem criam tais campos em torno dos cabos de solda e dos equipamentos. Ademais certas máquinas de soldar geram e usam, para abrir o arco ou durante toda a operação de soldagem, um faiscamento do tipo "ruído branco" conhecido como "alta frequência". Consequentemente, pessoas portadoras de marca-passo devem consultar um médico antes de adentrar uma área de soldagem ou corte: os campos elétricos e magnéticos ou as irradiações podem interferir no funcionamento do marca-passo. Os arcos elétricos de soldagem ou corte emitem raios ultravioletas e infravermelhos. Exposições de longa duração podem provocar queimaduras graves e dolorosas da pele e danos permanentes na vista. Na sequência exemplo de bancada de soldagem aterrada. Figura 13 – Bancada de soldagem aterrada Devido à emissão de raios ultravioletas e infravermelhos, arcos elétricos queimam a pele da mesma maneira que o sol, porém muito mais rapidamente e com maior intensidade. Os operadores, e em particular aquelas sensíveis à exposição ao sol podem sofrer queimaduras na pele após breve exposição a um 16 arco elétrico. Os respingos de solda e as fagulhas são outras fontes de queimaduras. Em relação aos equipamentos de proteção, pode-se listar dois tipos: • Equipamento de Proteção Individual – EPI; • Máscara para fumos de solda; • Óculos de proteção; • Aventais de raspa; • Touca de soldador; • Luvas de vaqueta ou de raspa; • Blusão de soldador; • Protetores auriculares; • Mangote de raspa; • Botas de proteção com solado isolante; • Máscaras de solda com Lentes na tonalidade correta; • Perneiras. Figura 14 – Equipamentos de proteção Fonte: <http://www.abssoldas.com/epi.html>. Equipamento de Proteção Coletivo (EPC): • Cortinas inactínicas; • Extintores de incêndio; 17 • Sistemas de extração de gases. Figura 15 – Equipamentos de proteção coletiva Fonte: <http://www.directindustry.com/pt/prod/avani-environmental/product-85721-1670719.html>. 4.3 Regras de segurança relativas ao equipamento Sempre instalar e operar um equipamento de soldar ou cortar de acordo com a orientação do seu Manual de Instruções. Além da proteção ao pessoal de operação e manutenção, o aterramento constitui uma proteção fundamental dos equipamentos. Na figura a seguir exemplo de segurança para o equipamento. Figura 16 – Segurança para o equipamento 18 TEMA 5 – NORMAS REGULAMENTADORAS As principais normas regulamentadoras no processo de soldagem são: • Cor na segurança do trabalho – NBR 7195 (1982); • Classificação dos equipamentos elétricos e eletrônicos quanto à proteção contra os choques elétricos – NBR 6151 (1990); • Estabelecimento de segurança aos efeitos da corrente elétrica percorrendo o corpo humano – NBR 6533 (1981); • Cabos flexíveis com cobertura para máquinas de soldar a arco – NBR 8762 (1985); • Sistemas de proteção por extintores de incêndio – NBR 12693 (1993); • Execução de sistemas de detecção e alarme de incêndio – NBR 9441 (1986); • Prevenção de acidentes em espaço confinado – NBR 12246 (1992); • Níveis de ruído para conforto acústico – NBR 10152 (1987); • Identificação de gases em cilindros – NBR 12176 (1992); • Segurança de instalações de ar comprimido – NB 222 (1971); • Capacete de segurança para uso na indústria – NBR 8221 (1983); • Luvas de segurança – NB 122 (1966); • Calçado de proteção – NBR 12561 (1992). FINALIZANDO Nesta aula foi possível estudar o processo de fabricação denominado brasagem, aspersão térmica e segurança na soldagem, ou seja, processos tecnológicos aplicados na recuperação e manutenção de peças em geral. Nesse contexto, o raciocínio exercitado foi destacar quais os principais equipamentos de proteção individual EPI e proteção coletiva EPC que devem ser utilizados pelos operadores para assegurar a saúde ocupacional. Quer dizer, a importância de se padronizar e estabelecer os procedimentos de segurança necessários para a obtenção da norma de qualidade ISO 9001-2015 numa empresa do ramo metal-mecânico. Ademais, a base para a produção com qualidade é a segurança do operador durante toda a execução do processo. Logo, verifica-se um grande destaque para a correta utilização dos equipamentos de proteção individual e coletivo no intuito de garantir a 19 integridade das pessoas. Assim sendo, esteja atento às normas de segurança da sua organização e aos procedimentos obrigatórios para que a saúde ocupacional esteja sempre em primeiro plano! 20 REFERÊNCIAS FRANZINI, O. D. Aplicação de LASER pulsado Nd: YAG na soldagem do aço super duplex UNS S32750, 2016. Disponível em: <https://repositorio.unesp.br/handle/11449/146743>. Acesso em: 24 jan. 2018. MARQUES, P. V.; MODENESI, P. J.; BRACARENSE, A. Q. Soldagem: fundamentos e tecnologia. Belo Horizonte: Ed. UFMG, 2005. MODENESI, P. J., MARQUES, P. V. Introdução ao processo de soldagem. Belo Horizonte: Ed. UFMG, 2000. Disponível em: <http://demet.eng.ufmg.br/wp- content/uploads/2012/10/metalurgia.pdf>. Acesso em: 24 jan. 2018.WAINER, E.; BRANDI, S. D.; MELLO, F. Soldagem: processos e metalurgia. São Paulo: Blucher, 1992. Conversa inicial
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