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FACULDADE PITÁGORAS - VOTORANTIM Cristiano Martinez TRABALHO DE COMPLEMENTAÇÃO DE CARGA HORÁRIA DISCIPLINA: SOLDAGEM Votorantim 2016 Cristiano Martinez TRABALHO DE COMPLEMENTAÇÃO DE CARGA HORÁRIA DISCIPLINA: SOLDAGEM Trabalho de Complementação de Carga Horária apresentado ao Professor Carlos H. Guariglia, como requisito para conclusão da disciplina de Soldagem no Curso de Engenharia Mecânica. Votorantim 2016 SUMÁRIO 1. TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DE SOLDAGEM .................................. 1 1.1 SIMBOLOGIA ..................................................................................................... 6 2. PRINCÍPIOS DE SEGURANÇA EM SOLDAGEM .................................... 10 3. NORMAS E QUALIFICAÇÃO EM SOLDAGEM ........................................ 12 4. ELEMENTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM .................................. 14 4.1 MACROESTRUTURA DE SOLDA .......................................................................... 15 4.2 CARACTERÍSTICAS DA ZONA FUNDIDA ............................................................... 16 4.3 CARACTERÍSTICAS DA ZONA TERMICAMENTE AFETADA ...................................... 17 4.4 DESCONTINUIDADE COMUNS EM SOLDA ............................................................ 17 5. PROCESSO DE SOLDAGEM CONVENCIONAL ..................................... 18 5.1 SOLDAGEM E CORTE A GÁS .............................................................................. 18 5.2 SOLDAGEM COM ELETRODO REVESTIDO ............................................................ 20 5.3 SOLDAGEM TIG .............................................................................................. 21 5.4 SOLDAGEM MIG ............................................................................................. 22 5.5 SOLDAGEM A ARCO SUBMERSO ........................................................................ 23 6. PROCESSO DE SOLDAGEM DE ALTA INTENSIDADE ....................... 24 7. PROCESSO DE SOLDAGEM DE ALTA INTENSIDADE E CORTE A PLASMA 25 8. PROCESSO ESPECIAIS DE SOLDAGEM ................................................. 26 8.1 SOLDAGEM POR FRICÇÃO ................................................................................ 26 8.2 SOLDAGEM POR EXPLOSÃO ............................................................................. 28 8.3 SOLDAGEM A FRIO .......................................................................................... 29 8.4 SOLDAGEM POR ULTRA-SOM ........................................................................... 29 9. REFERÊNCIAS .................................................................................................... 30 Lista de Figuras Figura 1: Ilustração do processo ............................................................................. 1 Figura 2: Tipos de juntas ......................................................................................... 2 Figura 3: Tipos de chanfro ...................................................................................... 3 Figura 4: Características dimensionais do chanfro ................................................. 3 Figura 5: Seção transversal de uma solda .............................................................. 4 Figura 6: Execução de solda em vários passes ...................................................... 5 Figura 7: Posições de soldagem para solda topo ................................................... 5 Figura 8: Posição de soldagem para tubos ............................................................. 6 Figura 9: Dimensões e regiões da solda ................................................................. 6 Figura 10: Simbologia de solda ............................................................................... 7 Figura 11: Exemplos de solda ................................................................................. 7 Figura 12: Tipos básicos de soldas ......................................................................... 8 Figura 13: Variações de soldas em chanfro ............................................................ 8 Figura 14: Símbolos suplementares ........................................................................ 9 Figura 15: Ciclo térmico de soldagem ................................................................... 15 Figura 16: Equipamento para oxigás .................................................................... 18 Figura 17: Soldagem a oxigás............................................................................... 19 Figura 18: Soldagem com eletrodo revestido ........................................................ 20 Figura 19: Soldagem TIG ...................................................................................... 21 Figura 20: Soldagem MIG ..................................................................................... 22 Figura 21: Soldagem a arco submerso ................................................................. 23 Figura 22: (a) Um membro é colocado em rotação, (b) inicia-se a força de compressão, (c) inicia-se a formação da solda e (d) a solda é completada. ............. 26 Figura 23: Soldagem por explosão ....................................................................... 28 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901804 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901805 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901806 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901807 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901808 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901809 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901810 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901811 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901812 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901813 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901814 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901815 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901816 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901817 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901818 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901819 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901820 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901821 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901822 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901823 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901824 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901825 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901825 file:///C:/Users/mikat/Desktop/Manufatura%20Mecânica%20Soldagem.docx%23_Toc451901826 1 1. TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DE SOLDAGEM O processo de soldagem é um dos mais utilizados na indústria nas mais diversas áreas tais como: metalúrgica, petroquímica, aeroespacial, naval, medicina (próteses) construção civil e demais. A soldagem é uma operação que visa a união de dois ou mais peças, elas podem possuir a mesma composição química ou não, sendo assim, o processo de soldagem revolucionou a indústria no século XX, trazendo novas possibilidadespara construção e manutenção dos mais diversos equipamentos. Na fabricação de uma peça na área fabril a mesma possui um desenho técnico detalhando e demonstrando todas as informações necessárias para a produção e a soldagem segue a mesma regra, onde o indivíduo deva interpretar as informações ali denotadas no desenho efetuando o trabalho desejado. O entendimento do processo de soldagem deve-se compreender primeiramente as suas terminologias que são essências na interpretação das mais diversas linguagens específicas do referido processo. A soldagem como dita anteriormente é a união de duas ou mais peças, e esta união caracteriza-se por ser permanente, pois o objetivo final é tornar a peça beneficiada em apenas uma peça final. O processo em si é composto basicamente por quatro itens como demonstrado na figura abaixo: Figura 1: Ilustração do processo 2 Metal de base: é peça propriamente dita que será unida pelo processo em outra peça. Solda: é o material depositado pelo processo e responsável pela união do meio. Metal de adição: como o próprio nome já diz, é o material responsável por unir as peças no processo. Poça de fusão: é composto pelo derretimento do metal base com o metal de adição criando uma poça líquida durante a fusão do material. A região onde ocorre a união das peças é denominada de junta e a mesma possui diferentes formas de ser constituída, segue abaixo as mais usuais no processo industrial, onde a figura caracteriza o resultado do processo. A união das peças também são caracterizadas pela sua forma estrutural, pois a esta dada união ocorrida com o resultado da junta temos o chanfro, que nada mais é que é o tipo de abertura empregado na formação da união das peças entre si. Segue abaixo as mais comuns no processo. Figura 2: Tipos de juntas 3 A diversidade dos chanfros se deve as diferentes formas construtivas que necessitam para a fabricação de uma determinada peça, onde leva-se em consideração o custo para execução do chanfro, o processo de soldagem, a dimensão da peça, o acesso que o processo de soldagem possuirá na área que será depositada o material e etc. O chanfro possui quatro características básicas, conforme figura abaixo: Face da raiz ou nariz (s): parte da superfície que não necessita ser chanfrada, as diferentes normas de soldagem exigem uma dimensão mínima de 1/16” (aprox. 1,6mm). Abertura da raiz ou folga (f): é a distância entre as superfícies que serão soldadas, usual para soldas que necessitam de raiz. Figura 3: Tipos de chanfro Figura 4: Características dimensionais do chanfro 4 Ângulo de bisel (β): é o ângulo do chanfro, nas mais diversas normas o usual é 37º. Ângulo de chanfro (α): é a soma dos ângulos do bisel na união da peça (soldagem). O processo de soldagem como dito anteriormente é uma união que ocorre com duas ou mais peças onde a devida união do material ocorre a altíssimas temperaturas, onde o metal base é sujeito ao derretimento juntamente com a adição de material quando necessário para a devida união, ou seja, a união se deve ao fato de ambos os materiais estarem por um curto espaço de tempo praticamente no estado líquido e se misturam formando a união desejada, com isso temos uma região que é o meio que liga as duas peças, ou seja a junta de solda. No processo de soldagem a junta possui duas regiões de importante relevância a zona fundida (ZF) que é a mistura do material de adição (eletrodo, vareta etc) com o metal base onde a sua estrutura e propriedade são diferentes em razão do calor de soldagem e a zona termicamente afetada (ZTA) que é a parte da solda que não houve corretamente e fusão do material durante o processo de soldagem. Figura 5: Seção transversal de uma solda 5 A união entre as peças se dá pela junta e a mesma possui uma dimensão e dependo do seu tamanho será necessário realizar vários passes e a isto é denominado de cordão, termo mais corriqueiro. Conforme figura abaixo. O processo também é distinguido pela posição de soldagem, fato que dificulta em muito o processo, trazendo um nível de dificuldade maior para a união da mesma peça em razão da posição da soldagem. Podemos citar a plana, horizontal, vertical ascendente e descendente, sobre cabeça e circunferencial. Figura 6: Execução de solda em vários passes Figura 7: Posições de soldagem para solda topo 6 Outro ponto necessário que devemos ressaltar é quanto a composição do cordão de solda, ou seja a característica técnica da junta, como os mais diferentes termos utilizados para descrição de cada característica, como comumente ouvimos o termo “perna” da solda ou “garganta” da solda. São termos comuns no meio produtivo e de extrema importância, pois são os mesmos que qualificam se o material depositado está de acordo com o projeto dimensionado. Segue abaixo a figura que ilustra os diferentes termos. 1.1 Simbologia Na execução do processo de soldagem a simbologia tem grande papel de importância, pois a mesma necessita de total interpretação por parte do executor da tarefa. Ela é composta por uma série de símbolos, números e sinais arranjados de forma singular e tal arranjo fornece todas as informações necessárias. Figura 8: Posição de soldagem para tubos Figura 9: Dimensões e regiões da solda 7 Necessariamente a simbologia de soldagem é compota pela linha horizontal de referência, seta, símbolo básico de solda, dimensão, símbolos suplementares e a cauda (referenciado o tipo de processo a ser utilizado), no entanto, usualmente a simbologia para confecção do desenho de soldagem é composto basicamente pela linha de chamada ou referência, seta, símbolo básico de solda e a dimensão da junta. O símbolo básico demonstra o perfil de solda desejado em sua seção transversal. Quando o símbolo é colocado na parte inferior da linha de chamada ou seja na parte de baixo a junta a ser realizada é no mesmo lado que demonstra o desenho caso o símbolo seja colocado na parte superior da linha de referência a junta dever ser realizada na face contrária demonstrada no desenho. Figura 10: Simbologia de solda Figura 11: Exemplos de solda 8 Na construção dos desenhos de soldagem os tipos mais comuns de encontrarmos no processo de soldagem é solda em filete quando não necessita de criar o chanfro para a deposição de solda e quando existe o chanfro para a deposição de solda o tipo mais comum é em “V”, mas no entanto existem outros tipos de chanfro que dependerá do seu processo assim também outros tipos de solda, como segue o desenho abaixo. Nas figuras abaixo seguem os símbolos de solda com o respectivo acabamento que é solicitado. Figura 12: Tipos básicos de soldas Figura 13: Variações de soldas em chanfro 9 Além dos símbolos básicos como anunciado anteriormente possuímos também os símbolos suplementares que em muitos casos são importantíssimos para definir a simbologia de solda e os mesmos possuem uma posição específica. Para concluir a simbologia de soldagem possuímos também o acabamento da superfície da solda, e tal característica não é muito comum em desenhos produtivos, principalmente em desenhos de estruturas, mas devem ser considerados. Rebarbamento, uso da letra “C” (chipping) Esmerilhamento, uso da letra “G” (grinding) Martelamento, uso da letra “H” (hammering) Usinagem, uso da letra “M” (machining) Laminação, uso da letra “R” (rolling) Figura 14: Símbolos suplementares 10 2. PRINCÍPIOS DE SEGURANÇA EM SOLDAGEM Como em todo trabalho na área metalúrgica, a segurança é um ponto de extrema importância e relevância para a execução do trabalho adequadamente, pois o processo apresentam diversos riscos entre os quais podemos citar: a possibilidade de incêndiose explosões, recebimento de choque elétrico, exposição a radiação pelo arco elétrico e a fumos e gases prejudiciais a saúde do soldador, portanto e de vital importância a proteção do operador quanto a estes riscos. O soldador necessita de vestimentas adequadas que protejam durante a operação, salientando também que durante o processo existem os respingos de solda que são partículas pequenas a temperatura elevadas que são lançadas durante a execução que podem ocasionar um acidente. A vestimenta além de possuir o caráter protetivo deve fornecer a liberdade de manuseio ao soldador, sendo a indicada as roupas de raspa de couro, possuindo excelente durabilidade e grande resistência ao calor. Para a proteção do soldador as principais peças que o mesmo deve utilizar são as seguintes: (1) Avental de couro, protegendo a parte frontal do soldador de possíveis respingos, do calor gerado pela soldagem e da radiação emitida pelo arco elétrico. (2) Manga de couro, protegendo o braço até o ombro, conforme descrito acima. Luva de couro, protegendo a mão e os dedos do soldador de eventuais respingos e da radiação intensa emitida durante a soldagem. (3) Luva de couro, proteção das mãos do soldador. (4) Perneiras de couro, proteção frontal da parte inferior a perna, contra os itens anunciados anteriormente. (5) Sapatos de segurança, proteção do pé do operador, sendo o mesmo em necessidade de possuir o bico de aço, para impedir que peças pesadas venham cai sobre os pés ocasionando um acidente mais grave. (6) Capacete de proteção, com a viseira de filtro indicada para realizar o serviço de soldagem. 11 (7) Óculos de segurança, proteção dos olhos e eles devem ser utilizados mesmo com a utilização do capacete de proteção. (8) Ombreira de couro, proteção dos ombros. Estes são os itens mais utilizados para o soldador e também dependerá do processo a ser efetuado, em alguns casos se faz necessário o uso de máscaras em razão da incidência de fumaça lançadas na atmosfera durante o processo de soldagem. Geralmente se faz o uso de exaustores durante o processo de soldagem, que tem a função de retirar a fumaça desprendida do processo que em muitos casos fica no ambiente de trabalho prejudicando a saúde do soldador. O risco de choque elétrico para o soldador é um fator eminente, sendo necessária a total atenção por parte do mesmo durante o processo com pequenos cuidados e muita atenção, pois uma pequena falta de distração pode resultar numa descarga elétrica (choque) no individuo podendo levar a óbito dependendo da intensidade e do ponto de contato do soldador com a descarga. Caso haja uma descarga não intencional a primeira coisa a se fazer é desligar totalmente a máquina para cortar o risco de futuras descargas. Outro ponto de grande importância é quanto á radiação do Arco Elétrico, emitido no processo que podem gerar queimaduras no corpo se o mesmo não possuir alguma proteção significativa que proteja dessa emissão. E a emissão é um ponto apenas, o soldador deve possuir um bom filtro no seu capacete para o mesmo conseguir realizar a soldagem, onde o soldador necessita olhar para o ponto de soldagem e conduzir o processo. Quanto á incêndios deve-se tomar o máximo de cuidado com os equipamentos que serão soldados, pois em alguns casos tais equipamentos podem ser combustíveis propositais para desencadearem um incêndio no meio fabril. Para concluir deve-se sempre levar em conta que a segurança a volta do soldador é o ponto mais importante a ser levado em conta no processo, pois o maior bem de uma empresa sempre será o valor humano. 12 3. NORMAS E QUALIFICAÇÃO EM SOLDAGEM A padronização é o principal elemento para a produção de um produto, fato que no passado não era levado em conta e atualmente num mercado cada vez mais globalizado e competitivo a padronização ou melhor a busca por uma sistemática produtiva inteligente levou-se o homem a criar meios que tragam benefícios na produção de um determinado produto. A norma não deve ser encarada como uma ferramenta que apenas tem o seu caráter burocrático, mas sim o de uma importante ferramenta que tem como principal finalidade de aumentar a produção juntamente com a qualidade. E a criação das normas ocorrem por notáveis da área que possuem experiências e total conhecimento para a criação das mesmas, pois a norma não deve ter a função de travamento do sistema mas sim, de possibilitar uma produção cada vez mais racional e competitiva no mercado. Diante das argumentações citadas acima, foram desenvolvias diversas normas para os mais diferentes tipos de processos e meios. Dentre os quais podemos citar a AWS (American Welding Society), ISO (International Organization for Standardization), BS (British Standard Society), DIN (Deusthes Institute fur Normung). E não somente a criação de normas para a área de soldagem foram criadas, mas também a elaboração de procedimentos específicos para a soldagem de determinado equipamento onde tende a demonstrar de uma forma mais clara e objetiva a soldagem de um determinado produto. Usualmente quando falamos de uma solda que necessita de documentação a mesma possui diversos documentos que visam à aprovação do processo como a EPS (Especificação do procedimento de soldagem) que é o principal procedimento utilizado no meio industrial. A sua função é mencionar num relatório diversas informações, tais como: se existe a necessidade do material ser aquecido para a soldagem, posição da soldagem, tipo de eletrodo, tipo e tamanho de chanfro da solda e etc. A EPS é criada através de um corpo de prova que tem por finalidade a aprovação do processo de solda realizado pelo soldador e a aprovação ocorre por 13 diversos testes como: ensaio de dobramento, ensaio de tração, ensaio de Charpy, ensaio de dureza, ensaio de macrografia e ensaio de corrosão são os principais ensaios para validação do teste e com a aprovação do teste os resultados devem ser colocados no RQPS (Registro de qualificação de procedimento de soldagem) Para a soldagem não basta apenas o procedimento estar de acordo com as referidas normas, até porque a EPS é retirada das mais diversas normas de fabricação, mas um dos pontos mais importantes é comprovação da habilidade que o soldador possui para a efetuação do processo. Como todos sabemos o processo de soldagem é um processo de caráter de união permanente, porém para que ocorra isso existem diversos fatores, dentre o qual podemos determinar a habilidade que o soldador deva possuir para realizar o serviço e isto só existirá se o profissional possuir a plena habilidade para o serviço. Para o controle do soldador existe o documento denominado de RQS (Registro de qualificação do soldador) que é um documento que atesta que o soldador está trabalhando regularmente na fabricação de determinado item, consequentemente aprovando o serviço executado. Tal procedimento possui validade que por vezes necessita ser renovado garantindo que o soldador esteja trabalhando na área. A validade dependerá da interpretação do processo, habitualmente seja de 6 meses. Os procedimentos ditos anteriormente são elaborados por profissional qualificado da área, os chamados inspetores qualificados de soldagem que são credenciados pela Petrobrás. 14 4. ELEMENTOS DA METALURGIA DA SOLDAGEM A estrutura do aço é definida pelo seu processamento durante a fabricação e dependendo do processo empregado ocorrerá a alteração na estrutura do aço que influenciará diretamente nas suas propriedades mecânicas principalmente. A solda ocorre através de variações de temperatura e em momentos a deformações plásticas alterando toda a sua estrutura e alterando o desempenho do material em razão dessa heterogeneidade que ocorre na junta de solda, pois aquela região onde foi depositada o material torna-se uma região críticaem alguns casos sendo necessário um tratamento térmico posterior a soldagem para retirar as tensões ali deixadas pelo processo. Os aços são ligas de ferro que se caracterizam em possuir em sua composição química teores máximos de 2,5% de Carbono (C), geralmente os aços não chegam a possuir valores maiores que 1% de Carbono, os mesmos são divididos em aço de baixa liga (composição química total das ligas menores que 5% no referido aço), aço de média liga (composição química total das ligas entre 5% a 10% no referido aço) e aço de alta liga (composição química total das ligas maiores que 10% no referido aço). Uma importante ferramenta para beneficiamento do aço é quanto ao Tratamento térmico, responsável por alterar consideravelmente as propriedades mecânicas do aço, seja positivamente ou negativamente, por isso é de extrema importância compreender a alteração quanto as fases do aço para entender melhor as suas características, podendo então definir com critério o processo de soldagem ideal, com o referido consumível. No processo de soldagem o fluxo de calor ocasionado na peça a ser soldada é dividida em duas etapas: o de fornecimento de caloria na junta a ser soldada, com a utilização da tocha que abre o arco e a corrente passando ao material cria um circuito de temperatura derretendo o aço ou seja, cria a poça de fusão para que ocorra o depósito do material (adição) a ser colocado na junta e o outro ponto é o calor que se dissipa no entorno dessa região principalmente por condução até as bordas externas da peça. 15 Cada ponto ou parte do material próximo à junta terá uma diferente variação da temperatura devido à passagem da fonte de calor, conforme figura abaixo. Esta curva é denominada de ciclo térmico de soldagem, sendo considerada como tratamento térmico que o referido ponto sofre no processo de soldagem. No ciclo térmico são importantes os seguintes pontos: 1) Temperatura de pico (Tp): que é a temperatura máxima atingida pelo ponto. 2) Tempo de permanência (tc): que é o tempo em que o ponto estará submetida a temperaturas superiores a temperatura mínima, acarretando alterações significativas da propriedade do material. 3) Velocidade de resfriamento (Φ): que é obtida pela inclinação em uma determinada temperatura. 4.1 Macroestrutura de solda No processo de soldagem por fusão podemos definir em três regiões. Figura 15: Ciclo térmico de soldagem 16 Zona Fundida: Local onde o material se fundiu e ocorreu a solidificação durante a execução da soldagem. Zona Termicamente Afetada: É da região da solda que não houve a fundição do metal base. Metal base: É o local que não houve alteração da sua estrutura durante o processo de soldagem, ou seja é o restante da peça. 4.2 Características da Zona fundida As características da Zona fundida são as seguintes: Poça de fusão: É o ponto onde ocorre o derretimento do material a ser soldado, ou seja. No processo com o uso do eletrodo o próprio derretimento do eletrodo já ocorre a adição do consumível, diferente de um processo comumente o TIG, onde a tocha é responsável por criar o calor necessário para que ocorra o derretimento do material. Para os aços ocorre a temperatura maiores que 2000ºC. A poça de fusão é extremamente importante, pois sem ela não ocorrerá a mistura ideal dos materiais na soldagem, podendo tornar a soldagem ineficiente, assim também como a deposição do material correto e em velocidade adequada. Solidificação da poça de fusão: A solidificação ocorre logo após a baixa da temperatura, a fonte de calor (tocha ou eletrodo) na soldagem irá realizar um movimento uniforme progressivo no decorrer da peça, sendo assim com a passagem da tocha ou eletrodo a temperatura irá diminuir solidificando o material de base com a o material de adição, surgindo o cordão de solda. Formação da estrutura secundária: Logo após a solidificação, a região fundida sofrerá alterações até o resfriamento da peça a temperatura ambiente, podendo acarretar no crescimento do grão, a formação de carbonetos e nitretos. Com uma soldagem que necessita de muitos passes está alteração pode ser maior. 17 4.3 Características da Zona Termicamente Afetada Está é a região localizada entre a Zona de Fusão e o Metal de Base e é constituída por 3 pontos: A região de crescimento de grão que está mais próxima da solda propriamente dita, e ocorre a temperaturas de 1200ºC, esta região pode apresentará o crescimento do grão em função do tipo do aço e quantidade de energia na soldagem e o resultado também é dependente da concentração de carbono em sua composição e de outros elementos de liga. A região de refino do grão, que compreende a porção da junta aquecida a temperaturas de 900ºC à 1200ºC, é caracterizada por uma estrutura fina de ferrita e perlita. A região intercrítica, possui uma variação de temperatura de 700ºC a 900ºC, sendo caracterizada pela transformação parcial da estrutura original da base. 4.4 Descontinuidade comuns em solda A descontinuidade é um defeito de fabricação que ocorre por inúmeros fatores no processo e corrigir tal defeito possui um custo que muitos vezes pode ser evitado em função da condição de projeto determinado. A descontinuidade é classificada pela “American Welding Society” (AWS) em três categorias: Descontinuidade dimensional, são inconformidades na dimensão da solda, ou seja o cordão de solda realizado não apresenta a característica solicitada em projeto. Descontinuidade estruturais, são ocasionadas na micro ou macroestrutura na região da solda, associadas a falta de material ou a adição de algum material diferente ou mesmo errado em uma quantidade significativa. Bons exemplos são os poros de solda, falta de fusão, mordeduras, trincas. Propriedades inadequadas, são as soldas pertencentes a um dado equipamento ou estrutura soldada que deve possuir propriedades mecânicas (Ex. tensão a resistência a tração, limite de escoamento, resistência ao impacto etc) e propriedades químicas (Ex. resistência a corrosão). 18 5. PROCESSO DE SOLDAGEM CONVENCIONAL São os processos mais comuns utilizados nos diferentes segmentos da indústria, possuindo inúmeras formas de trabalho que se adequam a produtividade e custo. 5.1 Soldagem e corte a gás É o processo de corte mais empregado na indústria de transformação de metal quando o assunto é corte de aços ao Carbono, principalmente para corte com de espessuras grandes com uma qualidade muito boa. O Equipamento é constituído por um cilindro de oxigênio e outro de acetileno com válvulas reguladoras de pressão na saída de cada um, um maçarico e as mangueiras para ligação do sistema, conforme figura abaixo. O princípio de funcionamento é simples e consiste no tripé do fogo, com o oxigênio, comburente (combustível, que neste caso é o acetileno) e a ignição (que é o fogo). Com a abertura da válvula do cilindro de acetileno e dado o acendimento do fogo com o uso de um acendedor próprio e como está no ambiente o próprio Figura 16: Equipamento para oxigás 19 oxigênio do ambiente conclui o tripé do fogo. O uso do oxigênio do cilindro serve para maior intensidade da chama que é gerada no bico do maçarico, sendo de grande importância principalmente para o corte. No processo de oxi-corte somente é possível realizar o corte de peças em aço ao carbono, já as espessuras variam de 2 ou 3mm até espessuras de 600mm. É um processo relativamente barato, apresentando um excelente custo benefício, principalmente para grandes cortes. É amplamente utilizado na indústria, mesmo com o advento de maquinas a plasma. Para a soldagem o princípio é o mesmo de funcionamento, porém a única diferença ou acrescentamento e quanto ao material de adição que pode ser utilizado para a soldagem. Como visto anteriormente se faz necessáriocriar a poça de fusão para realizar a soldagem e isto é efetuado com a chama do maçarico controlado pelo soldador, conforme figura abaixo. No processo de soldagem é recomendado para pequenos reparos e para pequenas espessuras, principalmente para chapas de pequenas espessuras. Figura 17: Soldagem a oxigás 20 5.2 Soldagem com eletrodo revestido A soldagem a arco cm eletrodos revestidos é um processo que produz a coalescência entre os metais pelo aquecimento destes através do arco estabelecido entre o eletrodo metálico revestido e a peça que está sendo soldada, conforme figura abaixo. O eletrodo revestido é uma vareta metálica, denominada alma que tem o objetivo de passar a corrente elétrica e sendo o material de adição para a confecção da junta. O revestimento da vareta possui diversas funções entre as quais: estabilizar o arco, proteção da poça de fusão e ajuste da composição química do cordão. É um dos processos mais utilizados na indústria por possuir um abaixo custo produtivo, com grande desempenho técnico do processo, sendo amplamente empregado na indústria petroquímica para a soldagem de tubulações. Por também possuir um custo agregado de investimento relativamente baixo se comparado com outros processos utilizados. Figura 18: Soldagem com eletrodo revestido 21 5.3 Soldagem TIG A soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) é a soldagem a arco com eletrodo de tungstênio e proteção gasosa. É um processo no qual a união das peças metálicas é produzida pelo aquecimento e fusão destas através do arco elétrico criado com um eletrodo de tungstênio, não consumível. A proteção da poça de fusão é criada pelo fluxo de gás inerte, conforme figura abaixo. É um processo que apresenta uma excelente qualidade quanto ao cordão de solda, assim também no aspecto visual é um processo muito empregado para soldagem de tubulações principalmente, por ser muito eficaz na produção da raiz da solda. Possui um custo bem mais elevado que s outros processo comuns, pois um diferencial neste processo é por conta do gás, que gera uma proteção na atmosfera onde realiza a soldagem, quanto a aplicabilidade possui diferentes composições para as varetas e inúmeras mediadas. Este processo requer uma habilidade maior do soldador, pois o mesmo estará trabalhando com uma mão na tocha e a outra com o material de adição. Figura 19: Soldagem TIG 22 5.4 Soldagem MIG A soldagem MIG é um processo a arco com proteção gasosa, é um processo em que a união de peças metálicas é produzida pelo aquecimento destas com um aro elétrico estabelecido ente um eletrodo metálico e a peça de trabalho, conforme figura abaixo. É um dos processos mais utilizados na indústria por possuir uma grande diversidade de processo e finalidade de peças. A sua produtividade é relativamente muito grande se comparado aos processos convencionais, pois o eletrodo é contínuo, ou seja, ele que alimenta e dá o contato com a peça. Assim como o processo TIG o referido processo possui um gás para proteger a região que estará sendo soldada. E por não haver a interrupção do material de adição podemos definir o processo como o mais indicado quando se necessita de produção e bom acabamento. Podemos ver diferentes produtos sendo confeccionados pelo processo MIG, como: cadeira e mesa, estrutura do carro, equipamentos de academia, peças navais entre outras. Figura 20: Soldagem MIG 23 5.5 Soldagem a arco submerso A soldagem a arco submerso é um processo em que a coalescência entre metais é obtida pelo aquecimento e fusão deste por um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico e a peça. O arco se dá por uma camada de material granular fusível , chamado de fluxo, que é colocado sobre região de solda, conforme figura abaixo. O emprego desse processo é semelhante ao MIG, porém não temos o gás como o elemento de proteção da solda mais sim o fluxo. Amplamente utilizado na indústria de fabricação de perfis, naval entre outros. Figura 21: Soldagem a arco submerso 24 6. PROCESSO DE SOLDAGEM DE ALTA INTENSIDADE O processo de soldagem de alta intensidade são caracterizados por fornecer uma grande quantidade de energia num espaço reduzido de tempo através de uma pequena área onde as peças serão soldadas. Existem dois processos de soldagem de alta intensidade que é o laser é o feixe de elétrons. O processo a laser é uma das tecnologias que mais tem se desenvolvido e intensificado no mercado quanto ao seu uso. Por possuir uma grande qualidade estética e dimensional é um processo que tem crescido em muito. Uma peça cortada a laser pode substituir tranquilamente por uma peça usinada em máquina, é um processo muito difundido em corte de chapas de pequenas espessuras por apresentarem um custo extremamente baixo, é um processo que se difundiu desde a década de 70, porém com o aperfeiçoamento da tecnologia se tornou viável o seu uso constante na indústria. Já o processo de soldagem com feixe de elétrons produz cordões de solda estreitos, com grande penetração e distribuição de calor bastante concentrada que resulta em pequenas mudanças metalúrgicas e baixas tensões residuais. A principal vantagem deste processo é a quantidade pequena de energia que utiliza para realizar a soldagem em relação aos processos convencionais, ocasionando uma menor deformação do material soldado, possui um controle dos parâmetros de soldagem e da geometria do cordão, já quanto a sua desvantagem, podemos descrever o alto custo operacional da máquina. 25 7. PROCESSO DE SOLDAGEM DE ALTA INTENSIDADE E CORTE A PLASMA O processo de corte a plasma é um dos processos que mais cresceu na indústria quando o assunto é corte, em razão da sua qualidade, versatilidade e custo baixo. O sistema a plasma não possui a mesma definição dimensional e estética do sistema a laser, mas consegue atender em grande variedade nos mais diversos trabalhos. O sistema pode ser com o uso de uma tocha automática, ou seja em uma máquina com controle progressivo e também com o uso manual através do operador. O corte a plasma diferentemente do oxicorte, possui uma limitação quanto a espessura de corte, atualmente no mercado as fontes de plasma não passam de corte maiores que 100mm. Além de um bom acabamento no corte a produtividade é outro ponto forte do sistema de corte, onde contribuiu em muito para evolução do sistema, hoje já é possível uma empresa trocar o sistema de oxicorte por plasma, em razão da diversidade de materiais a serem cortados, como aço inoxidável e alumínio. 26 8. PROCESSO ESPECIAIS DE SOLDAGEM São os processos mais específicos para produção de um produto. 8.1 Soldagem por fricção A soldagem por fricção é um processo de soldagem do estado sólido que produz soldas pela rotação ou movimento relativo de duas peças sob forças compressivas, produzindo calor e deformando plasticamente o material nas superfícies de atrito, conforme figura abaixo. As principais características do processo são: Ausência de uma zona de fusão; Pequena zona termicamente afetada; Presença de material deformado plasticamente em torno do colar; E as principais vantagens são: Não necessita da limpeza da superfície a ser soldada; Figura 22: (a) Um membro é colocado em rotação, (b) inicia-se a força de compressão, (c) inicia-se a formação da solda e (d) a solda é completada. 27 Na maioria dos métodos, não necessita metal de enchimento, fluxo, e gás e proteção; Não coloca em perigo a saúde do operador; É possível realizar a soldagem de metais dissimilares que são difíceis de serem soldadas por outros processos; Simplicidade de operação, instalações simples, baixo consumo de energia; Na maioria dos casos, a resistência da solda é igual oumaior que a dos materiais a serem unidos; Quanto as suas limitações podemos definir: A área de pelo menos uma peça deve ser simétrica, para que ocorra a revolução da peça na máquina; Processo é normalmente limitado a fazer juntas de topo planas e angulares; Preparação e alinhamento das peças podem ser críticas para o desenvolvimento uniforme do atrito e aquecimento; O material de pelo menos um componente deve ser plasticamente deformável sob as dadas condições de soldagem; Alto custo de investimento para as máquinas e ferramentas; O seu uso ocorre em diversos segmentos dentre os quais podemos citar: biotecnologia (esterilizadores), alimento e bebida, automotiva, farmacêuticos (evaporadores), energia (reatores e chaminés), transporte (tanques) etc. 28 8.2 Soldagem por explosão É um processo que ocorre através da detonação de um explosivo, onde uma das peças é lançada fortemente contra a outra com a emergi da detonação do explosivo. Este processo pode ser utilizado para a soldagem de qualquer material desde que a sua ductilidade seja suficiente para suportar o impacto da explosão. Segue abaixo a figura ilustrativa do processo. A sua utilização ocorre na fabricação de revestimentos, chapas bimetálicas e união de metais metalurgicamente incompatíveis em processos de soldagem por fusão. A principais vantagens desse processo podemos citar: Os metais não perdem as suas propriedades mecânicas; Os resultados deste processo de explosão tendem a ser excepcionalmente limpos e de vácuo restrito; O processo é realizado muito rapidamente e pode ser usado em grandes superfícies; Figura 23: Soldagem por explosão 29 8.3 Soldagem a frio Este processo é realizado com a aplicação de uma forte deformação localizada nas peças a serem unidas, em temperatura ambiente. Este processo é aplicável para metais de elevada ductilidade, tais como: alumínio e cobre, tendo, como aplicação típica, a união de condutores de eletricidade. 8.4 Soldagem por Ultra-Som Este processo produz a união de peças com a aplicação de energia vibracional localizada nas peças com alta frequência com as peças mantidas sob pressão. A união é feita com o aquecimento e deformação plástica localizada das superfícies das peças que estão em contato. O devido processo é usualmente aplicado para a 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. 30 9. REFERÊNCIAS GEARY, Don. Soldagem / Don Geary, Rex Miller; tradução: Carlos Lange Bassani, Irionson Antonio Bassani. – 2.ed. – Porto Alegre, Editora Bookman, 2013. MARQUES, Paulo Villani. Soldagem: fundamentos e tecnologia / Paulo Villani Marques, Paulo José Modenesi, Alexandre Queiroz Bracarense. 3. ed. Belo Horizonte, Editora UFMG, 2009. MODENESI, Prof. Paulo J, Prof. Paulo Villani Marques. Introdução ao processos de soldagem: 2011 52f. Monografia, Belo Horizonte, 20011.
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