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01/07/2017 1 INTRODUÇÃO A SOLDAGEM Prof. Júlio Pedrosa UNIÃO DOS METAIS • Duas categorias principais: • 1 Forças macroscópicas entre as partes a serem unidas. • 2 Forças microscópicas interatômicas e intermoleculares. • 1 Parafusagem e rebitagem: Resistência da junta: resistência ao cisalhamento do parafuso ou rebite + forças de atrito entre superfícies em contato. • 2 Brasagem, soldagem e colagem: União pela aproximação de átomos ou moléculas das peças a serem unidas, até distâncias muito pequenas para a formação de ligações químicas (ligações metálicas e de Van der Walls). DEFINIÇÃO • Algumas definições de soldagem são: • "Operação que visa obter a união de duas ou mais peças , assegurando, na junta soldada, a continuidade de propriedades físicas, químicas e metalúrgicas". • "Operação que visa obter a coalescência localizada produzida pelo aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a aplicação de pressão e de metal de adição." (Definição a adotada pela AWS - American Welding Society). • “Processo de união de materiais baseado no estabelecimento, na região de contato entre os materiais sendo unidos, de forças de ligação química de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais.” DEFINIÇÃO • Soldagem é considerada como um método de união, porém, muitos processos de soldagem ou variações destes são usados para a deposição de material sobre uma superfície, visando a recuperação de peças desgastadas ou para a formação de um revestimento com características especiais. • Embora a soldagem seja um processo recente, com cerca de 100 anos, a brasagem e a soldagem por forjamento têm sido utilizadas desde épocas remotas. • Museu do Louvre, um pingente de ouro com indicações de ter sido soldado e que foi fabricado na Pérsia, por volta de 4000 AC. • Mais de 70 processos de soldagem a nível mundial 01/07/2017 2 HISTÓRICO 1801 Sir Humphey Davis descobre o fenômeno do arco elétrico 1836 Edmund Davy descobre o Acetileno 1885 N. Bernardos e S. Olsewski depositam patente do processo de soldagem por arco elétrico 1889 N.G. Slavianoff e C. Coffin substituem o eletrodo de grafite por arame metálico 1901 Fouché e Picard desenvolvem o primeiro maçarico industrial para soldagem oxiacetilênica 1903 Goldschmidt descobre a solda aluminotérmica 1907 O. Kjellberg deposita a patente do primeiro eletrodo revestido 1919 C. J. Halsag introduz a corrente alternada nos processos de soldagem 1926 H.M. Hobart e P.K. Denver utilizam gás inerte como proteção do arco elétrico 1930 Primeiras normas para eletrodo revestido nos EUA 1935 Desenvolvimento dos processos de soldagem TIG e Arco Submerso 1948 H.F. Kennedy desenvolve o processo de soldagem MIG 1950 França e Alemanha desenvolvem o processo de soldagem por feixe de elétrons 1953 Surgimento do processo MAG 1957 Desenvolvimento do processo de soldagem com arame tubular e proteção gasosa 1958 Desenvolvimento do processo de soldagem por eletro-escória , na Rússia 1960 Desenvolvimento de processo de soldagem a laser, nos EUA 1970 Aplicados os primeiros robôs nos processos de soldagem Iniciou em torno de 1500 AC, substituiu o cobre e o bronze na confecção de artefatos. Ferro era produzido em fornos por redução direta e conformado por martelamento na forma de blocos com peso de poucos kg. Quando peças maiores eram necessárias: blocos soldados por forjamento :material aquecido ao rubro, com areia entre as peças e martelava-se até formar a solda. Exemplo : pilar de cerca de sete metros de altura e mais de cinco toneladas existente ainda hoje na cidade de Delhi, na Índia. FABRICAÇÃO DO FERRO A SOLDAGEM NA ANTIGUIDADE E NA IDADE MÉDIA Fabricação de armas e instrumentos cortantes. Ferro: obtido por redução direta tem baixo teor de C (<0.1%), não sendo endurecível por têmpera. Aço: com ↑ %C, era material escasso e de alto custo. Fabricado a partir da cementação de tiras finas de ferro. Ferramentas: fabricadas em ferro com tiras de aço soldadas nos locais de corte e endurecidas por têmpera Espadas de elevada resistência mecânica e tenacidade: fabricadas soldando tiras alternadas de aço e ferro e deformadas por compressão e torção. Resultado: lâmina com uma fina alternância de regiões de alto e baixo teor de C. A SOLDAGEM NA ANTIGUIDADE E NA IDADE MÉDIA Durante este período, a soldagem foi um processo importante na tecnologia metalúrgica devido a dois fatores: A escassez e o alto custo do aço. O tamanho reduzido dos blocos de ferro obtidos por redução direta. Esta importância começou a diminuir com a tecnologia de fabricação de grandes quantidades de ferro fundido no estado líquido : Pelo uso da energia gerada em rodas d'água, nos séculos XII e XIII. Com o desenvolvimento do alto forno nos séculos XIV e XV. 01/07/2017 3 A fundição tornou-se um processo importante de fabricação. A soldagem por forjamento foi substituída por outros processos de união. A rebitagem e parafusagem tornaram-se mais adequados, naquela época, para união de peças. Soldagem permaneceu como processo secundário de fabricação até o século XIX. A SOLDAGEM ATÉ O SÉCULO XIX A tecnologia de soldagem começou a mudar radicalmente.. (1801-1806) experiências com o arco elétrico. A descoberta do acetileno por Edmund Davy. Desenvolvimento de fontes produtoras de energia elétrica possibilitaram o aparecimento dos processos de soldagem por fusão. A SOLDAGEM NO SÉCULO XIX Inglaterra, 1885 por Nikolas Bernados e Stanislav Olszewsky. Baseada em um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo de carvão e a peça a ser soldada. PRIMEIRA PATENTE DE UM PROCESSO DE SOLDAGEM 1890: N. G. Slavianoff, (Rússia) e Charles Coffin, (EUA), desenvolveram independentemente a soldagem a arco elétrico com eletrodo metálico nu. Até o final do século XIX, foram desenvolvidos os processos de soldagem: Soldagem por resistência elétrica. Soldagem por aluminotermia. Soldagem a gás. 01/07/2017 4 Desenvolvimentos posteriores tornaram este processo o mais utilizado no mundo. A SOLDAGEM NO SÉCULO XX Em 1907, Oscar Kjellberg (Suécia) patenteia o processo de soldagem a arco com eletrodo revestido. Após a eclosão da 1ª grande guerra, devido às necessidades da época, a soldagem passou a ser utilizada mais intensamente como processo de fabricação. Primeiro navio totalmente soldado remonta desta época. A soldagem se desenvolveu rapidamente. Os processos usados até então foram aperfeiçoados. Novos processos desenvolvidos, novos equipamentos e tecnologias incorporados à soldagem. Desenvolvimentos em outras áreas: eletrotécnica, eletrônica e a metalurgia contribuíram para o avanço da soldagem. Últimas décadas: técnicas de instrumentação e controle absorvidas pela soldagem, junto com desenvolvimentos na área de robótica e informática. A SOLDAGEM NO SÉCULO XX Mais de 70 diferentes processos de soldagem têm alguma utilização industrial. A soldagem é o mais importante método para a união permanente de metais. Evidenciada pela presença de processos de soldagem e afins nas mais diferentes atividades industriais: Segmentos de baixa tecnologia (indústria serralheira) Segmentos de elevada tecnologia e complexidade (indústrias nuclear e aeroespacial). A SOLDAGEM HOJE CONSIDERAÇÕES SOBRE A SOLDA • Na soldagem, os materiais das peças devem ser, se possível, iguais ou, no mínimo, semelhantes em termos de composição. As peças devem ser unidas através de um material de adição, também igual em termos de características, pois os materiais se fundem na região da solda. O metal de adição deve ter uma temperatura de fusão próxima àquela do metal-base ou, então, um pouco abaixo dela, caso contrário, ocorrerá uma deformaçãoplástica significativa. 01/07/2017 5 CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS • Soldagem por Fusão - é o processo no qual as partes soldadas são fundidas por meio de ação de energia elétrica ou química, sem que ocorra aplicação de pressão. • Soldagem por pressão - é o processo no qual as partes soldadas são inicialmente unidas e posteriormente pressionadas uma contra a outra para efetuar a união. 01/07/2017 6 FORMAÇÃO DA JUNTA • Uma peça metálica é formada por um grande número de átomos dispostos em um arranjo espacial característico (estrutura cristalina). • Mesmo uma superfície com um acabamento cuidadoso apresenta irregularidades da ordem de 50nm de altura, cerca de 200 camadas atômicas. Isto impede uma aproximação efetiva das superfícies, o que ocorre apenas em alguns poucos pontos de contato, de modo que o número de ligações formadas é insuficiente para garantir qualquer resistência para a junta. • DIFUSÃO Metal Espessura da Camada (anstron) Tempo de Formação (s) Alumínio 1200 15 Cobre 3000 30 Ferro 2000 40 Molibdênio 2000 a 3000 40 Germânio 2000 a 3000 80 FORMAÇÃO DA JUNTA • A soldagem consiste em agrupá-los em dois grandes grupos baseando-se no método dominante para produzir a solda: (a) processos de soldagem por pressão (ou por deformação) e (b) processos de soldagem por fusão. TERMINOLOGIA • Soldagem (Welding) é o processo de união de materiais, a Solda (weld) é o resultado deste processo. • Metal Base (base metal): Material da peça que sofre o processo de soldagem. • Metal de Adição (filler metal): Material adicionado, no estado líquido, durante a soldagem (ou brasagem). • Poça de Fusão (weld pool): Região em fusão, a cada instante, durante uma soldagem. • Penetração (penetration): Distância da superfície original do metal de base ao ponto em que termina a fusão, medida perpendicularmente à mesma. • Junta (joint): Região entre duas ou peças que serão unidas. • Chanfro (groove): Corte efetuado na junta para possibilitar/facilitar a soldagem em toda a sua espessura. 01/07/2017 7 TERMINOLOGIA TERMINOLOGIA 01/07/2017 8 FONTES DE CALOR UTILIZADAS • As fontes principais utilizadas na soldagem de metais, como fornecedoras de calor, são: • • chama oxiacetilênica; • • arco elétrico. VANTAGENS DA SOLDAGEM • redução do peso; • economia de tempo; • melhor fluxo da força; • suporte de elevadas solicitações mecânicas, tanto quanto a peça. DESVANTAGENS DA SOLDAGEM • não podem ser desmontáveis; • na soldagem, ocorrem tensões, trincas e deformações; • exige acabamento posterior; • em trabalhos especiais, exige mão-de-obra especializada, análise e ensaios dos cordões de solda. 01/07/2017 9 TIPOS DE JUNTAS TIPOS DE CHANFROS ELEMENTOS DO CHANFRO • Encosto ou nariz (s) (nose, groove face): Parte não chanfrada de um componente da junta. • Garganta, folga ou fresta (f) (root opeming): Menor distância entre as peças a soldar. • Ângulo de abertura da junta (α) (groove angle) e • ângulo de chanfro (β) (bevel angle). 01/07/2017 10 TERMINOLOGIA • Raiz (root): Região mais profunda do cordão de solda. Em uma junta chanfrada,corresponde à região do cordão junto da fresta e do encosto. Tende a ser a região mais propensa à formação de descontinuidades em uma solda. • Face (face): Superfície oposta à raiz da solda. • Passe (pass): Depósito de material obtido pela progressão sucessiva de uma só poça de fusão. Uma solda pode ser feita em um único ou em vários passes. • Camada (layer): Conjunto de passes localizados em uma mesma altura no chanfro. • Reforço (reinforcement): Altura máxima alcançada pelo excesso de material de adição, medida a partir da superfície do material de base. • Margem (toe): Linha de encontro entre a face da solda e a superfície do metal de base. POSIÇÕES DE SOLDAGEM MODOS DA SOLDAGEM • Manual (manual): Soldagem na qual toda a operação é realizada e controlada manualmente pelo soldador. • Semi-automático (semi-automatic): Soldagem com controle automático da alimentação de metal de adição, mas com controle manual pelo soldador do posicionamento da tocha e de seu acionamento. • Mecanizado (machine): Soldagem com controle automático da alimentação de metal de adição, controle do deslocamento do cabeçote de soldagem pelo equipamento, mas com o posicionamento, acionamento do equipamento e supervisão da operação sob responsabilidade do operador de soldagem. • Automático (automatic): Soldagem com controle automático de praticamente todas as operações necessárias. De uma forma ampla, os sistemas automáticos de soldagem podem ser divididos em duas classes: (a) Nenhuma flexibilidade para mudanças no processos e (b) sistemas com robôs, programáveis e apresentado uma flexibilidade relativamente grande para alterações no processo. 01/07/2017 11 SIMBOLOGIA SIMBOLOGIA SIMBOLOGIA Os símbolos suplementares são usados em posições específicas do símbolo de soldagem quando necessários; existem ainda os símbolos de acabamento, que indicam o método de acabamento da superfície da solda. Estes símbolos são: C – rebarbamento G –esmerilhamento M – usinagem R – laminação H – martelamento 01/07/2017 12 INTRODUÇÃO A METALURGIA DA SOLDA Prof. Esp. Júlio Pedrosa 46 Metalurgia da Soldagem • Nucleação e crescimento de grão • Líquido – átomos não se dispõe de maneira ordenada • Resfriamento – formação de núcleos de solidificação • Núcleos dão origem aos grãos (sistema cristalino) • Direção aleatória (gera contornos de grãos) SOLIDIFICAÇÃO DE UMA SOLDA 47 Metalurgia da Soldagem Solidificação da zona fundida - Segregação – Impurezas como P, Nb, S, N – Propagação de uma segregação ou defeitos pré-existentes 48 Metalurgia da Soldagem - Diagrama de Fase Fe - Fe3C Transformação de austenita em ferrita Transformação de austenita em ferrita e cementita Transformação de austenita em cementita Pró-eutetóide 01/07/2017 13 CURVAS TTT (Transformação-Tempo-Temperatura) 50 Metalurgia da Soldagem - Ciclo Térmico tp – tempo de permanência tr – tempo de restriamento CICLOS TÉRMICOS REPARTIÇÃO TÉRMICA Zona Fundida Zona de Ligação Zona Afetada pelo Calor Metal de Base Temperatura Macroestrutura esquemática da seção transversal de uma Junta soldada e sua relação com as temperaturas de pico: A = ZF, B = ZAC e C = MB Considerações iniciais sobre a formação da ZTA As características da Zona Termicamente Afetada (ZTA) dependerá: a) Taxa de aquecimento (calor aportado); b) Taxa de resfriamento x t8/5; c) Tamanho e orientação inicial do grão metal de base/ZF; d) Grau de deformação mecânica; e) Composição química do metal de base; f) Tipo de da junta, espessura. Conseqüências da formação da ZTA: a) Mudança no valor da dureza; b) Mudança no tamanho do grão; c) Mudança de fases (formação de fases metaestáveis – por exemplo, martensita); d) Mudança no valor da resistência mecânica; e) Perda de resistência à corrosão Fonte: ASM International 01/07/2017 14 REPARTIÇÃO TÉRMICA – ANALISE CRÍTICA Controle de Deformações – Exercícios complementares Controle de Deformações – Exercícios complementares x Metalurgia da Soldagem – Energia de Soldagem Curvas Temperatura-Transformação-Tempo (TTT) 727 °C Menor Energia de Soldagem Curva X maior velocidade de resfriamento Maior Energia de Soldagem curva Z menor velocidade de resfriamento Reduz a microestrura frágil, mas aumenta a deformação 01/07/2017 15 O soldador muda a energia de soldagem com mais facilidade através da velocidade de avanço da poça de fusão,v. ENERGIA DE SOLDAGEM VÁRIAS FORMAS DE MOVIMENTO DE ELETRODO v VxI fE E - energia de soldagem (J/ m) f - eficiência de transmissão de calor (%) V – Tensão (V) I – Corrente (A) v - velocidade de avanço (m/s) EXERCÍCIO 1ª) Determinar a Energia de Soldagem para soldar uma chapa de aço carbono com espessura de 55mm com o eletrodo AWS E 7018, Diâmetro do eletrodo, = 3/16” catálogo Corrente= 250 A e Tensão= 30V Velocidade de soldagem, v = 3mm/s Processo de soldagem: Eletrodo revestido, rendimento, f = 75% METALURGIA DA SOLDAGEM • A maioria dos processos de soldagem por fusão é caracterizada pela utilização de uma fonte de calor intensa e localizada. • Na soldagem a arco elétrico o aporte térmico (heat input) é definido como o calor cedido à junta soldada por unidade de comprimento e é calculado pela equação AÇÃO SIMULTÂNEA DE QUATRO FATORES: • Hidrogênio dissolvido no metal fundido; • Tensões de soldagem; • Presença de microestrutura frágil; • Temperatura abaixo de 150oC. FISSURAÇÃO PELO HIDROGÊNIO (OU FISSURAÇÃO A FRIO) 01/07/2017 16 TRINCA A FRIO INDUZIDA POR HIDROGÊNIO • As causas da trinca a frio induzida por hidrogênio podem ser: • Energia de soldagem baixa, isto é, corrente de soldagem baixa ou velocidade de soldagem elevada; • Consumível especificado erroneamente: diâmetro pequeno e, conseqüentemente, corrente de soldagem baixa; • consumível com teor de hidrogênio elevado. 62 Metalurgia da Soldagem • FISSURAÇÃO PELO HIDROGÊNIO (Fissuração a frio) 63 Trinca a Frio por Hidrogênio Normalmente ocorre na zona Afetada Termicamente FISSURAÇÃO DA ZTA POR HIDROGÊNIO • A dureza na ZTA depende da taxa de resfriamento e quanto maior a taxa de resfriamento mais facilmente a estrutura pode trincar • Quanto maior a espessura da junta, maior a velocidade de resfriamento • Tipo de junta também afeta a taxa de resfriamento pelo número de caminhos ao longo dos quais o calor pode fluir: junta de topo junta de ângulo 01/07/2017 17 65 Metalurgia da Soldagem • Fissuração a quente Durante a soldagem Durante a solidificação 66 Metalurgia da Soldagem • CARBONO EQUIVALENTE • Avaliar a soldabilidade dos aços ao carbono e dos aços baixa liga. • Composição química – certificado de fabricação ou especificação do material • CE < 0,40% – soldagem por qualquer processo a arco, sem pré aquecimento • CE entre 0,40 e 0,45% - abaixo de 30 mm de espessura soldagem sem pré aquecimento com eletrodos de baixo hidrogênio ou processos com atmosfera gasosa • CE > 0,45% - os parâmetros de soldagem passam a ter muita importância podendo ser necessário pré aquecimento e pós aquecimento. Atentar às questões de ordem metalúrgica. 15 )( 5 )( 6 )( CuNiVMoCrSiMn CCE 67 Diluição Diluição é a participação do metal de base na constituição da zona fundida. A – área da seção transversal da Zona Fundida = MB + MA B – área de participação do metal de base na seção transversal da Zona Fundida = MB d – Coeficiente de Diluição Coeficiente de Diluição, d = Metal Base = MB Zona Fundida MB + MA Solda autogêna (sem metal de adição) d = 100% Brasagem (sem fusão do metal de base) d = 0% ZF ZF 17 Pré-Aquecimento 01/07/2017 18 18 Pós-Aquecimento CÁLCULO DE SOLDA • Solda de topo – Tração • Solda lateral – Cisalhamento • Solda em ângulo – Flexão, Cisalhamento e Torção Solda de Topo Tensões admissíveis segundo AWS: Tração (Topo) - σs = 90MPa Cisalhamento (Lateral) - τs = 70MPa Compressão (Ângulo) - σc = 130MPa Exemplo 1 01/07/2017 19 Solda Lateral A = a x l Fonte: Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais – Sarkis Melconian Exemplo 2 Solda com Carga Excêntrica Exemplo 3 01/07/2017 20 Solda solicitadas por Torque Solda solicitadas Flexão Fonte: Resistência dos Materiais – Escola PROTEC Projetista de Maquinas Provenza, pag - 6-02 01/07/2017 21 SEGURANÇA NA SOLDAGEM EPC • Os EPCs (Equipamentos de Proteção Coletiva) obrigatórios para todo trabalho de soldagem são: • Extintores de incêndio • Cortinas inactínicas • Sistemas de extração de gases Solda • EPIS para soldadores • Blusão em vaqueta: • Blusão confeccionado em Vaqueta na parte frontal, com tratamento retardante as chamas. • Fechamento em Velcro Solda • EPIs para soldadores Protetor facial mais comum Escudo confeccionado em polipropileno, com cabo de material plástico de aproximadamente 120 mm de comprimento e 35 mm de diâmetro, fixo ao escudo por meio de três parafusos metálicos. 01/07/2017 22 Solda EPIs para soldadores • Aplicação: Solda MIG e Atividades em contato com peças aquecidas até 180 C Luva confeccionada com Raspa Couro, com forro em algodão tratado retardante as chamas; costurada com linha de algodão, e reforço nas costuras em todo o fechamento da luva. Solda EPIs para soldadores Solda • Capuz, Abas Curtas, combinando 2 tipos de tecido para melhor adequação e conforto ao soldador. EPIs para soldadores Aplicação: Fagulhas de solda e irradiação do calor. Solda EPIs para soldadores • perneiras em raspa de couro 01/07/2017 23 Solda • EPIs para soldadores aventais em raspa de couro tamanho 1,20 x 0,60 Solda EPIs para soldadores • blusão em raspa Solda EPIs para soldadores • mangote em raspa, para uso em trabalhos de soldas Solda • EPIs para soldadores Máscaras de solda super leve com filtro de escurecimento automático. 01/07/2017 24 Segurança na Soldagem 1. - Principais riscos para um soldador 1. - Poluição por fumos de soldagem 2. - Radiações visíveis e invisíveis 3. - Ruídos excessivos 4. - Choques elétricos 5. - Incêndios e explosões SEGURANÇA NA SOLDAGEM Fig. 1 – Proteção durante a soldagem 1 - SEGURANÇA NA SOLDAGEM 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. Por isso, vamos apresentar, nesta seção, uma série de conteúdos relacionados aos perigos que a soldagem oferece, descrevendo as principais medidas de saúde segurança a serem adotadas para prevenir acidentes e, ainda, o que deve se feito caso esses acidentes ocorram. SEGURANÇA NA SOLDAGEMM 1.1 – Principais riscos para um soldador Em todos os processos de soldagem por fusão, os riscos à que o soldador se expõe são imensos. Entre estes riscos podemos citar os seguintes: • Poluição por fumos de soldagem; • Radiação visível e invisível; • Ruídos excessivos; • Choques elétricos; • Incêndios e explosões. SEGURANÇA NA SOLDAGEMM 1.1.1 - Poluição por fumos de soldagem A liberação de fumos metálicos nos processos de soldagem é um fato real e inevitável (fig. 3), estes fumos são oriundos de partículas metálicas liberadas na fusão dos metais, esta poluição é provocada principalmente por resíduos contidos no metal base a exemplo de óleos, impurezas, tintas entre outros. No processo de eletrodo revestido (em alguns casos) são liberados fumos prejudiciais à saúde do homem, que podem provocar desde irritações nos olhos e vias aéreas como problemas futuros em caso de grandes exposições aos mesmos, a exemplo de câncer nos ossos e nos pulmões em virtude de substâncias como o fluoreto de cálcio e óxido de zircônio existentes no revestimento de alguns deles. Fig.3 – Poluição por fumosna soldagem SEGURANÇA NA SOLDAGEMM 01/07/2017 25 Os perigos respiratórios As áreas próximas do soldador estão sujeitas à luz do arco elétrico, ao calor, aos fumos metálicos, respingos, fumaça e vapores. O calor e os respingos, emanados na deposição da solda, são capazes de causar a explosão de substâncias inflamáveis. Se possível, nunca efetuar nenhum trabalho de soldagem em áreas que envolvam gases, vapores, líquidos inflamáveis ou ambientes que contenham pós ou fibras que possam gerar explosão. SEGURANÇA NA SOLDAGEMM Precauções: Trabalhar em locais com boa ventilação sem prejudicar a soldagem; (fig. 4) Ventilar forçadamente ambientes confinados; (fig. 5) Usar máscaras de proteção para fumos; (fig. 6 e 7) Posicionar-se de maneira a não inalar os fumos; (fig. 8) Utilizar exaustores para soldagem (portáteis ou fixos). (fig. 9 e 10) SEGURANÇA NA SOLDAGEMM SEGURANÇA NA SOLDAGEMM 1.1.2 – Radiações visíveis e invisíveis As radiações emitidas pelos processos de soldagem são apresentadas de forma invisível e visível. As radiações invisíveis são em forma de raios Infravermelhos e ultravioletas emitidas nas mesmas proporções que as dos raios solares, entretanto ocorre um grande diferencial, os raios solares são filtrados pelas nuvens e pela a camada de ozônio fato que nos processos de soldagem é agravado pela ausência destas proteções. A emissão de radiação visível é decorrente da luminosidade existente no arco elétrico que em conjunto com os raios invisíveis podem causar problemas de visão e queimaduras, podendo ocorrer lesões irreversíveis nos olhos e até câncer de pele se a exposição do soldador for de forma constante e prolongada. Em virtude desta ausência é fundamental que o soldador utilize todos os equipamentos de proteção individual para que possa preservar a sua própria saúde. Fig. 11- Radiações luminosas SEGURANÇA NA SOLDAGEMM 01/07/2017 26 Fig. 11- Radiações luminosas SEGURANÇA NA SOLDAGEMM 1.1.2.1 – Equipamentos de proteção para soldador: • Avental; • Casaca; • Mangas; • Polainas (perneiras); • Luvas de cano longo; • Toca em algodão ou raspa de couro; • Óculos de proteção; • Botas de segurança (bico de aço) • Máscara para soldador; • Protetor auricular. SEGURANÇA NA SOLDAGEMM SEGURANÇA NA SOLDAGEMM Aventais Os aventais de modelo simples (fig.12) são os mais utilizados, estes tem como objetivo principal a proteção do tórax e a parte superior das pernas, indicado na execução de pequenos trabalhos de bancadas. Outro modelo de avental apresenta-se com mangas agregadas (fig. 13), estes pelo seu formato possuem uma maior proteção em relação ao modelo simples, além de proteger as partes citadas anteriormente protegem também os braços, ombros e parte das costas. Sua aplicação é indicada para quaisquer tipos de trabalhos a serem realizados pelo soldador. SEGURANÇA NA SOLDAGEMM 01/07/2017 27 Casacas A casaca (fig. 14) é indicada para a realização de todos os tipos de trabalhos a serem realizados pelo soldador, principalmente trabalhos estruturais que envolvam soldagem na posição sobre cabeça. Utiliza-se para proteger especialmente os braços, o peito e as costas. Fig.14 – Casaca de Couro SEGURANÇA NA SOLDAGEMM Observações: O avental deve ser desprovido de bolsos para evitar que respingos possam neles penetrar. O soldador nunca deve guardar fósforos ou isqueiros nos bolsos de suas próprias roupas. As botinas de segurança, preferencialmente, devem ter uma cobertura, geralmente feita do mesmo material das perneiras, para proteção contra respingos da solda. SEGURANÇA NA SOLDAGEMM Mangas Utilizadas em conjunto com aventais de modelo simples, estas vestimentas (fig. 15) tem a finalidade de proteger somente os braços do soldador. Fig. 15 - Mangas em Raspa de couro SEGURANÇA NA SOLDAGEMM Polainas (perneiras) As Polainas, também conhecidas como Perneiras para soldador, podem apresentar-se de diversas formas ou modelos (fig. 16). Este elemento utiliza-se para proteger parte das pernas e os pés do usuário. Fig. 16 – Polainas (Perneiras) SEGURANÇA NA SOLDAGEMM 01/07/2017 28 Luvas de cano longo As luvas podem ser consideradas uma das partes mais importantes da vestimenta do soldador, todo o manuseio das peças e acessórios devem ser realizados com as mesmas. Este EPI tem finalidade de proteger as mãos de possíveis queimaduras, cortes ao manusear peças bem como isolante contra descargas elétricas. Seus modelos podem variar quanto às necessidades dos serviços. Luvas de vaquetas (fig. 17) são mais flexíveis, porém menos resistentes luvas de raspas de couro com reforços na palma da mão (fig. 18) são usadas para trabalhos maiores. Deve-se evitar segurar peças muito quentes com as luvas porque elas se deformam e perdem sua flexibilidade. SEGURANÇA NA SOLDAGEMM Tocas em algodão A Toca utilizada pelo soldador (fig. 19) é fabricada em algodão e tem por finalidade proteger a cabeça, orelhas e pescoço dos respingos projetados durante a execução da soldagem. Fig. 19 – Touca em Algodão SEGURANÇA NA SOLDAGEM Óculos de proteção Sabemos que os olhos são uma das partes mais sensíveis do nosso corpo. O uso de óculos de proteção incolor (fig. 20), para os trabalhos do soldador devem ser constantes mesmo quando utilizando máscaras de proteção, afinal máscaras protegem o rosto do usuário. Outro ponto importante na obrigatoriedade da utilização deste EPI se deve também aos respingos e projeções que passam por cima da máscara podendo atingir os olhos. Existem no comércio óculos de proteção com várias tonalidades de cores: amarelos, pretos, entre outros. Estes, caso usados durante a soldagem podem aumentar a luminosidade do Arco elétrico ou não proteger adequadamente, provocando lesões graves aos olhos do soldador. Fig. 20 – Óculos de Proteção com óculos transparente. SEGURANÇA NA SOLDAGEM Botas de segurança (bico de aço) Em determinados serviços realizados por soldadores o manuseio de grandes peças, chapas pesadas bem como o risco de incidentes com peças no piso são eminentes. com biqueira de aço (fig. 21) se torna A utilização de botas de segurança indispensável. Botas de Segurança (bico de aço). Em determinados serviços realizados por soldadores o manuseio de grandes peças, chapas pesadas bem como o risco de incidentes com peças no piso são eminentes. A utilização de botas de segurança com biqueira de aço (fig. 21) se torna indispensável. SEGURANÇA NA SOLDAGEM 01/07/2017 29 Tipos de máscaras para soldador As máscaras de proteção são feitas de fibra de vidro, fibra prensada ou de plástico e têm um visor no qual se coloca um vidro neutralizador e os vidros protetores deste. Usa se para proteger o rosto e evitar queimaduras. Existem máscaras de diversos tipos e aplicações como se segue: • Com suporte para cabeça; (fig.25) • Com lente de auto-escurecimento (cristal líquido). (fig. 26 e 27). Sustentação manual; (fig.22) Visor articulado; (fig.23) Tipo capacete; (fig.24) SEGURANÇA NA SOLDAGEM Com lente de auto-escurecimento sem e com exaustor (cristal líquido). (fig. 26 e 27). Tipos de máscaras para soldador SEGURANÇA NA SOLDAGEM Lentes para soldagem: A escolha da lente adequada para o processo de soldagem, a qual o soldador irá executar trabalho possui importância extrema para que o mesmo não sofra lesões na visão. As lentes podem apresentar tonalidades nas cores verdes ou cinzas com numerações variadas em função do processo de soldagem relacionado com a amperagem a ser utilizada (tabela 1). As lentes escuras (fig. 29 e 30) devem ser protegidas com lentes incolores (fig. 31 e 32), para que os respingos projetados durante a soldagem não fixem diretamente na mesma, este fato trará economia tendo em vista que as lentesincolores possuem um custo bem menor que às escuras. SEGURANÇA NA SOLDAGEM SEGURANÇA NA SOLDAGEM Lentes para soldagem: Lente escura e lente transparente para máscaras convencionais. Lente em cristal líquido para máscaras do tipo auto escurecimento. 01/07/2017 30 SEGURANÇA NA SOLDAGEM EPC’s - Equipamento de Proteção Coletiva Para proteger as pessoas ao redor e o ambiente de radiações e respingos, é utilizado biombos de material não inflamável, ou cortinas próprias para essa utilização. As cortinas (fig. 33) vem ganhando espaço na indústria pelo fato delas favorecerem a visibilidade do trabalho realizado pelo soldador sem afetar a saúde visual das pessoas próximas. Suas cores podem variar conforme a aplicação do serviço. Fig. 33 – Cortina com filtro de proteção SEGURANÇA NA SOLDAGEM 1.1.3 – Ruídos Excessivos Os altos índices de ruído são comuns no ambiente de trabalho dos soldadores. A utilização de esmeris, lixadeiras, martelos e as próprias fontes de soldagem, são vilãs da audição dos mesmos. O uso de protetores auriculares tipo plug (fig. 34), concha (fig. 35), capacetes (fig. 36), para soldador (fig. 37) entre outros, é obrigatório em ambientes com ruídos acima de 80 decibéis. Fig. 34 – Protetores Auricular tipo plug Protetores Auricular tipo concha SEGURANÇA NA SOLDAGEM Os protetores auriculares não eliminam completamente os ruídos dependendo o modelo e das informações técnicas do EPI, os índices de redução podem variar. A poluição sonora em muitas indústrias ou em linhas de produção obriga em alguns casos a utilização de até dois pares de protetor auricular simultaneamente, sen o um tipo Plug e o outro do tipo Concha. SEGURANÇA NA SOLDAGEM 01/07/2017 31 1.1.4 - Choques elétricos Os riscos que o soldador passa por usar as fontes de correntes para soldagem são inevitáveis, a utilização da energia elétrica é indispensável. Todos nós temos a consciência do que pode ocorrer com o ser humano mediante uma descarga elétrica: • Formigamento pelo corpo; • Espasmo muscular; • Taquicardia; • Parada cardíaca podendo levar o indivíduo a óbito. As fontes de energia para soldagem trabalham com baixas tensões e altas intensidades, este fato traz um risco enorme para o soldador SEGURANÇA NA SOLDAGEM •Sabemos que “Prevenir é melhor do que remediar”, e os cuidados necessários a serem tomados para diminuir os riscos ou até mesmo eliminá-los completamente estão listados a seguir. • Precauções: • Verificar as condições dos cabos e conectores das máquinas; • Não fechar o circuito com corpo; • Utilizar as vestimentas em raspa de couro para um bom isolamento; • Usar botas de segurança adequadas; • Não executar trabalhos se estiver molhado ou em ambientes da mesma forma; • Realizara limpeza interna dos equipamentos com os mesmos desconectados da rede de alimentação. • Verificar as condições dos cabos e conectores das máquinas; SEGURANÇA NA SOLDAGEM Os cabos e conectores danificados além de trazer riscos de acidentes para o soldador, também afetam diretamente no resultado final dos cordões de solda em virtude das oscilações na corrente. SEGURANÇA NA SOLDAGEM ig . 4 1 ) . Não fechar o circuito com o corpo! O fechamento do circuito ocorre quando o soldador toca na bancada ou na peça onde está conectado o grampo terra ao mesmo tempo em que toca no eletrodo com o equipamento energizado e sem isolante, fazendo com que a corrente passe pelo seu corpo (fig. 41). SEGURANÇA NA SOLDAGEM 01/07/2017 32 Utilizar as vestimentas em raspa de couro para um bom isolamento; A utilização completa das vestimentas de couro e em excelentes condições de uso (fig. 42), possui função isolante no corpo do soldador. Usar botas de segurança adequadas; As botas mais indicadas para uso dos soldadores são as que não possuem partes metálicas e com biqueiras de aço, de preferência utilizar as de modelo com elásticos como já visto anteriormente na (fig. 21). Os bicos de aço das botas de segurança são completamente isolados não acarretando riscos de choques elétricos para o soldador. SEGURANÇA NA SOLDAGEM •Durante a limpeza de equipamentos para soldagem, se faz necessário utilização de Ar comprido seco (fig. 43) para evitar umidade dentro da máquina além da exigência de desconectar o mesmo da rede (fig. 44) para evita acidentes. • Não executar trabalhos se estiver molhado ou em ambientes da mesma forma; • A água é um excelente condutor de eletricidade, portanto mesmo que o soldador esteja totalmente protegido com todos os EPI’s possíveis, caso tenha contato com água a eliminação da função isolante destes será imediata. • Realizar a limpeza interna dos equipamentos com os mesmos desconectados da rede de alimentação. SEGURANÇA NA SOLDAGEM 1.1.5 – Incêndios e explosões Toda operação que gera calor e fagulhas apresentam riscos eminentes de incêndios e explosões. Para se evitar problemas, muitas empresas adotam programas de segurança visando uma realização do serviço de forma segura e eficiente. Estes programas são baseados em cinco pontos (fig. 45): SEGURANÇA NA SOLDAGEM Remover: Todos os combustíveis existentes próximos e no local a ser realizado o trabalho, (Líquidos inflamáveis, papéis, tecidos entre outros). SEGURANÇA NA SOLDAGEM Fig. 46 – Líquidos Inflamáveis Fig. 47 - Fardos de Algodão Fig. 48 - Fardos de Papeis 01/07/2017 33 Vedar: Todas as aberturas nos pisos, paredes, frestas e espaços existentes nas máquinas e equipamentos, para evitar o acumulo de fagulhas ou o deslocamentos delas para outros ambientes com riscos de incêndio. Cobrir: Todas as máquinas e equipamentos que não possam ser removidos. (fig. 49) Para evitar incêndios SEGURANÇA NA SOLDAGEM Extintores: Manter extintores de incêndios (fig. 50), no local de trabalho. Estes extintores de preferência, deverão ser trazidos da própria oficina do soldador a qual deverá ter em estoques para usar nos trabalhos de campo. SEGURANÇA NA SOLDAGEM Classes de Fogo Classe de Fogo é uma classificação do tipo de fogo, de acordo com o tipo de material combustível onde ocorre. As classes de fogo são as seguintes: Classe A denomina-se Fogo Classe A quando ele ocorre em materiais de fácil combustão com a propriedade de queimarem em sua superfície e profundidade, e que deixam resíduos, como: tecidos, madeira, papel, fibras, etc. Classe B denomina-se Fogo Classe B quando o fogo ocorre em produtos inflamáveis que queimem somente em sua superfície, não deixando resíduos, como óleo, graxas, vernizes, tintas, gasolina, etc. SEGURANÇA NA SOLDAGEM Classes de Fogo Fogo Classe C denomina-se Fogo Classe C quando o fogo ocorre em equipamentos elétricos energizados como motores, transformadores, quadros de distribuição, fios, etc. os . Classe D denomina-se Fogo Classe D quando o fogo ocorre em elementos pirofóricos como magnésio, zircônio, titânio, entre outros. SEGURANÇA NA SOLDAGEM 01/07/2017 34 Soldagem em Recipientes Fechados A soldagem em recipientes fechados, a exemplos de vasos de pressão, caldeiras e até mesmo tanques para combustíveis, tanto podem causar danos à saúde do soldador por meios de fumos metálicos como também por riscos de explosões, portanto devemos tomar alguns cuidados: Abrir todas as entradas de ar; SEGURANÇA NA SOLDAGEM Soldagem em Recipientes Confinados SEGURANÇA NA SOLDAGEM FÍSICA DO ARCO-ELÉTRICO INTRODUÇÃO • A soldagem por fusão é realizada pela aplicação localizada de energia em uma parte da junta de forma a conseguir a sua fusão localizada. A fonte transfere energia à junta através de uma área de contato (A0) de forma a aquecer o material até a sua fusão. Por outro lado, devido à elevada condutividade térmica dos metais a energia fornecida ao material tende a sedifundir rapidamente. 01/07/2017 35 INTRODUÇÃO • Para ser efetiva na soldagem por fusão, a fonte deve fornecer energia a uma taxa elevada e em uma área pequena para garantir a fusão localizada do metal base antes que o calor se difunda para o restante da peça. Para se quantificar este requisito, define-se potência específica (𝑃𝑒𝑠𝑝) ou intensidade de uma fonte de energia como: • Um aumento da intensidade da fonte reduz o tempo necessário para a criação da poça de fusão e aumenta a sua penetração no metal de base. Desta forma, fontes de maior intensidade tendem a resultar um processos de soldagem de maior produtividade. ARCO ELÉTRICO • O arco é "uma descarga elétrica entre eletrodos em um gás ou vapor (gerado pelos eletrodos) que tem uma queda de tensão, junto ao catodo, da ordem do potencial de excitação do gás ou vapor (isto é, da ordem de 10 V) e na qual a corrente pode ter praticamente qualquer valor superior a um valor mínimo de cerca de 100 mA". • o arco é caracterizado por temperaturas muito elevadas, que causam a ionização parcial de seus gases com a formação de íons positivos e elétrons. Estes (íons e elétrons) são os responsáveis pela condução da corrente elétrica através do arco, sendo os elétrons responsáveis por mais de 90% da corrente total. 01/07/2017 36 • Em soldagem, o arco normalmente ocorre entre um eletrodo cilíndrico e uma superfície, dando a esse um formato típico de tronco de cone . O eletrodo pode ser de um material refratário como o tungstênio (eletrodo não consumível) ou de metal de menor ponto de fusão como o aço (eletrodo consumível). • Para maiores ou menores correntes (a partir do mínimo), a tensão tende a aumentar. O aumento da tensão para pequenos valores de corrente está ligado, com a redução da temperatura dos gases do arco devido à menor quantidade de energia gerada no arco. Menores temperaturas implicam em menos ionização e, portanto, em uma maior resistência à passagem da corrente elétrica. TENSÃO X CORRENTE • As fontes de soldagem são divididas em dois tipos básicos: (a) de corrente constante e (b) de tensão constante. PERFIL ELÉTRICO • Em um fio metálico percorrido por um dado valor de corrente, a tensão elétrica varia uniformemente ao longo de seu comprimento (x) pois: • onde 𝜌 é a resistividade elétrica do fio e A é a área de sua seção transversal. • Zona de Queda Catódica, • Coluna de Plasma, e • Zona de Queda Anódica. 𝑈 = 𝑅. 𝑖 𝑅 = 𝜌𝑥 𝐴 𝑈 = 𝜌. 𝑖 𝐴 . 𝑥 01/07/2017 37 ARCO ELÉTRICO • IONIZAÇÃO:A ionização ocorre quando um elétron localizado em uma órbita recebe uma quantidade de energia, sendo forçado para órbita de maior energia. Conforme a energia que o elétron recebe, ele pode ou não sair da influência do campo eletromagnético do átomo e tornar-se um elétron livre. A energia necessária a produção de um elétron livre é chamada de potencial de ionização. • EMISSÃO:é um processo liberação de elétrons de uma superfície aquecida. ARCO ELÉTRICO Eletrodo CC+ Eletrodo CC- CORRENTE • Se entre dois pontos A e B ligados por um condutor elétrico for mantida uma corrente constante, escoa entre eles uma corrente de intensidade constante e sempre no mesmo sentido; esta corrente é chamada de corrente contínua, CC e quando representada em função do tempo gera uma reta horizontal. • Dois pontos A e B ligados por um condutor e que cada um deles possui uma tensão alternadamente positiva e negativa em relação ao outro; entre eles escoa uma corrente que muda de sentido na mesma freqüência que a tensão (60 Hz). Esta corrente é denominada de corrente alternada, CA. • Em função do comportamento dos pólos do arco serem diferentes, convencionou-se chamar de polaridade direta aquela em que o eletrodo é o catôdo (polo negativo) e a peça é o anodo, representada por CC- ; quando o eletrodo é o anodo (polo positivo) e a peça o catôdo, a polaridade é dita inversa, CC+. 01/07/2017 38 VELOCIDADE DE FUSÃO • Na soldagem a arco com eletrodo consumível, para o processo funcionar de forma adequada, • o eletrodo deve ser fundido a uma velocidade, em média, igual à velocidade com que ele é alimentado. EQUIPAMENTOS Transformador AC Inversor DC Retificador AC/DC EQUIPAMENTOS Transformadores • Em linhas gerais, um transformador é composto de um núcleo de chapas de aço sobrepostas e enrolado por dois segmentos de fio que formam os enrolamentos primário (de entrada) e secundário (de saída). EQUIPAMENTOS Transformadores • Trabalham em corrente alternada (CA) e os valores de corrente e tensão são alterados através da posição do núcleo. • Possuem algumas limitações de acordo com tipo de eletrodo, devido a construção física do equipamento. 01/07/2017 39 EQUIPAMENTOS Transformadores • Sua função é transformar (baixar) as tensões altas da rede elétrica (110V / 220V monofásico e/ou 220V / 380V /440V trifásico) para tensões de soldagem (10V a 40V). EQUIPAMENTOS Retificadores São componentes eletrônicos retificadores que apresentam valores de resistência elétrica diferentes, dependendo do sentido de fluxo da corrente, isto é, a resistência é muito menor em um sentido do que no outro. EQUIPAMENTOS Retificadores Assim, em um circuito de corrente alternada, este dispositivo permite bloquear o fluxo de corrente em um sentido e, desta forma, retificar a corrente, ou seja, ela deixa de ser corrente alternada e passa a ser corrente contínua com polos negativos e positivos. EQUIPAMENTOS Retificadores 01/07/2017 40 EQUIPAMENTOS Retificadores Retificadores Tiristorizados: também conhecidos como retificador controlado de silício (SCR), pode ser considerado como um tipo de diodo chaveado. A condução de corrente no sentido de baixa resistência elétrica do SCR só se inicia quando um pequeno sinal é enviado a uma conexão adicional do dispositivo que atua como um gatilho. EQUIPAMENTOS Retificadores As vantagens do controle por SCR são a sua simplicidade, robustez e a possibilidade de controle da saída de corrente da fonte com pequenos sinais eletrônicos. EQUIPAMENTOS Inversores • Os inversores são constituídos por circuitos eletrônicos, garantindo eficiência e conforto na mudança de corrente e tensão. • São equipamentos compactos, potentes podendo trabalhar com uma gama maior de eletrodos. EQUIPAMENTOS Inversores Uma fonte de energia inversora terá um transformador bem menor quando se comparado com um transformador de uma fonte de energia retificadora, mas com a mesma potência para soldagem, devido a isso, diminuindo as dimensões dos equipamentos. 01/07/2017 41 ELETRICIDADE Arco Elétrico O arco elétrico é a fonte de calor mais comumente utilizada na soldagem por fusão de materiais metálicos, apresentando uma combinação ótima de características: • Concentração adequada de energia, • Facilidade de controle, • Baixo custo relativo do equipamento, • Nível aceitável de riscos. ELETRICIDADE Arco Elétrico A soldagem por fusão é realizada pela aplicação de energia concentrada em uma parte da junta (região da(s) peça(s) onde a solda será realizada) de forma a conseguir a sua fusão localizada, de preferencia afetando termicamente ao mínimo o restante da(s) peça(s). ELETRICIDADE Arco Elétrico 01/07/2017 42 ELETRICIDADE Arco Elétrico Existe um número enorme de técnicas indiretas que podem ser utilizadas para o estudo do arco. Apresenta-se, a seguir, algumas das técnicas comumente utilizadas, em estudos envolvendo o arco elétrico em soldagem: ELETRICIDADE Arco Elétrico Espectroscopia ótica: Consiste naanálise espectral da radiação eletromagnética emitida pelo arco de forma similar à utilizada, por exemplo, na astronomia. Esta técnica permite levantar dados relativos à composição química do arco, grau de ionização, temperatura, etc. ELETRICIDADE Arco Elétrico Análise Elétrica: Consiste na análise dos parâmetros elétricos (tensão e corrente) do arco. Esta é uma técnica relativamente simples e comumente utilizada, inclusive, em operações de produção para controle de qualidade. ELETRICIDADE Arco Elétrico Fotografia/Cinematografia: Fotografia com tempos de exposição extremamente curtos ou cinematografia de alta velocidade (103 - 104 quadros/s) têm sido utilizadas para o estudo da formação de pontos de emissão de elétrons no cátodo, do transporte de massa através do arco, etc. 01/07/2017 43 ELETRICIDADE Arco Elétrico Outros Métodos Óticos: Técnicas diversas que utilizam a interferometria, efeitos de sombra e laser podem fornecer informações relativas ao movimento de material, existência de fluxo turbulento e transferência de metal dos eletrodos na coluna do arco. ELETRICIDADE Arco Elétrico Calorimetria: Permite, avaliar as quantidades de calor transferido do arco para a peça ou para o eletrodo. Métodos calorimétricos têm sido utilizados, por exemplo, para determinar o rendimento térmico do arco (h).
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