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TECNOLOGIA DA SOLDAGEM

Judson Barcellos Gonçalves

Fundamentos da soldagem

Por ação de forças mecânicas macroscópicas entre as partes a serem unidas.

São exemplos: a parafusagem e a rebitagem, a resistência da junta é dada pela resistência ao cisalhamento do parafuso ou rebite, mais as forças de atrito entre as superfícies em contato

Métodos de União dos Metais

Por ação de forças microscópicas, interatômicas ou intermoleculares.

É a união que é conseguida pela aproximação dos átomos e moléculas das partes a serem unidas até distâncias suficientemente pequenas para a formação de ligações químicas primárias

Métodos de União dos Metais

Fundamentos da soldagemMétodos de União dos Metais

O QUE SOLDAGEM?

“Processo de união baseado no estabelecimento de forças de ligação química de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais, na região de ligação entre os materiais que estão sendo unidos.”

Soldagem por pressão

Soldagem por fusão

Fundamentos da soldagemSoldagem por resistência

Histórico da soldagem1500 A.C. – fabricação do ferro por redução direta. Antiguidade e Idade Média – ferro e aço utilizados

em conjunto para fabricar armas; no Oriente Médio,eram fabricadas espadas por soldagem por compressão e torção.

séculos XII e XIII – utilização de rodas d’água na fabricação do ferro, possibilitando a produção de blocos maiores.

séculos XIV e XV – invenção dos altos-fornos, possibilitando a produção de grandes quantidades de ferro gusa para fundição

Histórico da soldagem Até século XIX – a fundição tornou-se um processo

importante de fabricação e a soldagem por forjamento foi substituída por outros processos de união, como a parafusagem e a rebitagem, permanecendo a soldagem como um processo secundário de fabricação

início do século XIX– Sir Humphrey Davy – experiências com o arco

elétrico– Edmund Davy – descoberta do acetileno– desenvolvimento de fontes de energia elétrica

que possibilitaram o aparecimento dos processos de fusão a Arco.

Processos de soldagem

Terminologia da soldagem

Terminologia da soldagemPosições de soldagem para chapas

Terminologia da soldagemPosições de soldagem para tubos

Terminologia da soldagem

Termino

Solidificação da poça de fusão

Soldagem e corte a Gás

Processo de soldagem a gás utiliza o calor gerado por uma chama de um gás combustível e o oxigênio para fundir o metal-base e o metal de adição.

Soldagem a Gás

Soldagem a GásAplicações:

Soldagem de chapas finas (em geral, com uma espessura inferior a 6mm).

Tubos de pequeno diâmetro e na soldagem de reparo, podendo ser usado para aços, em particular aços carbono, e para ligas não ferrosas.

Soldagem a GásCaracterísticas do processo:

Utiliza equipamento barato e portátil. Pode-se soldar a maioria das ligas ferrosas e não-ferrosas (aço, ferro fundido, níquel, alumínio, cobre e suas ligas, ...). Não permite a soldagem de materiais reativos (titânio e zircônio) ou refratários (tungstênio e nióbio). Mais econômico para soldagem de chapas finas Processo lento.

Soldagem a Gás

Características do processo:

Produzir chama de alta temperatura em região bem definida.Apresentar alta taxa de produção de calor.Possuir alta velocidade de combustão (taxa de propagação).Gerar chama cujos produtos possuam a menor.interação possível com o metal de solda

Soldagem a Gás

Características do processo:

A qualidade da solda tende a ser inferior à da soldagem a arco devido à menor eficiência da proteção

Princípio do processo

Gás combustível + Chama Oxigênio(comburente)

Soldagem a Gás

Cilindro de oxigênio

Cilindro de gás combustível

Reguladores de pressão

Mangueiras

Maçarico ou tocha de soldagem

Equipamentos:

Soldagem a Gás Equipamentos:

Soldagem a GásMaçaricos

Soldagem a GásMaçaricos: misturador

Soldagem a GásMaçaricos: injetor

Soldagem a Gás

Os gases (combustível e oxigênio)

Os metais de adição

Os fluxos de soldagem (se usados)

Consumíveis do processo:

Soldagem a GásConsumíveis do processo:

Soldagem a GásChama oxi-acetilênica:

Soldagem a Gás

Acetilênica

Tipos de chama:

Soldagem a GásTipos de chama:Carburante:

Soldagem a GásTipos de chama:Neutra:

Soldagem a GásTipos de chama:Oxidante:

Soldagem a GásTipos de chama:

Soldagem a GásTécnicas de soldagem

Técnicas de execução: (a) Soldagem para trás e (b) soldagem para frente.

Soldagem a GásLigas soldáveis

Oxi-Corte

Soldagem com Eletrodo Revestido

Vareta metálica (“alma”):– conduz a corrente elétrica– fornece metal de adição para a junta

Limitações do processo:

Processo MANUAL;Apresenta baixa produtividade;Gera grande volume de gases e fumos durante o processo.

Vantagens do Processo:

Grande versatilidade; Baixo custo de operação; Equipamento necessário é simples; Possibilidade de uso em locais de difícil; acesso ou sujeitos a ventos.

APLICAÇÕES:

Fabricação e montagem de equipamentos; Manutenção e reparos; Construções em campo; Soldagem por gravidade (estaleiros); Soldagem em geral de chapas de espessura 3 a 40mm.

Ligas que podem ser soldadas:

Aço carbono; Aços de baixa, média e alta liga; Aços inoxidáveis; Ferros fundidos; Alumínio; Níquel; Cobre.

Ligas que não podem ser soldadas:Metais de baixo ponto de fusão

chumbo estanho zinco

Metais refratários ou muito reativos titânio zircônio molibdênio nióbio

Equipamentos:

(CC-) (CC+)

Funções dos revestimentos dos eletrodos:

facilita a abertura do arco e o estabiliza.ajusta a composição química do cordão, pela adição de elementos de liga.desoxida o metal de solda.protege a poça de fusão e o metal de solda contra a contaminação pela atmosfera, através da geração de gases e de uma camada de escoria.

Funções dos revestimentos dos eletrodos:

– facilita a soldagem nas diversas posições de trabalho escória, a qual reduz a velocidade de solidificação e permite a desgaseificação do metal de solda

– confere características operacionais, mecânicas e metalúrgicas ao eletrodo e à solda

Classificação dos ingredientes do revestimento:

Elementos de liga,

Aglomerantes ,

Formadores de gases,

Estabilizadores do arco,

Formadores de fluxo e escória,

Plasticizantes.

Classificação do revestimento:

Celulósico:

Elevada produção de gases resultantes da combustão dos materiais orgânicos (principalmente a celulose); Principais gases gerados: CO2, CO, H2, H2O (vapor); Não devem ser ressecados; A atmosfera redutora formada protege o metal fundido;

Celulósico:

O alto nível de hidrogênio no metal de solda depositado impede o uso em estruturas muito restritas ou em materiais sujeitos a trincas por hidrogênio;

alta penetração;

Celulósico:

Pouca escória; Muito utilizado em tubulações na progressão descendente; Operando em CC+, obtém-se transferência por spray.

Rutílico:

Consumível de uso geral; Revestimento apresenta até 50% de rutilo (TiO2); Média penetração; Escória de rápida solidificação, facilmente destacável;

Rutílico:

o metal de solda pode apresentar um nível de hidrogênio alto (até 30 ml/100g); requer ressecassem a uma temperatura relativamente baixa, para que o metal de solda não apresente porosidades grosseiras.

Básico:Geralmente apresenta as melhores propriedades mecânicas e metalúrgicas entre todos os eletrodos, destacando-se a tenacidade;

Elevados teores de carbonato de cálcio e fluorita, gerando um metal de solda altamente desoxidado e com muito baixo nível de inclusões complexas de sulfetos e fosfetos;

Básico: Não opera bem em CA, quando o teor de fluorita é muito elevado;

Escória fluida e facilmente destacável;

Cordão de média penetração e perfil plano ou convexo;

Básico: Requer ressecagem a temperaturas relativamente altas;

Após algumas horas de contato com a atmosfera, requer ressecagem por ser altamente higroscópico;

Altíssimo rendimento:

Adição de pó de ferro (rutílico/básico);

Aumenta a taxa de deposição;

Pode ou não ser ligado;

Aumenta a fluidez da escória, devido à

formação de óxido de ferro;

Altíssimo rendimento: Melhora a estabilidade do arco e a penetração é reduzida, principalmente com alta intensidade de corrente, o que pode minimizar a ocorrência de mordeduras;

Possibilidade de soldar por gravidade (arraste); reduz a tenacidade do metal de solda.

Especificação da American Welding Society (AWS):

Aço Carbono:

Defeitos na Soldagem:

(A) corrente, comprimento do arco e velocidade adequados; (B) Baixa corrente; (C) Altacorrente; (D) Pequeno comprimento do arco; (E) Grande comprimento do arco; (F) Baixa velocidade de soldagem; (G) Alta velocidade de soldagem.

Soldagem TIG

Equipamento básico para soldagem TIG

Soldagem TIG

Equipamento básico para soldagem TIG

Soldagem TIGRepresentação esquemática de uma tocha para soldagem TIG

Soldagem TIGGases de proteção e tipos de corrente usuais

Soldagem MIG/MAGRepresentação esquemática do processo

Soldagem MIG/MAGTocha para soldagem MIG/MAG

Soldagem MIG/MAG

Perfil típico de cordões de solda feitos com diferentes gases e misturas.

Soldagem MIG/MAGDiferentes tipos de mecanismos de transferência metálica em MIG/MAG

A - globular; B - globular repelida, C - gotícula projetada, D – com elongamento (“streaming”);

Soldagem MIG/MAGDiferentes tipos de mecanismos de transferência metálica em MIG/MAG

E - goticular rotacional; F - goticular explosivo; G- curto-circuito

Soldagem MIG/MAG

Soldagem Arame tubular

Soldagem por arco submerso

Fluxo para soldagem por arco submerso

Quanto ao processo de produção, os fluxo são classificados como: Fluxos aglomerados: fabricados através da mistura seca de seus ingredientes, que são aglomerados com uma solução aquosa de silicato de sódio e/ou de potássio. A massa resultante é pelotizada, seca e reduzida mecanicamente a partículas que são peneiradas e classificadas .

Fluxos Fundidos: Os fluxos fundidos são fabricados através da mistura seca de seus ingredientes, que são então fundidos em um forno elétrico. O banho é vazado e sofre um choque térmico, que reduz o fluxo a partículas de tamanhos variados, que são peneiradas e classificadas.

Quanto ao comportamento, os fluxo são classificados como:

Fluxos neutros: São aqueles que não produzem alterações significativas na composição química do metal depositado. Fluxos ativos: São aqueles que contêm pequenas quantidades de manganês, silício ou ambos.

Aplicação:

Fluxos neutros: Aplicados em peças com espessuras acima de 25mm. Fluxos ativos: Aplicados em peças com espessura inferior a 25 mm.

Variáveis controláveis do processo

Corrente de soldagem; tensão do arco; velocidade de soldagem; largura e altura da camada de fluxo;

Descontinuidades (defeitos) na Soldagem

Influência do formato do cordão na sensibilidade à fissuração a quente.

Formas de porosidade

Exemplos de perfis de solda inadequados

BIBLIOGRAFIA

Mondenesi, P.J. e Marques, P.V., Soldagem I - Introdução aos Processos de Soldagem, Apostila, Universidade Federal de Minas Gerais, Departamento de Engenharia Metalúrgica, Belo Horizonte, Janeiro, 2005.

Marques,P.V., Modenesi, P.J., Bracarense, A.Q., Soldagem fundamentos e tecnologia, 3°ed. Belo Horizonte, UFMG 2011.

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