PF1 - Aula 09 - Soldagem SAW (arco submerso)

Prévia do material em texto

Soldagem a arco submerso 
(SAW)
Prof. Dr. André G. S. Galdino
• Após esta aula, o aluno deverá ser capaz de:
a) Definir o que é o processo de soldagem SAW;
b) Descrever os fundamentos processo SAW;
c) Informar os equipamentos utilizados na
soldagem SAW;
d) Citar onde o processo SAW é utilizado.
1. Objetivos:
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Para melhor aproveitamento da aula, o aluno
precisará dos seguintes conceitos:
a) Metalurgia de soldagem;
b) Terminologia e simbologia de soldagem.
2. Pré-requisitos necessários para
a aula:
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
3. Fundamentos:
• A soldagem a arco submerso (Submerged Arc
Welding – SAW) é um processo em que a
coalescência entre metais é obtida pelo
aquecimento e fusão destes por um arco
elétrico estabelecido entre um eletrodo
metálico nu e a peça de trabalho.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• O arco ocorre sob uma camada de um
material granular fusível, chamado de “fluxo”,
que é colocado sobre a região de solda,
protegendo-o da contaminação pela
atmosfera.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Figura 1 – Soldagem a arco submerso (esquemática)
(adaptado de Marques, Modenesi, Bracarense, 2009).
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Além das funções de proteção e limpeza do
arco e do metal depositado, o fluxo na forma
granular funciona como um isolante térmico,
garantindo uma excelente concentração de
calor que caracteriza a alta penetração obtida
por meio do processo.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Uma vez que fica completamente coberto
pelo fluxo, o arco elétrico não é visível, e a
solda se desenvolve sem faíscas,
luminosidades ou respingos, que caracterizam
os demais processos de soldagem que o arco é
aberto.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• A adição de metal é obtida do próprio
eletrodo, que tem a forma de fio ou fita
contínuos e é alimentado por um dispositivo
mecânico, podendo ser suplementada por
outros eletrodos ou materiais contínuos no
fluxo de soldagem.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Tipos de operação:
a) Mecanizada (normalmente);
b) Semimecanizado (o soldador é quem
movimenta a tocha ao longo da junta e
mantém a distância entre a tocha e a peça).
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Uma vez aberto o arco, eletrodo e fluxo são
alimentados continuamente para a região
deste, enquanto a tocha é deslocada.
• O calor gerado pelo arco funde o eletrodo e
parte da camada de fluxo e do metal de base,
formando a poça de fusão.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Na soldagem SAW:
a) O metal fundido e solidificado forma o
cordão de solda;
b) A parte fundida do fluxo forma a escória, que
sobrenada (“boia”) a poça de fusão e se
solidifica à medida que o arco se afasta
(camada protetora que evita a contaminação
do cordão e reduz sua velocidade de
resfriamento).
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• O fluxo que não fundiu pode ser reciclado em
novas operações, desde que não se contamine
durante a operação.
• Como o arco não é visível, não há necessidade
de dispositivos de proteção contra a radiação
emitida pelo arco.
• Porém, essa característica dificulta a operação
semimecanizada.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Características dos eletrodos:
• Diâmetro geralmente entre 2,4 e 6,0 mm;
• Permitem soldagem com elevada densidade
de corrente;
• Aplicável a espessuras a partir de 3,0 mm,
com elevada taxa de deposição;
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Possibilidade de variações no processo com
utilização simultânea de mais de um eletrodo
e adição de pó metálico ao fluxo permitem
elevar ainda mais a taxa de deposição.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Tabela 1 - Condições típicas de utilização da
soldagem a arco submerso.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
Condição Faixa de espessuras (mm)
Um passe sem preparação 3 a 15
Um passe com preparação 6,5 a 15
Passes múltiplos > 15
• Tabela 2 – Taxas de deposição possíveis com
diferentes processos e técnicas de soldagem.
* Taxas aproximadas, ciclo de trabalho de 100%.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
Processo de soldagem Taxa de deposição (kg/h)*
SMAW (eletrodo revestido) 0,5 a 3,0
GMAW (MIG/MAG) 1,0 a 8,0
FCAW (arames tubulares) 2,0 a 12,0
SAW (1 arame) 3,0 a 20,0
SAW (2 arames) 12,0 a 40,0
4. Equipamentos:
• Equipamento básico:
• Uma fonte de energia;
• Tocha de soldagem;
• Alimentador de arame;
• Sistema de controle;
• Dispositivo para alimentação do fluxo;
• Cabos elétricos.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Figura 2 –Desenho esquemático do equipamento para
soldagem a arco submerso (adaptado de Marques,
Modenesi, Bracarense, 2009).
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
4.1. Fonte de energia:
• Tipos:
a) Transformador (CA);
b) Transformador-retificador (CC).
• Capacidade de fornecimento de corrente:
cerca de 400 a 1.500 A, num ciclo de trabalho
de 100%.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Características de saída:
• Os equipamentos mais comuns (arames de
diâmetro inferior a 4 mm) utilizam fontes de
tensão do tipo tensão constante, com
alimentador de arame do tipo velocidade
constante, já que esse sistema permite o
controle intrínseco do comprimento do arco.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Fontes de corrente constante juntamente com
alimentadores de velocidade variável
apresentam melhores resultados com arames
de maior diâmetro (acima de 4 mm).
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
4.2. Tocha de soldagem:
• Consiste do bico de contato deslizante, de liga
de cobre, de um sistema para fixação do cabo
de corrente e de um suporte isolante.
• Os bicos de contato devem ser adequados
para cada diâmetro de arame que vai ser
usado.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
4.3. alimentador de arame:
• Consiste de um suporte para a bobina de
eletrodo, um motor de corrente contínua com
controlador de velocidade de giro e um
conjunto de roletes de alimentação.
• A velocidade de alimentação usualmente varia
entre 8 a 235 mm/s.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
4.4. Alimentador de fluxo:
• É composto por um porta-fluxo, mangueira
condutora e um bocal de saída, que pode ser
concêntrico com a tocha de soldagem ou estar
colocado à frente desta.
• Em geral o fluxo é alimentado por gravidade.
• Sistemas de recuperação de fluxo são
dispositivos que aspiram o fluxo não fundido
durante a operação e o devolvem ao porta-
fluxo ou a um outro recipiente de
armazenamento.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
4.5. Sistema de controle:
• Permite o ajuste dos diversos parâmetros de
operação, como velocidade de alimentação de
arame, velocidade de deslocamento e a
tensão de soldagem.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
4.6. Cabos:
• Servem para conduzir a corrente elétrica e
devem ter um diâmetro compatível com a
corrente a ser usada.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
4.7. Cabeçote de soldagem
mecanizada:
• Geralmente consiste de uma “tartaruga”, isto
é, um carro acionado por um motor elétrico,
com velocidade ajustável, que se desloca por
um trilho colocado sobre a peça ou um outro
suporte.
• Nela são montados o alimentador de arame, o
alimentador de fluxo e a tocha de soldagem,
bem como outro dispositivos, como os
trilhadores de junta.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Quando se usa este equipamento, o cabeçote
possui também movimento na direção
transversal ao eixo de soldagem.
• Em alguns casos, o cabeçote pode ficar parado
enquanto a peça é movimentada por
posicionadores ou viradores, como, por
exemplo, na soldagem circunferencial de
tubos.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• A velocidade máxima de soldagem está por
volta de 45 mm/s.
• O cabeçote de soldagem pode também ser
suportado por um manipulador com
movimentos lineares nos três eixos.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
5. Controle do processo:
• Observações relevantes ao processo:
a) A utilização de eletrodo de alto Mn com fluxo
também de alto Mn resulta em solda sem
porosidade, porém, implica em metal de
solda com excesso de Mn na sua composição
química e com elevada dureza.
• Eletrodo de baixo Mn com fluxo de baixo Mn
resulta em solda com porosidade.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• As soldas com dureza elevada (alto Mn) não
apresentamporosidade, mas trincas que
normalmente não aparecem logo após a
soldagem e são de difícil detecção.
• O ideal é o uso de eletrodo de alto (baixo) Mn
com fluxo de baixo (alto) Mn.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
b) Tensão de soldagem maior conduz a um
maior comprimento do arco elétrico. A
quantidade de material que se funde é maior.
c) Fluxos de alto ou médio teor de Mn
acompanhados de descontroles da tensão de
alimentação da máquina produzem pontos
de solda com excesso de Mn.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• São os pontos ou “hard spots”. Podemos ter
também uma solda dura de ponta a ponta ou
“hard weld”.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
6. Características e aplicações:
• Vantagens:
• Alta velocidade de soldagem e elevada taxa de
deposição;
• Produz soldas uniformes e de bom
acabamento superficial;
• Ausência de respingos e fumos;
• Dispensa proteção contra radiação, uma vez
que o arco não é visível;
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Facilmente mecanizado;
• Elevada produtividade.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Limitações:
• Soldagem limitada às posições plana e filete
horizontal;
• Aporte térmico elevado pode prejudicar
propriedades da junta em alguns casos;
• Necessidade de retirada de escória entre
passes.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Aplicações:
• Soldagem de:
a) Aços carbono, baixa e alta liga;
b) Níquel e suas ligas;
c) Membros estruturais e tubos de grande
diâmetro;
d) Em fabricação de peças pesadas de aço;
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
e) Recobrimentos, manutenção e reparo;
f) Para fazer soldas em juntas de topo, de filete
e sobrepostas.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Características:
• Soldas satisfatórias podem ser feitas em
declive com ângulos de até 15° com a
horizontal.
• A utilização de uma combinação adequada
entre metal de adição, fluxo e técnica permite
a soldagem tanto para união quanto
enchimento e revestimento de peças
metálicas.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• No Brasil, devido à disponibilidade de fluxos e
eletrodos, o processo tem sido usado em aços
carbono, aços de baixa liga, aços inoxidáveis e
alguns tipos de revestimento.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
7. Preparação e limpeza da junta:
• Pontos importantes:
a) Limpeza da junta;
b) Alinhamento da máquina com a junta.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Limpeza da junta:
• Qualquer resíduo de contaminação não
removido pode acarretar em porosidade e
inclusões.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Recomendações:
• Peças a serem soldadas isentas de graxa, óleo,
oxidação (ferrugem), resíduos do ensaio por
líquidos penetrantes, areia e fuligem do pré-
aquecimento a gás (mínimo de 20 mm de
cada lado das bordas);
• Irregularidades e escória do oxi-corte devem
ser removidas, no mínimo, por
esmerilhamento;
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Os depósitos de carbono, escória e cobre
resultantes do corte com eletrodo de carvão
devem ser removidos.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
8. Condições de proteção individual:
• Por ser um processo onde o arco é submerso
no fluxo (invisível), executado sem fumaças,
projeções e outros inconvenientes comuns aos
processos utilizando arco elétrico, não é
necessário utilizar capacetes e outros
dispositivos de proteção.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• EPI obrigatório: óculos de segurança, escuros
para proteção contra clarões que porventura
venham a acontecer com abertura do arco em
regiões que não possuam fluxo.
• SAW pode produzir fumaças e gases tóxicos,
recomendando-se, então, para que haja
ventilação adequada, principalmente em
áreas confinadas.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
9. Vantagens e limitações:
• Vantagens:
• Uma das vantagens do processo SAW está no
rendimento, pois, praticamente, não há
perdas de material por projeções ou
respingos.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• É possível também o uso de elevadas
correntes de soldagem, de até 4000 A, fato
que, aliado às altas densidades de corrente
(60 a 100 A/mm2), oferece ao processo alta
taxa de deposição, muitas vezes não
encontradas em outros processos de
soldagem.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Estas características tornam o processo SAW
um processo econômico e rápido em
soldagem de produção.
• Em média, gasta-se com este processo cerca
de um terço do tempo necessário para fazer o
mesmo trabalho com eletrodos revestidos.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• As soldas realizadas apresentam boa
tenacidade e boa resistência ao impacto, além
de excelente uniformidade e acabamento dos
cordões de solda.
• Através de um perfeito ajustamento de fluxo,
arame e parâmetros de soldagem,
conseguem-se propriedades mecânicas iguais
ou melhores que as do metal de base.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Limitações:
• A maior limitação do processo SAW é o fato de
permitir apenas a soldagem nas posições
plana ou horizontal.
• Ainda assim, a soldagem na posição horizontal
só é possível com a utilização de retentores de
fluxo de soldagem.
• No caso de soldagem circunferencial, pode-se
recorrer a sustentadores de fluxo.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino
Referências:
• MARQUES, P. V., MODENESI, P. J.,
BRACARENSE, A. Q. Soldagem: fundamentos e
tecnologia. Belo Horizonte: Editora UFMG,
2009.
• WEISS, A. Soldagem. Curitiba: Editora do Livro
Técnico, 2010, pp. 35 – 44.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino