Soldagem Colaboração na elaboração desta apostíla Profº. Maurício de Oliveira

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ETEC ARISTÓTELES FERREIRADEPARTAMENTO DE MECÂNICA

ÍNDICE

1 - Métodos de União dos Metais 2 - Definição de Soldagem 3 - Pequeno Histórico da Soldagem 4 - Formação de uma Junta Soldada 5 - Processos de Soldagem 5.1 - Processos de Soldagem por Pressão (ou por Deformação) 5.2 - Processos de Soldagem por Fusão 6 - Terminologia de soldagem 7 - Processos de soldagem por fusão 7.1 - Soldagem a arco 7.1.1 - Soldagem com Eletrodos Revestidos ( SMAW )7.1.1.1- Funções dos revestimentos dos eletrodos7.1.1.2- Tipos de revestimento7.1.1.3- Especificação de eletrodos conforme a norma AWS ( American Welding Society)7.1.1.4- Comentários sobre a corrente de soldagem7.1.1.5 - Descontinuidades em juntas soldadas 7.1.2 - Soldagem a arco TIG ( Tungsten Inert Gas ) ou GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)7.1.2.1 - Características da soldagem GTAW relacionadas com o tipo e polaridade da corrente7.1.2.2 - Especificação AWS A5.187.1.2.3 - Especificação AWS A5.287.1.2.4 - Especificação AWS A5.9 7.1.3 - Soldagem MIG/MAG (Gas Metal Arc Welding, GMAW) 7.1.4 - Soldagem com Arame Tubular ( FCAW – Flux Cored Arc Welding ) 7.1.5 - Soldagem por Arco Submerso ( SAW – Submerged Arc Welding ) 7.1.6 - Soldagem por Eletroescória (Eletroslag Welding, ESW) 7.1.7 - Soldagem Oxi-Gás (Oxifuel Welding, OFW) 7.1.8 - Soldagem com Feixe de Elétrons (Electron Beam Welding, EBW) 7.1.9 - Soldagem a Laser (Laser Beam Welding, LBW) 7.1.10 - Soldagem a Plasma (PAW - Plasma Arc Welding) 7.1.11 - Soldagem de Pinos (SW - Stud Welding) 8 - Processos de soldagem por deformação 8.1 - Soldagem por Resistência (Resistance Welding, RW) 8.2 - Soldagem por Centelhamento (Flash Welding, FW) 8.3 - Soldagem por Alta Freqüência (High Frequency Induction Welding, HFIW) 8.4 - Soldagem por Fricção (Friction Welding, FW) 8.5 - Soldagem por Difusão (Diffusion Welding, DFW) 8.6 - Soldagem por Explosão (Explosive Welding, EXW) 8.7 - Soldagem por Laminação 8.8 - Soldagem a Frio (Cold Welding, CW) 8.9 - Soldagem por Ultra-Som (Ultrasonic Welding, USW) 9 - Processo de Brasagem 10 - Processos de Corte Térmico 10.1 - Corte a Oxigênio (Oxyfuel Gas Cutting, OFC) 10.2 - Corte a Plasma (Plasma Arc Cutting, PAC) 10.3 - Corte a Laser (Laser Beam Cutting, LBC) 10.4 – Corte com eletrodo de carvão 11 - Processos de Aspersão Térmica (Thermal Spraying, THSP) 12 - Símbolos de soldagem 13 - Regras para segurança Em soldagem, goivagem e corte ao arco elétrico 13.1 - Regras de segurança relativas ao local de trabalho 13.2 - Regras de segurança relativas ao pessoal 13.3 - Regras específicas de segurança corporal 13.4 - Regras para proteção da pele 13.5 - Regras para a proteção da audição

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INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM

1 - Métodos de União dos Metais Os métodos de união de metais podem ser divididos em duas categorias principais, isto é, aqueles baseados no aparecimento de forças mecânicas macroscópicas entre as partes a serem unidas e aqueles baseados em forças microscópicas (interatômicas ou intermoleculares). No primeiro caso, do qual 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. No segundo caso, a união é conseguida pela aproximação dos átomos e moléculas das partes a serem unidas, ou destas e um material intermediário, até distâncias suficientemente pequenas para a formação de ligações metálicas e de Van der Waals. Como exemplo desta categoria citam-se a soldagem, a brasagem e a colagem.

2 - Definição de Soldagem Um grande número de diferentes processos utilizados na fabricação e recuperação de peças, equipamentos e estruturas é abrangido pelo termo SOLDAGEM. Classicamente, a 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. Diferentes processos relacionados com os de soldagem são utilizados para o corte ou para o recobrimento de peças. Diversos aspectos dessas operações de recobrimento e corte são similares à soldagem e, por isso, muitos aspectos destes processos são abordados juntamente com esta.Definição de soldagem adotada pela AWS - American Welding Society "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."Outra definição de soldagem “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.”

3 - Pequeno Histórico da Soldagem Embora a soldagem, na sua forma atual, seja um processo recente, com cerca de 100 anos, a brasagem e a soldagem por forjamento têm sido utilizadas deste épocas remotas. Existe, por exemplo, no Museu do Louvre, um pingente de ouro com indicações de ter sido soldado e que foi fabricado na Pérsia, por volta de 4000 AC. O ferro, cuja fabricação se iniciou em torno de 1500 AC, substituiu o cobre e o bronze na confecção de diversos artefatos. O ferro era produzido por redução direta e conformado por martelamento na forma de blocos com um peso de poucos quilogramas. Quando peças maiores eram necessárias, os blocos eram soldados por forjamento, isto é, o material era aquecido ao rubro, colocava-se areia entre as peças para escorificar impurezas e martelava-se até a soldagem. Como um exemplo da utilização deste processo, cita-se um pilar de cerca de sete metros de altura e mais de cinco toneladas existente ainda hoje na cidade de Delhi (Índia). A soldagem foi usada, na antiguidade e na idade média, para a fabricação de armas e outros instrumentos cortantes. Como o ferro obtido por redução direta tem um teor de carbono muito baixo (inferior a 0,1%), este não pode ser endurecido por têmpera. Por outro lado, o aço, com um teor maior de carbono, era um material escasso e de alto custo. Assim, ferramentas eram fabricadas com ferro e com tiras de aço soldadas nos locais de corte e endurecidas por têmpera.

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Assim, a soldagem foi, durante este período, um processo importante na tecnologia metalúrgica, principalmente, devido a dois fatores: (1) a escassez e o alto custo do aço e (2) o tamanho reduzido dos blocos de ferro obtidos por redução direta. Esta importância começou a diminuir, nos séculos XII e XIII, com o desenvolvimento de tecnologia para a obtenção, no estado líquido, de grandes quantidades de ferro fundido com a utilização da energia gerada em rodas d'água e, nos séculos XIV e XV, com o desenvolvimento do alto forno. Com isto, a fundição tornou-se um processo importante de fabricação, enquanto a soldagem por forjamento foi substituída por outros processos de união, particularmente a rebitagem e parafusagem, mais adequados para união das peças produzidas. A soldagem permaneceu como um processo secundário de fabricação até o século XIX, quando a sua tecnologia começou a mudar radicalmente, principalmente, a partir das experiências de Sir Humphrey Davy (1801-1806) com o arco elétrico, da descoberta do acetileno por Edmund Davy e do desenvolvimento de fontes produtoras de energia elétrica que possibilitaram o aparecimento dos processos de soldagem por fusão. Ao mesmo tempo, o início da fabricação e utilização de aço na forma de chapas tornou necessário o desenvolvimento de novos processos de união para a fabricação de equipamentos e estruturas. A primeira patente de um processo de soldagem, obtida na Inglaterra por Nikolas Bernados e Stanislav Olszewsky em 1885, foi baseada em um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo de carvão e a peça a ser soldada (ver figura abaixo).

Sistema para soldagem a arco com eletrodo de carvão de acordo com a patente de Bernados

Por volta de 1890, N. G. Slavianoff, na Rússia, e Charles Coffin, nos Estados Unidos, desenvolveram independentemente a soldagem a arco com eletrodo metálico nu. Em 1907, Oscar Kjellberg (Suécia) patenteia o processo de soldagem a arco com eletrodo revestido. Em sua forma original, este revestimento era constituído de uma camada de cal, cuja função era unicamente estabilizar o arco. Todavia a soldagem só passou a ser utilizada intensamente como processo de fabricação com a eclosão da 1ª grande guerra. Atualmente, mais de 50 diferentes processos de soldagem têm alguma utilização industrial e a soldagem é o mais importante método para a união permanente de metais.

4 - Formação de uma Junta Soldada De uma forma simplificada, uma peça metálica é formada por um grande número de átomos dispostos em um arranjo espacial característico (estrutura cristalina). Átomos localizados no interior desta estrutura são cercados por um número de vizinhos mais próximos, posicionados a uma distância r0, na qual a energia do sistema é mínima, como mostra a próxima figura.

Variação de energia potencial para um sistema de dois átomos em função da distância entre eles. Pág. 4

Nesta situação, cada átomo está em sua condição de energia mínima, não tendendo a se ligar com nenhum átomo extra. Na superfície do sólido, contudo, esta situação não se mantém, pois os átomos estão ligados a menos vizinhos, possuindo, portanto um maior nível de energia do que os átomos no seu interior. Esta energia pode se reduzida quando os átomos superficiais se ligam a outros. Assim, aproximando-se duas peças metálicas a uma distância suficientemente pequena para a formação de uma ligação permanente, uma solda entre as peças seria formada, como ilustrado na figura abaixo.

Formação teórica de uma solda pela aproximação das superfícies das peças.

Este tipo de efeito pode ser obtido, por exemplo, colocando-se em contato íntimo dois blocos de gelo. Entretanto, sabe-se que isto não ocorre para duas peças metálicas, exceto em condições muito especiais. A explicação para isto está na existência de obstáculos que impedem uma aproximação efetiva das superfícies até distâncias da ordem de r0. Estes obstáculos podem ser de dois tipos básicos:- As superfícies metálicas, mesmo as mais polidas, apresentam uma grande rugosidade em escala microscópica e sub-microscópica. Mesmo uma superfície com um acabamento cuidadoso apresenta irregularidades da ordem de 50 nm (nano metro = 10-9 m) de altura, cerca de 200 camadas atômicas. A aproximação necessária só é conseguida em alguns poucos pontos de contato, de modo que o número de ligações formadas é insuficiente para garantir qualquer resistência para a junta.

Representação esquemática da superfície metálica limpa.

- As superfícies metálicas estão normalmente recobertas por camadas de óxidos, umidade, gordura, poeira, etc, o que impede um contato real entre as superfícies, prevenindo a formação da solda. Estas camadas se formam rapidamente e resultam exatamente da existência de ligações químicas incompletas na superfície.

Dois métodos principais são utilizados para superar estes obstáculos, os quais originam os dois grandes grupos de processos de soldagem. - O primeiro consiste em deformar as superfícies de contato permitindo a aproximação dos átomos a distâncias da ordem de r0 .

Soldagem por pressão ou deformação.

As peças podem ser aquecidas localmente para facilitar a deformação das superfícies de contato.

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- O segundo método se baseia na aplicação localizada de calor na região de união até a sua fusão e do metal de adição (quando este é utilizado), destruindo as superfícies de contato e produzindo a união pela solidificação do metal fundido.

(a) Representação esquemática da soldagem por fusão. (b) Macrografia de uma junta soldada.

Desta forma, uma forma de classificação dos processos de 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.

5 - Processos de Soldagem

5.1 - Processos de Soldagem por Pressão (ou por Deformação) Este grupo inclui os processos por ultra-som, por fricção, por forjamento, por resistência elétrica, por difusão, por explosão, entre outros. Diversos destes processos, como os processos de soldagem por resistência, apresentam características intermediárias entre os processos de soldagem por fusão e por deformação. Para fins de classificação, estes processos serão incluídos neste grupo.5.2 - Processos de Soldagem por Fusão Os processos por fusão podem ser separados em sub-grupos, por exemplo, de acordo com o tipo de fonte de energia usada para fundir as peças. Dentre estes, os processos de soldagem a arco (fonte de energia: arco elétrico) são os de maior importância industrial na atualidade. Devido à tendência de reação do material fundido com os gases da atmosfera, a maioria dos processos de soldagem por fusão utiliza algum meio de proteção para minimizar estas reações.

6 - Terminologia de soldagem

Soldagem (welding) é o processo de união de materiais, a solda ( weld ) é o resultado deste processo.

Metal de base (base metal) é o material da peça que sofre o processo de soldagem.

Metal de adição (filler metal) é o material adicionado no estado líquido durante a soldagem ou brasagem.

Poça de fusão (weld pool) É a região em fusão a cada instante durante a soldagem.

Penetração (penetration) é a distância da superfície original do metal de base ao ponto em que termina a fusão, medida perpendicularmente à mesma.

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Junta ( joint ) Região entre duas ou mais peças que serão unidas.

Tipos de juntas: topo ( butt ), ângulo ( tee ), canto ( corner ), sobreposta ( lap ) e de aresta ( edge ).

Chanfro ( groove ) é o corte efetuado na junta para efetuar/facilitar a soldagem em toda sua espessura.

Elementos de um chanfro

Tipos de juntas e exemplos de chanfros

- Juntas de topo

- Juntas de canto

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- Encosto ou nariz ( s ) ( nose, groove face ) é a parte não chanfrada de um componente da junta.

- Garganta, folga ou fresta ( f ) ( root opening ) é a menor distância entre as peças a soldar.

- Ângulo de abertura da junta ( ) ( groove angle )

- Ângulo de chanfro ( ) ( bevel angle )

- Juntas de aresta

- Juntas sobrepostas

-Juntas de ângulo

Execução de uma solda de vários passes

Posições de soldagem

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7- Processos de soldagem por fusão:

7.1- Soldagem a arco A soldagem a arco engloba um grande número de processos que incluem os de maior utilização industrial. Todos estes processos utilizam como fonte de calor para a fusão localizada o arco, que é uma descarga elétrica em um meio gasoso parcialmente ionizado. Os principais processos para soldagem a arco são:- Eletrodos Revestidos (Shielded Metal Arc Welding - SMAW)- TIG (Tungsten Inert Gas) ou (Gas Tungsten Arc Welding - GTAW)- MIG (Metal Inert Gas)/MAG (Metal Active Gas) ou GMAW (Gas Metal Arc Welding) - Arame Tubular (Flux Cored Arc Welding - FCAW)- Arco Submerso (Submerged Arc Welding, SAW)- Plasma (PAW - Plasma Arc Welding)- Soldagem de Pinos (Stud Welding, SW)

7.1.1 - Soldagem com Eletrodos Revestidos ( SMAW ) A soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido (Shielded Metal Arc Welding – SMAW), também conhecida como soldagem manual a arco elétrico, é o mais largamente empregado dos vários processos de soldagem. A soldagem é realizada com o calor de um arco elétrico mantido entre a extremidade de um eletrodo metálico revestido e a peça de trabalho. O calor produzido pelo arco funde o metal de base, a alma do eletrodo e o revestimento. Quando as gotas de metal fundido são transferidas através do arco para a poça de fusão, são protegidas da atmosfera pelos gases produzidos durante a decomposição do revestimento. A escória líquida flutua em direção à superfície da poça de fusão, onde protege o metal de solda da atmosfera durante a solidificação. Outras funções do revestimento são proporcionar estabilidade ao arco e controlar a forma do cordão de solda.

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Eletrodos revestidos para aços carbono consistem de apenas dois elementos principais: a alma metálica, normalmente de aço de baixo carbono, e o revestimento. A matéria prima para a alma metálica é um fio laminado a quente na forma de bobinas, que é posteriormente trefilado a frio até o diâmetro adequado do eletrodo, retificado e cortado no comprimento adequado. A alma metálica tem as funções principais de conduzir a corrente elétrica e fornecer metal de adição para a junta. Os ingredientes do revestimento são, misturados a seco. Então é adicionado o silicato de sódio e/ou potássio — mistura úmida — que é compactada em um cilindro. O revestimento é extrudado sobre as varetas metálicas através de uma prensa extrusora. Após isso o revestimento é removido da extremidade do eletrodo — a ponta de pega — para garantir o contato elétrico e também da outra extremidade para assegurar uma abertura de arco fácil. Os eletrodos são então identificados com a marca comercial e sua classificação antes de entrar no forno de secagem, onde eles sofrem um ciclo controlado de aquecimento para assegurar o teor adequado de umidade antes de embalá-los.

7.1.1.1- Funções dos revestimentos dos eletrodos A estrutura física dos ingredientes do revestimento pode ser classificada como cristalina, fibrosa ou amorfa (não-cristalina). Materiais cristalinos como rutilo, quartzo e mica são comumente utilizados. O rutilo é a ocorrência natural do mineral dióxido de titânio (TiO2), e é largamente empregado no revestimento dos eletrodos. Materiais fibrosos como celulose, e materiais amorfos como sílica e outros compostos orgânicos são também ingredientes comuns dos revestimentos. As funções do revestimento são:- Proteção do metal de solda - a função mais importante do revestimento é proteger o metal de solda do oxigênio e do nitrogênio do ar quando ele está sendo transferido através do arco, e enquanto está no estado líquido. A proteção é necessária para garantir que o metal de solda seja íntegro, livre de bolhas de gás, e tenha a resistência e a ductilidade adequadas. Às altas temperaturas do arco, o nitrogênio e o oxigênio prontamente se combinam com o ferro e formam nitretos de ferro e óxidos de ferro que, se presentes no metal de solda acima de certos valores mínimos, causarão fragilidade e porosidade. Para evitar a contaminação da atmosfera o fluxo de metal fundido precisa ser protegido por gases que expulsem a atmosfera circundante do arco e do metal de solda fundido. Isso é conseguido usando-se no revestimento materiais que gerem gases e que se decomponham durante as atividades de soldagem e produzam a atmosfera protetora. Materiais formadores de gases comuns são os carboidratos, hidratos e carbonatos. Exemplos dessas substâncias são a celulose, os carbonatos de cálcio e de magnésio, e a água quimicamente combinada como a encontrada na argila e na mica. Esses materiais desprendem dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) e vapor d'água (H2O) às altas temperaturas do arco de soldagem. A umidade livre também é outro ingrediente formador de gases que é encontrado particularmente nos eletrodos do tipo celulósico e faz parte da formulação em quantidades de 2 - 3%.- Estabilização do arco Um arco estabilizado é aquele que abre facilmente, queima suavemente mesmo a baixas correntes e pode ser mantido empregando-se indiferentemente um arco longo ou um curto. O ar não é suficientemente condutor para manter um arco estável, e então se torna necessário adicionar ao revestimento ingredientes que proporcionarão um caminho condutor para a corrente elétrica. Isso é particularmente verdadeiro durante a soldagem com corrente alternada. Materiais estabilizantes são os compostos de titânio, potássio e cálcio.- Adições de elementos de liga ao metal de solda Uma variedade de elementos tais como cromo, níquel, molibdênio, vanádio e cobre podem ser adicionados ao metal de solda incluindo-os na composição do revestimento. É freqüentemente necessário adicionar elementos de liga ao revestimento para balancear a perda esperada desses elementos da vareta durante a atividade de soldagem devido à volatilização e às reações químicas. Eletrodos de aço doce requerem pequenas quantidades de carbono, manganês e silício no depósito de

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solda para resultar em soldas íntegras com o nível desejado de resistência. Uma parte do carbono e do manganês provém da vareta, mas é necessário suplementa-la com ligas ferro-manganês e em alguns casos com adições de ligas ferro-silício no revestimento.- Direcionamento do arco elétrico O direcionamento do fluxo do arco elétrico é obtido com a cratera que se forma na ponta dos eletrodos. O uso de aglomerantes adequados assegura um revestimento consistente que manterá a cratera e dará uma penetração adicional e melhor direcionamento do arco elétrico conforme mostra a figura abaixo. Silicatos solúveis como os de sódio e potássio são empregados no revestimento dos eletrodos como aglomerantes. As funções dos aglomerantes são formar uma massa plástica de material de revestimento capaz de ser extrudada e secada no forno. Na soldagem manual com eletrodos revestidos, a cratera do revestimento, ou a formação de uma taça na ponta do revestimento, que se estende além da alma metálica, realiza a função de concentrar e dirigir o arco.

- Função da escória como agente fluxante A função da escória é fornecer proteção adicional contra os contaminantes atmosféricos, agir como purificadora e absorver impurezas que são levadas à superfície e ficam aprisionadas pela escória, e reduzir a velocidade de resfriamento do metal fundido para permitir o escape de gases. A escória também controla o contorno, a uniformidade e a aparência geral do cordão de solda. Isso é particularmente importante nas juntas em ângulo. A sílica e a magnetita são os ingredientes empregados para encorpar a escória e conferir a ela propriedades como viscosidade, tensão superficial e ponto de fusão.

- Características da posição de soldagem É a adição de certos ingredientes no revestimento, principalmente compostos de titânio, que tornam possível a soldagem fora de posição (posições vertical e sobre-cabeça). As características da escória ( principalmente a tensão superficial e a temperatura de solidificação ) determinam fortemente a capacidade de um eletrodo ser empregado na soldagem fora de posição. - Controle da integridade do metal de solda A porosidade ou os gases aprisionados no metal de solda podem ser controlados de uma maneira geral pela composição do revestimento. É o balanço de certos ingredientes no revestimento que tem um efeito marcante na presença de gases aprisionados no metal de solda. O balanço adequado desses ingredientes é crítico para a integridade que pode ser obtida para o metal de solda. O ferro-manganês é provavelmente o ingrediente mais comum utilizado para se conseguir a fórmula corretamente balanceada.- Propriedades mecânicas específicas do metal de solda Propriedades mecânicas específicas podem ser incorporadas ao metal de solda por meio do revestimento. Altos valores de impacto a baixas temperaturas, alta ductilidade, e o aumento nas

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Revestimento concêntrico – boa direção do arco Revestimento excêntrico – má direção do arco

propriedades de escoamento e resistência mecânica podem ser obtidos pelas adições de elementos de liga ao revestimento.- Isolamento da alma de aço O revestimento atua como um isolante de tal modo que a alma não causará curto-circuito durante a soldagem de chanfros profundos ou de aberturas estreitas; o revestimento também serve como proteção para o operador quando os eletrodos são trocados.

A Tabela abaixo mostra alguns constituintes típicos dos revestimentos e suas funções para dois tipos de eletrodos para aços carbono. Note que o teor de umidade no eletrodo celulósico E6010 é muito maior que o do tipo de baixo hidrogênio E7018. A umidade no revestimento do E6010 é necessária para produzir as características de atuação do arco e não é prejudicial na soldagem de aços de baixa resistência, visto que a agitação promovida na poça de fusão é muito intensa e permite a liberação de boa parte do hidrogênio. O hidrogênio pode causar problemas na soldagem de aços de alta resistência.

CLASSE COMPOSIÇÃO TEOR FUNÇÃO PROTEÇÃO

E 6010

Celulose (C6H10O5)Rutilo (TiO2)Ferro-manganêsTalcoSilicato de sódioUmidade

35%15%5%15%25%5%

Formador de gasesFormador de escória e estabilizador do arcoDesoxidante – ferro - ligaFormador de escóriaAglomerante e agente fluxanteCompor atmosfera protetora

H2 ( 40%)

CO + CO2 (40%)

H2O (20%)

E 7018 Carbonato de cálcioFluorita (CaF2)Ferro-manganêsSilicato de potássioPó de ferroUmidade

30%20%5%15%30%0,1%

Formador de gases e agente fluxanteFormador de escória e agente fluxanteDesoxidante – ferro - ligaAglomerante e estabilizador do arcoAgente de deposição

CO ( 80%)

CO2 (20%)

Composição e função dos constituintes do revestimento dos eletrodos

7.1.1.2- Tipos de revestimento

- Celulósico O revestimento celulósico apresenta as seguintes características:- Elevada produção de gases, pela 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;- 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;- Pouca escória, facilmente destacável;- Muito utilizado em tubulações na progressão descendente;- Operando em CC+, obtém-se transferência por spray.

- Rutílico O revestimento rutílico apresenta as seguintes características:- Revestimento apresenta até 50% de rutilo (TiO2);- Média penetração;- Escória de rápida solidificação, facilmente destacável;- O metal de solda pode apresentar um nível de hidrogênio alto (até 30 ml/100g);

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- Requer ressecagem a uma temperatura relativamente baixa, para que o metal de solda não apresente porosidades grosseiras.- Ácido Apresentam fácil soldabilidade e boas propriedades mecânicas do metal de solda. Seus principais constituintes são o óxido de ferro e sílica ( SiO2 ). Os revestimentos ácidos podem ter pó de ferro em sua fórmula para aumentar o rendimento.- Básico O revestimento básico apresenta as seguintes características:- Melhores propriedades mecânico-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;- Não opera bem em CA, quando o teor de fluorita é muito elevado;- Escória fluida e facilmente destacável;- Requer re-secagem a temperaturas relativamente altas;- Após algumas horas de contato com a atmosfera, requer re-secagem por ser altamente higroscópico.- Altíssimo rendimento O revestimento de altíssimo rendimento apresenta as seguintes características:- 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;- 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.

7.1.1.3- Especificação de eletrodos conforme a norma AWS ( American Welding Society) As especificações da AWS foram desenvolvidas por um comitê composto de membros que representam os fabricantes de consumíveis, usuários da indústria de soldagem e membros independentes de universidades e laboratórios. Os eletrodos para aço carbono, aço baixa liga e aço inoxidável são classificados conforme as especificações AWS A5,1, AWS A5.5 e AWS A5.4 respectivamente.- Especificação AWS A5.1 para eletrodos de aço carbono

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AWS E XXXYZ

Eletrodo para soldagem ao arco elétrico

Conjunto de 2 ou 3 números que indicam a resistência do material em Ksi1 Ksi = 1000 psi = 6950 Pa

N° que indica a posição de soldagem:1 = todas as posições2 = plana e horizontal3 = somente plana

N° que indica tipo de revestimento e correnteXX10 - revestimento celulósico (sódio) cc+XX20 - revestimento ácido cc-XXY1 - revestimento celulósico (potássio) cc+ caXXY2 - revestimento rutílico (sódio) cc- caXXY3 - revestimento celulósico (potássio) cc+ cc- caXXY4 - revestimento rutílico (pó de ferro) cc+ cc- caXXY5 - revestimento básico (sódio) cc+XXY6 - revestimento básico (potássio) cc+ caXXY7 - revestimento ácido (pó de ferro) cc- caXXY8 - revestimento básico (pó de ferro) cc+ ca

Classe Corrente Arco Penetração Revestimento/escória Pó de ferro

EXX10 CC+ agressivo profunda celulósico - sódio 0-10%EXX11 CA/CC+ agressivo profunda celulósico - potássio 0EXX12 CA/CC- médio média rutílico - sódio 0-10%EXX13 CA/CC-/CC+ suave leve rutílico - potássio 0-10%EXX14 CA/CC-/CC+ suave leve rutílico - pó de ferro 25-40%EXX15 CC+ médio média baixo hidrogênio - sódio 0EXX16 CA/CC+ médio média baixo hidrogênio - potássio 0EXX18 CA/CC+ médio média baixo hidrogênio - pó de ferro 25-40%EXX20 CA/CC- médio média óxido de ferro - sódio 0EXX22 CA/CC-/CC+ médio média óxido de ferro - sódio 0EXX24 CA/CC-/CC+ suave leve rutílico - pó de ferro 50%EXX27 CA/CC-/CC+ médio média óxido de ferro - pó de ferro 50%EXX28 CA/CC+ médio média baixo hidrogênio - pó de ferro 50%EXX48 CA/CC+ médio média baixo hidrogênio - pó de ferro 25-40%

O percentual de pó de ferro é baseado na massa do revestimento

Classificação dos eletrodos para aços carbonoExemplos:AWS-E-6010 – Celulósico, solda em todas as posições, resistência à tração de 60000 Ksi, grande penetração, solda em todas as posições, escória de pequeno volume e aspecto vítreo, boas propriedades mecânicas, alto teor de umidade: 3 a 5%.AWS-E-6012 – Rutílico, solda em todas as posições, resistência à tração de 60000 Ksi, média penetração, escória viscosa e densa. AWS-E-7016 – Básico, solda em todas as posições, resistência à tração de 70000 Ksi, possui pouco ou nenhum elemento gerador de hidrogênio no arco (celulose, asbestos), são cozidos em temperaturas entre 500 a 600° C para minimizar a retenção de água pelo revestimento, por isto, são recomendados para a soldagem de aços susceptíveis à trinca a frio.

Notas: Essas classificações — em conformidade com a especificação AWS A5.1 — são determinadas pelo fabricante de eletrodos de acordo com os resultados dos testes. A American Welding Society não aprova nem reprova eletrodos. A American Society of Mechanical Engineers (ASME) utiliza na íntegra as especificações de eletrodos da AWS adicionando as letras SF antes do número da especificação. Então, a especificação AWS A5.1 transforma-se na especificação ASME SFA5.1. Tanto a classificação quanto os requisitos são os mesmos.

Composição química e propriedades mecânicas do metal de solda para eletrodos revestidos de AC

Classe Mn Si Ni Cr Mo VMn + Ni + Cr + Mo

+ VLE

(MPa)LR

(MPa)

Charpy Vmédia

(J)

Charpy Vindividual

(J)

Temp

(°C)

E6010 - - - - - - 331 414 27 20 -29E6011 - - - - - - 331 414 27 20 -29E6012 - - - - - - 331 414 - - -E6013 - - - - - - 331 414 - - -E6020 - - - - - - 331 414 - - -E6022 - - - - - - - 414 - - -E6027 - - - - - - 331 414 27 20 -29E7014 1,25 0,90 0,30 0,20 0,30 0,08 1,50 399 482 - - -E7015 1,25 0,90 0,30 0,20 0,30 0,08 1,50 399 482 27 20 -29E7016 1,60 0,75 0,30 0,20 0,30 0,08 1,75 399 482 27 20 -29E7018 1,60 0,75 0,30 0,20 0,30 0,08 1,75 399 482 27 20 -29E7024 1,25 0,90 0,30 0,20 0,30 0,08 1,50 399 482 - - -E7027 1,60 0,75 0,30 0,20 0,30 0,08 1,75 399 482 27 20 -29E7028 1,60 0,90 0,30 0,20 0,30 0,08 1,75 399 482 27 20 -18E7048 1,60 0,90 0,30 0,20 0,30 0,08 1,75 399 482 27 20 -29

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Notas: Os ensaios mecânicos de metal depositado são realizados em todos os corpos de prova na condição como soldado. Isso significa que a solda ou o metal de solda não fica sujeito a qualquer tipo de tratamento térmico. Corpos de prova de tração para todas as classificações de eletrodos exceto os de baixo hidrogênio (E7015, E7016, E7018, E7028 e E7048) são aquecidos na faixa de 95°C a 105°C por 48 horas antes do ensaio de tração. Isso não é considerado um tratamento térmico, pois simplesmente acelera a difusão do hidrogênio do metal de solda nos eletrodos do tipo celulósico ou rutílico.

Características individuais dos eletrodos revestidos E6010 e E7018Eletrodos E6010 Foram desenvolvidos para proporcionar uma atividade de soldagem e um metal de solda melhor. O revestimento é predominantemente uma pasta de celulose modificada com silicatos minerais, desoxidantes e silicato de sódio. A quantidade de revestimento é pequena, cerca de 10 a 12% em peso. Como a massa de celulose se queima durante a soldagem, a escória é mínima e de fácil remoção. O arco tem uma penetração profunda e, com manipulação adequada do arco, cordões de solda de boa qualidade podem ser depositados em todas as posições. Formulações especiais deles são empregadas na soldagem de dutos na progressão descendente. Eletrodos E7018 Os eletrodos de baixo hidrogênio foram desenvolvidos na década de 1940 para soldar aços temperáveis. Quando um aço temperável é soldado com qualquer eletrodo que contenha quantidades consideráveis de hidrogênio ocorre normalmente fissuração a frio. Essas trincas aparecem no metal de base bem abaixo do cordão de solda e paralelas a ele. O calcário e outros ingredientes que são baixos em umidade são empregados no revestimento, eliminando esse hidrogênio que induz à fissuração (trincas ou fissuração induzida pelo hidrogênio — hydrogen induced cracking — HIC). O eletrodo AWS-E7018 é a versão mais moderna do eletrodo de baixo hidrogênio, podendo ser soldado com CA e CC+. A adição de quantidades consideráveis de pó de ferro ao revestimento resulta num arco mais suave e com menos respingos. Esse moderno balanço de ingredientes do revestimento resulta numa grande melhoria na estabilidade do arco, na direção do arco e na facilidade de manuseio em todas as posições.

Parâmetros de soldagem A Tabela abaixo mostra parâmetros de soldagem e taxa de deposição para soldagem com eletrodos revestidos para aços.

Classe Diâmetro (mm) Corrente (A) Valor ótimo (A) Taxa deposição(kg/h)

Eficiência deposição(%)

E6010

2,53,24,05,0

60 – 8080 – 14090 – 180120 – 250

75100 / 130140 / 170160 / 190

0,70,9 / 1,01,3 / 1,31,5 / 1,6

7276 / 6974 / 6475 / 70

E6011

2,53,24,05,0

40 – 7560 – 12580 – 180120 – 230

75120150180

0,61,01,71,9

61717773

E6013

2,02,53,24,05,0

50 – 7060 – 10080 – 150105 – 205155 – 300

5085125

140 / 160 / 180180 / 200 / 220

0,60,71,0

1,2 / 1,4 / 1,61,5 / 1,7 / 1,9

737373

76 / 74 / 7174 / 71 / 73

E7024

3,24,05,06,0

130 – 170140 – 230210 – 350270 – 430

140 / 180180 / 210 / 240245 / 270 / 290

320 / 360

1,9 / 2,32,4 / 2,9 / 3,33,4 / 3,8 / 4,1

4,3 / 5,3

72 / 7171 / 73 / 6969 / 71 / 68

72 / 69E7018E7018

E7018-1E7018-1

2,53,24,05,0

65 – 105100 – 150130 – 200185 – 270

90120 / 140140 / 170200 / 250

0,81,2 / 1,21,4 / 1,72,2 / 2,4

6672 / 7175 / 7476 / 75

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Sistemas de escórias básicas e ácidas O tipo de escória produzida pelos eletrodos revestidos tem um efeito determinante na qualidade do metal de solda. Os eletrodos celulósicos e rutílicos produzem escórias predominantemente formadas por dióxido de silício (areia, sílica, SiO2) e apresentam um comportamento ácido. Sistemas ácidos de escória não refinam o metal de solda. Por outro lado, a escória dos eletrodos de baixo hidrogênio é constituída principalmente de cal e fluorita, dois compostos que apresentam comportamento básico. Escórias básicas realizam algum refino do metal de solda, resultando num teor mais baixo de inclusões não metálicas.

- Especificação AWS A5.5 para eletrodos de aço baixa liga

Aços de baixa liga Aços de baixa liga são aqueles que possuem pequenas quantidades de elementos de liga adicionados com objetivos específicos, ou seja, aumentar a resistência mecânica, a tenacidade, a resistência à corrosão, a resistência à carepa, ou alterar a resposta ao tratamento térmico. Muitos aços são projetados para desenvolver suas propriedades específicas, tais como alta resistência ou tenacidade, na condição laminados a quente e sob condições de resfriamento controladas, dispensando tratamentos térmicos subseqüentes. Outras composições de aços de baixa liga são projetadas para atingir suas propriedades específicas após os tratamentos térmicos como, por exemplo, aços que sofrem têmpera e revenimento para atingirem alta resistência com boa tenacidade. Os eletrodos revestidos para a soldagem de aços de baixa liga são desenvolvidos, na maioria dos casos, mais para combinar as propriedades mecânicas que a composição química exata do aço. Exceções a essa regra são os eletrodos ao cromo-molibdênio (Cr-Mo), que precisam conter aproximadamente os mesmos teores de elementos de liga do metal de base para atingir as propriedades deste.

Efeito dos elementos de liga__ Molibdênio (Mo) - quando o metal de solda de aço doce sofre alívio de tensões, a tensão limite de escoamento é reduzida em aproximadamente 20 MPa ou mais e da mesma forma para a tensão limite de resistência. Quando 0,5% Mo é adicionado à solda, o limite de escoamento e o limite de resistência não sofrem alterações quando a solda sofre tratamento térmico de alívio de tensões. A presença do molibdênio também aumenta a resistência mecânica do metal de solda.__ Cromo (Cr) - quando o cromo é adicionado ao metal de solda, aumentam a resistência à corrosão e à formação de carepa a temperaturas altas. A combinação do cromo e do molibdênio dá ao metal de solda a característica de manter os altos níveis de resistência a temperaturas relativamente altas.__ Níquel (Ni) - o metal de solda de aço doce usualmente torna-se frágil a temperaturas abaixo de -30°C. A adição de 1a 3% de níquel ao metal de solda dá a este a capacidade de manter a tenacidade a temperaturas consideravelmente mais baixas. A presença do níquel também torna o metal de solda mais resistente à fissuração à temperatura ambiente.__ Manganês (Mn) - a presença de 1,5 a 2,0% de manganês no metal de solda aumenta a resistência à tração e, quando é adicionado também 0,3% de molibdênio, o metal de solda de alta resistência torna-se também resistente a trincas.

Conseqüências do hidrogênio no aço de baixa liga Embora sejam necessários cuidados e precauções especiais na soldagem dos aços de baixa liga, é possível nos dias atuais soldá-los com alto grau de confiabilidade. Porém, não foi sempre assim. Durante a II Guerra Mundial, quando houve um aumento dramático no uso de aços de alta resistência e baixa liga, houve também um correspondente aumento nos defeitos de soldagem. Percebeu-se rapidamente que os aços temperáveis não poderiam ser soldados da mesma maneira e com os mesmos eletrodos que eram comumente empregados na soldagem dos aços carbono de baixa

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resistência. Foi descoberto que o hidrogênio aprisionado era o responsável pelos defeitos de solda causando o que chamamos de fragilização pelo hidrogênio. Quando compostos que contém hidrogênio como água, minerais, ou produtos químicos estão presentes no revestimento do eletrodo, o hidrogênio quimicamente ligado se dissocia em hidrogênio atômico sob a ação do calor do arco. O metal de solda fundido tem a capacidade de dissolver o hidrogênio atômico. No entanto, logo que o metal de solda se solidifica, perde sua capacidade de manter o hidrogênio em solução, e este é expelido para a atmosfera ou se difunde através da região de soldagem pelos vazios existentes na estrutura cristalina. Os átomos de hidrogênio podem se mover para fora da região do metal de solda e atingir a zona termicamente afetada, que é uma área da maior importância na soldagem, especialmente nos aços de alta resistência. A zona termicamente afetada (ZTA) é a região da solda que não se fundiu durante a soldagem, porém sofreu mudanças microestruturais resultantes do calor induzido pela soldagem. Essa região pode se tornar um elo fraco em uma junta soldada que, em condições normais, seria suficientemente resistente. Primeiramente, a estrutura granular da (ZTA) não é tão refinada e, portanto, é mais fraca que o metal de base circunvizinho ou que o metal de solda com estrutura bruta de fusão. Em segundo lugar, se a ZTA se resfriar muito rapidamente em determinados aços, forma-se uma estrutura cristalina frágil e dura conhecida como martensita. Quando dois átomos de hidrogênio se encontram há uma união imediata entre eles para formar o hidrogênio molecular (H2, estado gasoso). As moléculas de hidrogênio resultantes são maiores que os interstícios existentes na estrutura cristalina do metal e podem ficar impedidas de migrarem livremente. À medida que mais e mais átomos de hidrogênio se encontram e formam moléculas que permanecem aprisionadas, desenvolvem-se enormes pressões internas. Os aços carbono e os de mais baixa resistência possuem plasticidade suficiente para acomodar as tensões internas resultantes da pressão do hidrogênio de forma que não causem trincas no aço. Por outro lado, aços que possuam alta dureza e alta resistência não apresentam plasticidade suficiente para acomodar a pressão, e se houver muito hidrogênio pode ocorrer fissuração.

O defeito

causado, conhecido como fissuração a frio inicia-se na ZTA, tornando-se particularmente perigoso porque a trinca não fica imediatamente aparente a olho nu. Ela ocorre depois que o metal resfriou de 200C até a temperatura ambiente, e é muitas vezes chamada de trinca a frio. Esse defeito pode ocorrer logo após o resfriamento até a temperatura ambiente ou pode levar muitas horas antes que aconteça.

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Pré-aquecimento Aços que são fortemente temperáveis por meio de um resfriamento rápido da zona termicamente afetada necessitam de controles de temperatura de pré-aquecimento e interpasses. Quando o pré-aquecimentoé aplicado no aço, a taxa de resfriamento diminui. Manter a temperatura constante entre os passes de solda também ajuda no controle da taxa de resfriamento. Taxas de resfriamento menores evitam que o aço sofra excessivo endurecimento e, portanto, minimiza a chance de ocorrer fissuração sob cordão. Quando essa técnica é combinada com o uso de eletrodos revestidos de baixo hidrogênio, pode-se esperar um alto grau de confiabilidade das soldas.

A fabricação de eletrodos de baixo hidrogênio O revestimento de baixo hidrogênio é formulado com ingredientes que não possuem hidrogênio em sua composição química. Isso é principalmente alcançado pela eliminação de compostos orgânicos e químicos com alto teor de umidade. Adicionalmente à eliminação do hidrogênio na fórmula do revestimento, o processo de fabricação prevê um ciclo de secagem a alta temperatura. Depois da extrusão do revestimento na alma, da mesma forma que na fabricação de eletrodos revestidos para aços carbono, os eletrodos de baixo hidrogênio são colocados num forno de secagem a baixa temperatura (de 150°C a 200°C), e então ressecados num forno separado de alta temperatura (de 420°C a 480°C) por um determinado período. Esse procedimento praticamente elimina toda a umidade e, para prevenir contra a reabsorção da umidade naturalmente presente na atmosfera, os eletrodos são imediatamente embalados em latas após a ressecagem a alta temperatura.

Com poucas exceções, os eletrodos de baixa liga são feitos adicionando-se ao revestimento os elementos de liga apropriados, e não empregando uma alma de aço ligado que seja compatível com o metal de base de baixa liga. As designações alfanuméricas empregadas para as classificações de eletrodos revestidos de baixa liga possuem o mesmo significado dos eletrodos para aços carbono, exceto que os componentes principais da liga são indicados por um sufixo alfanumérico mostrado na tabela a seguir:

A1 0,5% MoB1 0,5% Cr e 0,5% MoB2 1,25% Cr e 0,5% MoB2L 1,25% Cr, 0,5% Mo e 0,05% C máximo B3 2,25% Cr e 0,5% MoB3L 2,25% Cr, 0,5% Mo e 0,05% C máximo B4L 2,0 % Cr, 0,5% Mo e 0,05% C máximo B5 0,5% Cr e 1,1% MoC3 1,0% NiC1 2,0% NiC2 3,0% NiD1 1,5% Mn e 0,3% MoD2 1,75% Mn e 0,3% MoM Conforme as composições cobertas pelas especificações militares

GNecessita de um teor mínimo de qualquer um dos seguintes elementos: 1,0% Mn, 0,8% Si, 0,5% Ni, 0,3% Cr ou 0,2% Mo

Designações nominais de liga para a especificação AWS A5.5

Exemplo:

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AWS E-9018-B2 - Básico, solda em todas as posições, resistência à tração de 90000 Ksi, possui pouco ou nenhum elemento gerador de hidrogênio no arco, possui 1,25% Cr e 0,5% Mo no metal depositado.

Propriedades mecânicas Tendo em vista que muitos aços de baixa liga necessitam de algum tipo de tratamento térmico para aliviar as tensões internas originadas pelo processo de soldagem, a especificação AWS requer a realização de alguns testes no metal de solda depositado da maioria dos eletrodos de baixa liga após o corpo de prova ter sofrido alívio de tensões. Essa especificação permite apenas aos eletrodos dos tipos E8016-C3, E8018-C3, E9018-M, E11018-M e E12018-M serem testados na condição como soldados durante o processo de classificação.Propriedades de impacto Como muitos dos aços de baixa liga são desenvolvidos para serviço a baixa temperatura, as propriedades de impacto do metal de solda selecionado para unir esses aços são muito importantes. Exceto para os tipos já mencionados no item anterior, todos os ensaios de impacto são realizados em corpos de prova que tenham sofrido alívio de tensões. A tabela abaixo mostra os requisitos mínimos de energia para os corpos de prova Charpy V.

COMO SOLDADO

REQUISITO MÉDIO MÍNIMO

ALÍVIO DE TENSÕES

E7018-W127 J a -18C

-E7018-W2 -E7010-P1

27 J a -29C-

E8010-P1 -E8016-C3

27 J a -40C-

E8018-C3 -E7018-C3L

27 J a -51C

E8016-D3E8016-C4 E8018-D1E8018-Cr E8018-D3E9018-M E9015-D1

E10018-M E9018-D1E11018-M E9018-D3E12018-M E10015-D2

- E10016-D2

- E10018-D2

-27 J a -59C

E8016-C1

- E8018-C1

-

27 J a -73C

E7015-C1L

- E7016-C1L

- E7018-C1L

- E8016-C2

- E8018-C2

-27 J a -101C

E7015-C2L

- E7016-C2L

- E7018-C2L

- 27 J a -115C E9015-C5L

Parâmetros de soldagemA Tabela a seguir mostra os parâmetros de soldagem recomendados para a soldagem com eletrodos revestidos para aços de baixa liga e suas respectivas taxas de deposição e eficiências de deposição.

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ClasseDiâmetro

(mm)Corrente

(A)Valor ótimo

(A)Taxa deposição

(kg/h)Eficiência deposição

(%)E7010-G

3,24,05,0

80 – 14090 – 180

120 – 250

100 / 130140 / 170160 / 190

0,9 / 1,01,3 / 1,31,5 / 1,6

76 / 6974 / 6475 / 70

E8010-GE9010-GE7010-A1E7018

2,53,24,05,0

65 – 105100 – 150130 – 200185 – 270

90120 / 140140 / 170200 / 250

0,81,2 / 1,21,4 / 1,72,2 / 2,4

6672 / 7175 / 7476 / 75

E8018E7018E9018E11018E8018E9018E9018 3,2 100 – 150 120 / 140 1,2 / 1,2 72 / 71E10018 4,0 130 – 200 140 / 170 1,4 / 1,7 75 / 74E9018 5,0 185 – 270 200 / 250 2,2 / 2,4 76 / 75

E12018-G2,5 65 – 105 90 0,8 663,2 100 – 150 120 / 140 1,2 / 1,2 72 / 714,0 130 – 200 140 / 170 1,4 / 1,7 75 / 74

Aços inoxidáveisCaracterísticas dos aços inoxidáveis Para tornar o ferro inoxidável, ele é ligado ao cromo, com um teor mínimo de 12%. A maioria dos aços inoxidáveis contém de 16% a 20% de cromo. Uns poucos graus especiais contêm até cerca de 35% de cromo, porém teores de cromo acima de 30% são incomuns. Quanto maior o teor de cromo, maior a resistência à corrosão. O cromo também aumenta a resistência ao calor, principalmente a resistência à formação de carepa. Um alto teor de cromo resulta numa alta temperatura de formação de carepa. O níquel aumenta a conformabilidade, a soldabilidade e a resistência à corrosão. Designação A designação dos teores de cromo, de níquel e de molibdênio é geralmente feita com um ponto ou uma barra entre os dígitos percentuais. Exemplo: 19/12/3 significa que um aço ou material de cordão contém 19% de cromo, 12% de níquel e 3% de molibdênio.Agrupamento dos aços inoxidáveis Os aços inoxidáveis podem ser agrupados com relação à:-composição;-microestruturaAços inoxidáveis ao cromo Os aços inoxidáveis ao cromo são ferro-magnéticos.Sua microestrutura pode ser:-martensítica-ferrítica ou-ferrítico-martensíticaAços inoxidáveis martensíticos ao cromo Esses aços contêm de 12 a 20% de cromo e 0,15% de carbono. Eles são fortemente temperáveis.Exemplos:Cr = 12 - 14% C = 0,18 - 0,25%Cr = 17% Ni = 2% C = 0,17 - 0,25%Aços inoxidáveis ao cromo com teor de carbono maior do que 0,25% não devem ser soldados.Aços inoxidáveis ferríticos ao cromo Esses aços não são temperáveis. Eles contêm normalmente:13-14% de cromo e 0,08% de carbono ou 16-18% de cromo e 0,10% de carbono ou 24-28% de cromo e 0,25% de carbono Aços inoxidáveis ferríticos não são sensíveis à corrosão sob tensão.Aços inoxidáveis ferrítico-martensíticos ao cromo Esses aços contêm 12-14% de cromo e de 0,09-0,15% de carbono. Em algumas especificações esses aços são classificados como martensíticos. Pág. 20

Soldabilidade Os aços inoxidáveis ao cromo possuem soldabilidade limitada e requerem maior atenção e cuidado com seu comportamento quando se busca uma junta de qualidade satisfatória. A temperabilidade dos aços com cromo na faixa 12-14% aumenta rapidamente na mesma razão que o teor de carbono. Um aumento no carbono de 0,01% na faixa 0,05-0,15% aumenta a dureza do aço em até 10-12 HB.

Eletrodos de aço inoxidável

Tipos de revestimento – propriedades – nomenclatura Eletrodos inoxidáveis podem ter tipos diferentes de revestimento: básico, rutílico ou um tipo misto rutílico-básico. As diferenças entre eletrodos básicos inoxidáveis e eletrodos rutílicos inoxidáveis não são as mesmas se comparadas com eletrodos de aço carbono básico e rutílico. Veja a seguir.

TABELA: Diferenças entre eletrodos revestidos para aços inoxidáveis e aços carbono

ELETRODOS RUTÍLICOSAço inoxidável Alta qualidade do metal de solda; sensível à umidadeAço carbono Alta qualidade do metal de solda; menos sensível à umidade do que os eletrodos básicos

ELETRODOS BÁSICOSAço inoxidável Altíssima qualidade do metal de solda; menos sensível à umidade do que os eletrodos rutílicos

inoxidáveisAço carbono Sensível à umidade; alta qualidade do metal de solda.

Eletrodos inoxidáveis sintéticos – alta taxa de deposição Eletrodos inoxidáveis sintéticos possuem a alma do eletrodo de aço carbono e os elementos de liga no revestimento. Pelo fato de a condutividade da alma de aço carbono ser mais elevada do que a de aço inoxidável, os eletrodos inoxidáveis sintéticos podem ser soldados com corrente mais elevada, resultando em uma taxa de deposição maior. Os eletrodos inoxidáveis sintéticos são os mais recomendados para soldagem nas posições plana e horizontal, onde é possível utilizar elevadas intensidades de corrente. Em função da espessura maior do revestimento desses eletrodos, tem-se uma poça de fusão maior, o que limita sua soldagem fora das posições plana e horizontal.

- Especificação AWS A5.5 para eletrodos de aço inoxidável

Sufixo 15: Os eletrodos podem ser utilizados apenas com corrente contínua com o eletrodo no pólo positivo. Eletrodos de diâmetros de 5/32”(4.0 mm) e menores podem ser utilizados em todas as posições de soldagem.

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Exemplos: AWS-E-308L – 15 AWS-E-309H – 15 AWS-E-316 Mo – 16Onde:L= Low carbon (baixo carbono)H= high carbon (alto carbono)

AWS E XXXYy - 1Z

Eletrodo para soldagem ao arco elétrico Conjunto de três números que designam o grau do metal depositado

Estas letras indicam a presença de elmento químico adicional.Exemplo: V (vanádio), Cr (Cromo)Pode também ser a letra L que indica Cmáx = 0,04%

Número que indica tipo de revestimento e corrente5 = Básico e CC6 = Rutílico e CC/CA7 = Rutílico com Sílica e CC/CA

Sufixo 16: O revestimento destes eletrodos geralmente contém elementos que se ionizam rapidamente, tais como o potássio, para estabilizar o arco e possibilitar a soldagem com corrente alternada. Eletrodos de diâmetro 5/32”(4.0 mm) e menores podem ser utilizados em todas as posições de soldagem. Sufixo 17: O revestimento destes eletrodos é uma modificação do revestimento do “sufixo16”, na qual uma quantidade considerável de sílica substitui uma parte do rutilo. A escória dos eletrodos do tipo “-17” resfria mais lentamente.

Ferrita em metal de solda inoxidável austenítico: vantagem ou desvantagem

A maioria dos aços inoxidáveis é monofásica, constituída por ferrita, austenita ou martensita. Por outro lado, a maioria dos metais de solda não é monofásica. Eletrodos para aços inoxidáveis 19Cr9Ni (AISI 304) e 18Cr12Ni2,5Mo (AISI 316) podem depositar um metal de solda contendo até cerca de 12% de ferrita, apesar de esse teor normalmente variar entre 2% e 8%.

A ferrita num metal de solda austenítico:

-aumenta a tensão limite de escoamento;-aumenta a resistência à tração em menor proporção do que o limite de escoamento;-aumenta a resistência à fadiga;-aumenta a segurança contra trincas de solidificação, principalmente no tipo E347;-reduz a sensibilidade à corrosão sob tensão;-aumenta o risco de corrosão localizada, principalmente em meio corrosivo fortemente oxidante, tal como ácido nítrico a quente.

A maioria dos eletrodos inoxidáveis austeníticos resulta num teor de ferrita de 3-8%.

Influência do teor de carbono na resistência à corrosão

Um baixo teor de carbono é importante para uma boa resistência à corrosão de um depósito de solda inoxidável. A maioria das especificações para os aços inoxidáveis de melhor qualidade estabelece um teor de carbono máximo de 0,030%.

Armazenagem de eletrodos inoxidáveis em embalagens abertas Todos os tipos de eletrodos inoxidáveis têm que ser cuidadosamente protegidos contra a umidade, principalmente após a abertura do pacote. Em climas úmidos os eletrodos devem ser preferencialmente retirados dos pacotes de plástico e armazenados em uma estufa elétrica na faixa de temperatura 125 a150°C. As embalagens abertas contendo eletrodos secos podem ser estocadas em estufas elétricas na faixa de temperatura 70-80°C. Nota:Eletrodos que absorveram umidade nunca devem ser colocados em uma estufa de manutenção, já que eletrodos úmidos podem liberar umidade para outros eletrodos já secos na estufa.

Ressecagem de eletrodos inoxidáveis A Tabela abaixo mostra a faixa usual de temperatura efetiva e o período de tempo recomendado para a ressecagem de eletrodos revestidos inoxidáveis

Tipo de eletrodo Temperatura dos eletrodos (°C) Permanência à temperatura (h)Inoxidáveis rutílicos 275 ± 25 1,5 ± 0,5Inoxidáveis básicos 225 ± 25 1,5 ± 0,5

Manutenção de eletrodos inoxidáveis

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A Tabela abaixo apresenta a faixa de temperatura usual na estufa de manutenção e na estufa portátil (cochicho) recomendadas para os eletrodos revestidos inoxidáveis.

Temperatura na estufa de manutenção (°C) Temperatura no cochicho (°C)110 ± 10 110 ± 10

Corrente alternada (CA) ou corrente contínua (CC) A maioria das soldas em aços inoxidáveis é executada com corrente contínua (CC), provavelmente devido à possibilidade de um melhor ajuste de fontes de energia em CC. Além do mais, os eletrodos inoxidáveis de formulação antiga apresentavam melhor desempenho e geravam menos respingos com CC do que com CA. Atualmente, a maioria dos eletrodos de aço inoxidável rutílico permite o uso de CA.

Faixas de corrente recomendadas para eletrodos inoxidáveis A Tabela abaixo exibe a faixa de corrente de trabalho recomendada para os diversos tipos de eletrodos inoxidáveis.

Eletrodo Diâmetro (mm) Corrente (A)

Alma ligada

1,6 35 – 502,0 45 – 652,5 60 – 903,2 80 – 1254,0 100 – 1755,0 150 – 240

Sintético3,2 100 – 1854,0 150 – 2205,0 180 – 320

7.1.1.4- Comentários sobre a corrente de soldagem

Para a soldagem vertical e sobre-cabeça, a corrente de soldagem deve ser inferior à usada na posição plana, situando-se na porção inferior da faixa de corrente recomendada pelo fabricante. A corrente de soldagem deve ser escolhida de modo a se conseguir uma fusão e penetração adequadas da junta sem, contudo, tornar difícil o controle da poça de fusão. Uma maior corrente de soldagem aumenta a taxa de fusão do eletrodo, o volume da poça de fusão, a penetração e a largura do cordão.O tipo de corrente e a sua polaridade afetam a forma e as dimensões da poça de fusão, a estabilidade do arco e o modo de transferência de metal de adição. Em geral, a soldagem manual com polaridade inversa produz uma maior penetração enquanto que, com polaridade direta a penetração é menor, mas a taxa de fusão é maior. Com corrente alternada, a penetração e a taxa de fusão tendem a ser intermediárias, mas a estabilidade do processo pode ser inferior. Por outro lado, a soldagem com CA apresenta menos problemas de sopro magnético, sendo melhor para a soldagem com eletrodos e correntes maiores. Deve-se lembrar, também, que nem todo tipo de eletrodo permite o uso de diferentes tipos de corrente e polaridade.

POLARIDADE INVERSA POLARIDADE DIRETA CORRENTE ALTERNADA

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7.1.1.5 - Descontinuidades em juntas soldadas

- Abertura de ArcoImperfeição local na superfície do metal de base resultante da abertura do arco elétrico.

- Ângulo Excessivo de ReforçoÂngulo excessivo entre o plano da superfície do metal de base e o plano tangente ao reforçode solda, traçado a partir da margem da solda.

- Cavidade AlongadaVazio não arredondado com a maior dimensão paralela ao eixo da solda podendo estarLocalizado na solda ( a ) ou na raíz da solda ( b ).

- ConcavidadeReentrância na raiz da solda, podendo ser central ( a ) ou lateral ( b ).

- Concavidade Excessiva

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Solda em ângulo com a face excessivamente côncava.

- Convexidade ExcessivaSolda em ângulo com a face excessivamente convexa.

- Deformação AngularDistorção angular da junta soldada em relação à configuração de projeto, exceto para junta soldada de topo.

- Deposição InsuficienteInsuficiência de metal na face da solda.

- DesalinhamentoJunta soldada de topo, cujas superfícies das peças, embora paralelas, apresentam-sedesalinhadas, excedendo à configuração de projeto.

- EmbicamentoDeformação angular de junta soldada de topo.

- Falta de FusãoFusão incompleta entre a zona fundida e o metal de base ou entre passes da zona fundida,podendo estar localizada na zona de ligação ( a ), entre passes ( b ) ou na raíz da solda ( c ) e ( d )

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- Falta de PenetraçãoInsuficiência de metal na raiz da solda.

- Inclusão de EscóriaMaterial não metálico retido na zona fundida, podendo ser alinhada, isolada ou agrupada.

- MordeduraDepressão sob a forma de entalhe, no metal de base acompanhando a margem da solda

- Mordedura na RaizMordedura localizada na margem da raiz da solda.

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- Penetração ExcessivaMetal da zona fundida em excesso na raiz da solda.

- PorosidadeConjunto de poros distribuídos de maneira uniforme, entretanto não alinhado.

- Porosidade AgrupadaConjunto de poros agrupados.

- Porosidade AlinhadaConjunto de poros dispostos em linha, segundo uma direção paralela ao eixo longitudinal da solda.

- Porosidade VermiformeConjunto de poros alongados ou em forma de espinha de peixe situados na zona fundida.

- Rechupe de CrateraFalta de metal resultante da contração da zona fundida, localizada na cratera do cordão desolda.

- Reforço ExcessivoExcesso de metal da zona fundida, localizado na face da solda.

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-TrincaDescontinuidade bidimensional produzida pela ruptura local do material.

- Trinca de CrateraTrinca localizada na cratera do cordão de solda, podendo ser longitudinal ( a ), transversal ( b ) ou em estrela ( c )

7.1.2 - Soldagem a arco TIG ( Tungsten Inert Gas ) ou GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)

A idéia de se usar um eletrodo não consumível de tungstênio com proteção de gás inerte para soldagem surgiu por volta de 1920. Contudo a primeira patente só foi publicada em 1930. Como o argônio e o hélio eram caros na época, só a partir dos anos 40, devido a pressão da segunda guerra mundial, desenvolveu-se um equipamento para soldagem do alumínio e magnésio e suas ligas. Atualmente o TIG é um dos melhores processos existentes, que podem soldar todos os metais industriais e dar a melhor qualidade de solda entre todos os processos de soldagem à arco. A soldagem GTAW ou TIG obtém a união de materiais metálicos pelo seu aquecimento e fusão localizados através de um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo de tungstênio não consumível e a peça de trabalho. A proteção do eletrodo e da poça de fusão contra a oxidação pelo ar é feita por um gás inerte, geralmente argônio, hélio ou uma mistura destes.

Região do arco na soldagem GTAW

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O equipamento básico utilizado na soldagem GTAW consiste de fonte de energia ( CC ou CA, dependendo do material a ser soldado ), cabos, tocha, eletrodo de tungstênio e fonte de gás de proteção com regulador de vazão. Um equipamento para facilitar a abertura do arco e, na soldagem com CA, a sua manutenção é, também, freqüentemente usado.Em alguns equipamentos existe um sistema de pedal para acionar e desligar o fornecimento de energia elétrica e de gás de proteção à tocha e, durante a soldagem, controlar o nível de corrente.

Esquema de equipamento para soldagem TIG Tocha TIG

Soldagem TIG Detalhe da tocha TIG O tungstênio é usado como eletrodo na soldagem TIG por possuir alto ponto de fusão, baixa resistência elétrica, boa condutibilidade térmica e facilidade para conduzir elétrons. O eletrodo não consumível utilizado para soldagem é constituído de Tungstênio puro ou ligado a diversos elementos químicos, pois a presença desses elementos de liga aumenta a capacidade de emissão de elétrons, além de permitir uma maior vida útil ao eletrodo. Os eletrodos de tungstênio puro (99,5%) são mais baratos e geralmente são usados em trabalhos menos críticos que os eletrodos de tungstênio com zircônio e tório. A classificação AWS A 5.12-92 apresenta os valores máximos de cada elemento químico:

Classe AWS W (%) CeO2 (%) La2O3 (%) ThO2 (%) ZrO2 (%) Outros (% máx) Cor da pontaEWP 99,5 - - - - 0,5 VerdeEWCe-2 97,5 1,8 a 2,2 - - - 0,5 LaranjaEWLa-1 98,3 - 0,9 a 1,2 - - 0,5 PretaEWTh-1 98,5 - - 0,8 a 1,2 - 0,5 AmarelaEWTh-2 97,5 - - 1,7 a 2,2 - 0,5 VermelhaEWZr-1 99,1 - - - 0,15 a 0,4 0,5 MarromEWG 94,5 - - - - 0,5 Cinza

O eletrodo serve apenas como ponto focal para o direcionamento do arco, sendo que para não haver fusão do mesmo na temperatura do arco, utiliza-se o Tungstênio, que possui ponto de fusão de 3370 ºC; sua ponta deve ser convenientemente preparada para minimizar o diâmetro do arco conforme esquema abaixo. Preparação da ponta do eletrodo de Tungstênio

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D L L = 2 x DEx: D = 1,6 mmL = 2 x 1,6 = 3,2 mm

A soldagem TIG pode utilizar ou não metal de adição, que, quando utilizado, é adicionado diretamente na poça de fusão. É um processo adequado para soldagem de peças de pouca espessura,O arco elétrico TIG é bastante estável, suave, produz soldas com boa aparência e acabamento, não produz escória, gera poucos respingos, pouca fumaça, pequena Z.T.A., poucas deformações e pode ser utilizado em todas as posições. É um processo que requer muita habilidade do soldador, uma limpeza perfeita dos metais a serem soldados, além de emitir grande quantidade de radiação ultravioleta. Estas radiações queimam rapidamente as partes da pele expostas, bem como as vistas e ainda tem capacidade de decompor solventes armazenados nas imediações, liberando gases bastante tóxicos; as radiações facilitam a geração de O3 nas proximidades. Pode-se soldar aços carbono, inoxidáveis, alumínio, magnésio, titânio, cobre, zircônio e outros metais de difícil soldagem, nas espessuras de 0,5 a 50 mm. A tocha têm como função suportar o gás de proteção e fornecer o gás de proteção de forma apropriada. Podem ser refrigeradas pelo próprio gás de proteção ( até 150 A ) ou a água ( entre 150 A e 500 A ).

Solda GTAW resfriada à água, para soldagem manual.

Nos processos de soldagem da maioria dos materiais procura-se ligar o eletrodo em CC polaridade direta pois o calor gerado em sua extremidade é menor, comparadamente à polaridade inversa. Na soldagem do Alumínio no entanto, muitas vezes utiliza-se a polaridade inversa, mesmo com o risco de fusão do eletrodo, pois para quebrar a camada de óxido de alumínio, de alto ponto de fusão, é necessário que o fluxo de elétrons saia do Alumínio para o eletrodo ( fenômeno que recebe o nome de dispersão); melhor que utilizar CC em Alumínio é optar pelo uso de corrente alternada, que quebra a camada de óxido e não aquece em demasia a ponta do eletrodo. Os consumíveis são os gases de proteção e as varetas. O eletrodo de tungstênio não é consumível, mas sofre desgaste e necessita ser substituído periodicamente. Os gases de proteção usados na soldagem TIG são inertes, principalmente o argônio, o hélio e misturas destes.

7.1.2.1- Características da soldagem GTAW relacionadas com o tipo e polaridade da corrente

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Gases de proteçãoOs gases de proteção mais utilizados são o Argônio e o Hélio, ou uma mistura de ambos. O Argônio é o gás mais utilizado, principalmente devido ao menor custo e maior disponibilidade, mas possui outras vantagens: Arco mais suave e estável, sem turbulências; menor voltagem do arco, para um dado comprimento do arco; menor vazão de gás para uma boa proteção; facilita a abertura do arco (mais ionizável); resiste mais às correntes de ar. O Hélio é utilizado para soldagem de materiais mais espessos, pois produz mais calor; por ter a densidade menor que a do ar, é utilizado para soldagens sobre cabeça; promove maior penetração do cordão; possui custo mais elevado que o Argônio. Em alguns casos de soldagem são utilizadas misturas especiais, contendo H2 (aços inoxidáveis) ou N2 (soldagem de cobre e suas ligas). Como se pode utilizar todas as formas de corrente para soldagem TIG, normalmente se utiliza um transformador/retificador que pode fornecer tanto CC como CA. Tratam-se de máquinas especialmente desenvolvidas para soldagem TIG e que incorporam as unidades de controle de fluxo de gás protetor e de geração de corrente de alta freqüência. No mercado estão surgindoequipamentos para soldagem automática de tubos, recebendo o processo a denominação de TIG ORBITAL (pelo fato de realizar o cordão de solda automaticamente em 360º). Recentemente desenvolveram-se equipamentos ainda mais específicos que incorporam uma unidade de programação e que fornece CC pulsada com freqüência na faixa de 1 a 10 Hz; tal equipamento é normalmente utilizado em aplicações automatizadas.

Ciclo da corrente de solda TIG pulsada

As varetas ou arames de metal de adição para TIG tem basicamente a mesma composição química dos materiais base; nenhuma reação química é esperada que ocorra na poça de fusão. Nas aplicações automáticas pode se utilizar o processo adicional HOT-WIRE, com pré-aquecimento do arame eletrodo. As varetas são utilizadas para os processos manuais, enquanto para os processos de alimentação automática se utilizam rolos de arame, similares ao do MIG, porém sem a proteção superficial de cobre. As principais especificações de arames para soldagem TIG são:

MATERIAL NÚMERO DA ESPECIFICAÇÃOCobre A 5.7Aços inoxidáveis A 5.9Alumínio A 5.10Revestimento A 5.13Níquel A 5.14Titânio A 5.16Aço carbono e baixa liga A 5.18Magnésio A 5.19

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Tempo

Corr

ente

Tempo de ciclo

Tempo de pulso alto

Tempo de pulso baixo

Corrente de sold

a

Zircônio A 5.24

7.1.2.2 – Especificação AWS A5.18 A especificação AWS A5.18 prescreve os requerimentos para a classificação de eletrodos sólidos ou compostos ( arame tubular com núcleo metálico ) e varetas para os processos GTAW ( TIG ), GMAW ( MIG/MAG ) e PAW ( PLASMA ) na soldagem de aço carbono.

O sistema de classificação obrigatório é:

ER XXY – XER ( eletrodo na forma de arame ou vareta) ou E ( eletrodo composto );XX – designa o limite de ruptura no ensaio de tração em Ksi;Y – este dígito pode ser S ( para eletrodo sólido ) ou C ( para eletrodo composto )X – designa a faixa de composição química conforme mostrado nas tabelas abaixo.

Exemplos:AWS-ER-70S-3 e AWS-ER-70S-6

Tabela: Requisitos de composição química para arames e varetas de aço carbono

Classificação Porcentagem em pesoAWS A5.18 % C % Mn % Si % P % S % Ni % Cr % Mo % V % Cu

ER 70S-2 0,07 0,90 a 1,40 0,40 a 0,70 0,025 0,035 0,15 0,15 0,15 0,03 0,50ER 70S-3 0,06 a 0,15 0,90 a 1,40 0,45 a 0,70 0,025 0,035 0,15 0,15 0,15 0,03 0,50ER 70S-4 0,07 a 0,15 1,00 a 1,50 0,65 a 0,85 0,025 0,035 0,15 0,15 0,15 0,03 0,50ER 70S-5 0,07 a 0,19 0,90 a 1,40 0,30 a 0,60 0,025 0,035 0,15 0,15 0,15 0,03 0,50ER 70S-6 0,07 a 0,15 1,40 a 1,85 0,80 a 1,15 0,025 0,035 0,15 0,15 0,15 0,03 0,50ER 70S-7 0,07 a 0,15 1,50 a 2,00 0,50 a 0,80 0,025 0,035 0,15 0,15 0,15 0,03 0,50

7.1.2.3 – Especificação AWS A5.28 A especificação AWS A5.28 prescreve os requerimentos para a classificação de eletrodos sólidos ou compostos ( arame tubular com núcleo metálico ) e varetas para os processos GTAW ( TIG ), GMAW ( MIG/MAG ) e PAW ( PLASMA ) na soldagem de aços baixa liga. O sistema de classificação é o mesmo que para a AWS A5.18 ( aço carbono ), porém o dígito que designa a composição química agora segue as tabelas abaixo.

Tabela: Requisitos de composição química para arames e varetas de aço ligaClassificação Porcentagem em pesoAWS A5.28 % C % Mn % Si % P % S % Ni % Cr % Mo % V % Cu

Arames e varetas de aços liga Carbono-Molibdênio ER 70S-A1 0,12 1,30 0,30 a 0,70 0,025 0,025 0,20 - 0,40 a 0,65 - 0,35

Arames e varetas de aços liga Cromo-Molibdênio ER 80S-B2 0,07 a 0,12 0,40 a 0,70 0,40 a 0,70 0,025 0,025 0,20 1,20 a 1,50 0,40 a 0,65 - 0,35

ER 70S-B2L 0,05 0,40 a 0,70 0,40 a 0,70 0,025 0,025 0,025 1,20 a 1,50 0,40 a 0,65 - 0,35ER 90S-B3 0,07 a 0,12 0,40 a 0,70 0,40 a 0,70 0,025 0,025 0,025 2,30 a 2,70 0,90 a 1,20 - 0,35

ER 80S-B3L 0,05 0,40 a 0,70 0,40 a 0,70 0,025 0,025 0,025 2,30 a 2,70 0,90 a 1,20 - 0,35ER 80S-B6 0,10 0,40 a 0,70 0,50 0,025 0,025 0,60 4,50 a 6,00 0,45 a 0,65 - 0,35ER 80S-B8 0,10 0,40 a 0,70 0,50 0,025 0,025 0,50 8,00 a 10,50 0,80 a 1,20 - 0,35ER 90S-B9 0,07 a 0,13 1,20 0,15 a 0,30 0,025 0,010 0,80 8,00 a 10,50 0,85 a 1,20 0,15 a 0,30 0,20

Arames e varetas de aços liga Níquel ER 80S-Ni1 0,12 1,25 0,40 a 0,80 0,025 0,025 0,80 a 1,10 0,15 0,35 0,05 0,35ER 80S-Ni2 0,12 1,25 0,40 a 0,80 0,025 0,025 2,00 a 2,75 - - - 0,35ER 80S-Ni3 0,12 1,25 0,40 a 0,80 0,025 0,025 3,00 a 3,75 - - - 0,35

Arames e varetas de aços liga Manganês-Molibdênio ER 80S-D2 0,07 a 0,12 1,60 a 2,10 0,50 a 0,80 0,025 0,025 0,015 - 0,40 a 0,60 - 0,50

Exemplos:AWS-ER-90S-B3 - Para soldagem de aço Grau P22 ( 2 ¼ % Cr e 1 % Mo )

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AWS-ER-80S-B2 - Para soldagem de aço Grau P11 ( 1 ¼ % Cr e 1/2 % Mo )7.1.2.4 – Especificação AWS A5.9A especificação AWS A5.28 prescreve os requerimentos para a classificação de eletrodos sólidos ou compostos ( arame tubular com núcleo metálico ) e varetas para os processos GTAW ( TIG ), GMAW ( MIG/MAG ) e PAW ( PLASMA ) na soldagem de aços inoxidáveis. O teor de cromo mínimo é de 10,5 %.O sistema de classificação obrigatório é:

E Y XXX(X)E - Designa eletrodoY – Este dígito pode ser R ( eletrodo ou vareta), C ( eletrodo composto ) ou Q ( fita )XXX(X) – Refere-se à composição química do metal depositado, seguindo a mesma nomenclatura da norma AISI. Ver tabela a seguir:

Classificação Porcentagem em pesoAWS A5.9 % C % Cr % Ni % Mo % Si % Mn Nb

ER 308L 0,025 20 10 0,025 0,4 1,8ER 308LSi 0,025 20 10,5 0,025 0,9 1,8ER 347-4 0,03 19,5 9,5 0,025 0,4 1,3 > 12 x CER 316L 0 020 18,5 12,5 2,6 0,4 1,8

ER 316LSi 0 025 18,5 12,5 2,6 0,9 1,8ER 317L 0 025 19 3,5 3,6 0,4 1,8ER 309L 0 025 23,5 13,5 - 0,4 1,8

ER 309LSi 0 030 23,5 13,5 - 0,9 1,8ER 310 0,12 26 21 - 0,3 1,8ER 312 0,10 30,5 9 - 0,4 1,8

Exemplos:AWS-ER-308 – 20% Cr e 10% Ni. Usado para soldagem do inox AISI 304AWS-ER-316L – 19% Cr , 12,5% Ni e 2,5% Mo com teor de carbono máximo de 0,03%. Usado para soldagem do inox AISI 316

7.1.3 - Soldagem MIG/MAG (Gas Metal Arc Welding, GMAW)Na soldagem ao arco elétrico com gás de proteção (GMAW –Gas Metal Arc Welding), também conhecida como soldagem MIG/MAG (MIG – Metal Inert Gas e MAG – Metal Active Gas), um arcoelétrico é estabelecido entre a peça e um consumível na forma de arame. O arco funde continuamente o arame à medida que este é alimentado à poça de fusão. O metal de solda é protegido da atmosferapelo fluxo de um gás (ou mistura de gases) inerte ou ativo. A imagens abaixo mostram esse processo e uma parte da tocha de soldagem.

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Os gases mais usados são o argônio e o CO2 e, menos comumente, o hélio. Misturas de Ar-He,Ar-CO2, Ar-O2, Ar-CO2-O2 e outras, em diferentes proporções, são usadas comercialmente. Gases ou misturas de proteção completamente inertes tem, em geral, uso restrito para metais e ligas não ferrosas. Aços, particularmente aço carbono e de baixa liga são soldados com misturas contendo proporções diversas de O2 e de CO2. O processo de soldagem funciona com corrente contínua (CC), normalmente com o arame no pólo positivo. Essa configuração é conhecida como polaridade reversa. A polaridade direta é raramente utilizada por causa da transferência deficiente do metal fundido do arame de solda para a peça. O processo é utilizado principalmente no modo semi-automático, embora, mais recentemente, o seu uso no modo automático, através de robôs industriais tenha crescido muito. Como o trajeto do arco é realizado pelo soldador, somente três elementos principais são necessários:__ tocha de soldagem e acessórios;__ motor de alimentação do arame;__ fonte de energia. A figura a seguir mostra o modelo de um equipamento para a soldagem semi-automática com os componentes descritos abaixo:1. cabo de solda (negativo)2. refrigeração da tocha (água)3. gás de proteção4. gatilho da tocha5. água de refrigeração para a tocha6. conduíte do arame7. gás de proteção vindo do cilindro8. saída de água de refrigeração9. entrada de água de refrigeração10. entrada de 42 v (ca)11. cabo de solda (positivo)12. conexão para a fonte primária (220/380/440 v)

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A tocha guia o arame e o gás de proteção para a região de soldagem. Ela também leva a energia de soldagem até o arame.

Em comparação com a soldagem com eletrodos revestidos, a soldagem GMAW é relativamente mais simples quanto à sua técnica de execução pois a alimentação de metal de adição é feita pelo equipamento e a quantidade de escória gerada é mínima. Por outro lado, este processo é mais complicado em termos da seleção e ajuste de seus parâmetros devido ao seu maior número de variáveis e a forte inter-relação entre elas. São variáveis importantes do processo:• Diâmetro e composição do arame,• Tipo do gás de proteção,• Velocidade de alimentação do arame,• Vazão do gás de proteção,• Comprimento do eletrodo e distância da tocha à peça (figura 5),• Posicionamento da tocha em relação à peça,• Corrente de soldagem,• Tensão de soldagem,• Velocidade de soldagem,• Indutância (características dinâmicas) da fonte,• Técnica de manipulação.

A seleção incorreta destes parâmetros resulta em soldas insatisfatórias devido a problemas metalúrgicos e/ou operacionais como, por exemplo, instabilidade do arco, respingos, falta de fusão ou de penetração, porosidade, etc. Em particular, neste processo, o modo de transferência de metal ( ver figura acima ) é muito importante pois determina várias de suas características operacionais.A composição do arame depende do tipo de metal de base, das propriedades desejadas para a solda e, em menor grau, do tipo de gás de proteção. O diâmetro do arame é escolhido principalmente em função da espessura do metal de base, da posição de soldagem e de outros fatores que limitem o tamanho da poça de fusão ou o aporte de calor na solda. Para cada diâmetro e composição de arame,

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existe uma faixa de corrente adequada à sua utilização, isto é, para a qual a estabilidade do processo e as condições de formação do cordão de solda são satisfatórias. A corrente de soldagem controla fortemente a velocidade de fusão do arame. Além disso, a penetração, o reforço e a largura do cordão tendem a aumentar com a corrente quando as demais variáveis são mantidas constantes. A corrente de soldagem também afeta o modo de transferência do metal de adição, particularmente na soldagem com argônio ou com misturas Ar-CO2 (CO2 < 25%) e Ar-O2. De fato, neste caso, existe um valor de corrente acima do qual a transferência muda de globular para aerossol (corrente de transição). Este valor depende de fatores como:-Composição química do arame: Por exemplo, a corrente de transição de arames de aço é maior do a de alumínio;- Diâmetro do eletrodo: A corrente de transição aumenta com o diâmetro do eletrodo;- Polaridade: Na soldagem de aço com Ar-O2, existe uma corrente de transição quando o eletrodo é positivo (polaridade inversa), contudo, com eletrodo negativo (polaridade direta), a transferência aerossol não é observada.- Composição do gás de proteção: A transferência aerossol é observada na soldagem com misturas de proteção ricas em argônio.- Comprimento do eletrodo: Quando este aumenta, a corrente de transição tende a ser reduzida.

7.1.4 - Soldagem com Arame Tubular ( FCAW – Flux Cored Arc Welding ) Data da década de 30 o início da utilização de proteção gasosa nas operações de soldagem, para resolver problemas da contaminação atmosférica nas soldas de materiais reativos ( alumínio, titânio e ligas de magnésio), tendo dado origem ao processo TIG (Tungsten Inert Gas). Utilizando o mesmo princípio de funcionamento do TIG, ou seja um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo e a peça, envolto por uma atmosfera protetora de gás inerte, surge em 1948 o processo MIG, o qual difere do anterior por utilizar um eletrodo consumível de alimentação contínua. Inicialmente utilizado para ligas altamente reativas, pois a utilização de gases inertes tornava seu custo elevado para utilização em aços carbono e baixa liga. Quando da introdução do CO2 como gás de proteção revelou-se um processo bem aceito para soldagem de aço carbono e baixa liga, uma vez que barateou o custo do processo. No início apenas arame sólido era utilizado. Por volta dos anos 50 foi introduzido o uso de Arame Tubular com proteção gasosa e na década de 60 o arame auto-protegido. A utilização de Arame Tubular deu uma alta qualidade ao metal de solda depositado, excelente aparência ao cordão de solda, boas características de arco, além de diminuir o número de respingos e possibilidade de solda em todas as posições.O processo de soldagem por Arame Tubular tem duas variantes, podendo ser protegido por gás ( inerte, ativo ou mistura destes ) ou auto-protegido, sem a utilização de gases de proteção.

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Atualmente a utilização de arames tubulares auto-protegidos tem tido grande interesse em conseqüência da sua versatilidade e possibilidade de aplicação em ambientes sujeitos a intempéries como, na fabricação de plataformas de prospecção de petróleo, estaleiros navais e locais de difícil acesso.É um processo semelhante ao processo MIG/MAG, diferindo deste pelo fato de possuir um Arame no formato tubular, que possui no seu interior um fluxo composto por materiais inorgânicos e metálicos que possuem várias funções, entre as quais a melhoria das características do arco elétrico, transferência do metal de solda, proteção do banho de fusão, formador de escória. e em alguns casos a adição de elementos de liga. A figura abaixo mostra um esquema de soldagem por arame tubular auto-protegido.

A matéria prima empregada para a fabricação dos arames tubulares constitui-se de uma fita metálica enrolada na forma de uma bobina e de um pó com formulações específicas, denominado fluxo. A fita metálica é alimentada continuamente, sendo deformada por roletes, fazendo com que sua seção reta tome o formato de uma canaleta para receber a adição do fluxo através de um silo de alimentação. Após a adição do fluxo, a fita passa pelos roletes de fechamento, onde a seção reta toma o formato de um tubo, com o fluxo em seu interior. Ver figuras abaixo.

Fechamento de topo

Fechamento por sobreposição

7.1.5 - Soldagem por Arco Submerso ( SAW – Submerged Arc Welding ) Soldagem por arco submerso é um método no qual o calor requerido para fundir o metal é gerado por um arco formado pela corrente elétrica passando entre o arame de soldagem e a peça de trabalho. A ponta do arame de soldagem, o arco elétrico e a peça de trabalho são cobertos por uma camada de um material mineral granulado conhecido por fluxo para soldagem por arco submerso. Não há arco visível nem faíscas, respingos ou fumos. A figura abaixo mostra um esquema da soldagem por arco submerso.

A soldagem por Arco Submerso utiliza corrente de soldagem de até 2.000 A, CA ou CC, com um único arame. Efetua soldagem mono-passe até 16 mm de espessura e soldagem multi-passe sem limite de espessura. Apresenta velocidade de soldagem de até 400 cm/min com um único arame. Maiores velocidades podem ser alcançadas com vários arames na mesma poça de fusão.Devido à alta corrente de soldagem aliada ao alto aporte térmico as soldas devem ser mantidas na horizontal para evitar escorrer. Soldas com pequenas poças de fusão podem ser inclinadas por até 15° da horizontal sem grande dificuldade. Se o tamanho dos passes for limitado, soldas horizontaispodem ser executadas em superfícies verticais, desde que seja providenciado um suporte adequado para o fluxo.Vantagens do processo

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- elevada velocidade de soldagem;- maiores taxas de deposição;- boa integridade do metal de solda;- processo de fácil uso;- melhor ambiente de trabalho e maior segurança para o operador.

Limitações do processo- O processo de soldagem por arco submerso é limitado às posições de soldagem plana e horizontal em ângulo.

Equipamento para soldagem por arco submerso

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Soldagem circunferencial com o uso de suporte para conter o fluxo

Em média, gasta-se com este processo cerca de 1/3 do tempo necessário para fazer o mesmo trabalho com eletrodos revestidos. As soldas realizadas apresentam boa tenacidade e boa resistência ao impacto, além de excelente uniformidade e acabamento dos cordões de solda.

7.1.6 - Soldagem por Eletroescória (Eletroslag Welding, ESW) A soldagem por eletroescória é um processo de soldagem por fusão que utiliza a passagem de uma corrente elétrica através de uma escória condutora fundida para gerar o calor necessário à fusão localizada da junta e do metal de adição. Esta escória também protege a poça de fusão e o metal de adição da contaminação pelo ambiente. O processo é usado primariamente para a união de duas ou mais peças (em geral, de grande espessura) em um único passe com a soldagem sendo feita na posição vertical ascendente. O metal e a escória fundidos são mantidos em posição com o auxílio de sapatas, em geral de cobre e refrigeradas a água.

Soldagem ESW: (a) Esquema geral do processo e (b) detalhe da região da poça de fusão.7.1.7 - Soldagem Oxi-Gás (Oxifuel Welding, OFW)

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A soldagem oxi-gás compreende um grupo de processos de soldagem que utilizam o calor produzido por uma chama de combustível gasoso e oxigênio para fundir o metal de base e, se usado, o metal de adição.Principais características e aplicações deste processo são:Equipamento portátil e muito versátil,Baixo custo,Baixa intensidade do calor transferido à peça implica em baixa velocidade de soldagem,Necessita de fluxo para a soldagem de alguns metais,Usado em manutenção e reparo,Usado na soldagem de peças finas, tubos de pequeno diâmetro.

Soldagem OFW

7.1.8 - Soldagem com Feixe de Elétrons (Electron Beam Welding, EBW)A soldagem com feixe de elétrons é um processo de união baseado na fusão localizada da junta através de seu bombardeamento por um feixe de elétrons de alta velocidade. O feixe de elétrons é emitido por um canhão eletrônico e focalizado, através de lentes eletromagnéticas, em uma região muito pequena da junta, o que permite uma elevada concentração de energia. Durante o bombardeamento, parte da energia cinética dos elétrons é convertida em calor, fundindo e vaporizando parte do material da junta e criando um furo (keyhole) através do material. Quando este furo é movido ao longo da junta, o material líquido flui em torno do mesmo e se solidifica na parte posterior da poça formando a solda. A soldagem EBW é geralmente feita em alto vácuo (0,13 a 133mPa), embora existam variações do processo, que trabalham com menores penetrações, que podem operar com um vácuo médio (0,13 a 3000Pa) ou à pressão ambiente.

7.1.9 - Soldagem a Laser (Laser Beam Welding, LBW)A soldagem a laser é um processo de união baseado na fusão localizada da junta através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade.Este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base.

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Elementos de um sistema típico para soldagem a laser.

7.1.10 - Soldagem a Plasma (PAW - Plasma Arc Welding)

A soldagem a plasma é um processo que utiliza o arco operando em condições especiais que atua como uma fonte extremamente estável de calor que permite a soldagem da maioria dos metais com espessuras de 0,02 a 6mm. Esta fonte especial de calor garante maior concentração de energia, maior estabilidade e maior capacidade de penetração do que os processos GTAW, SMAW e GMAW. Esse processo é baseado no processo GTAW, apresentando, como diferença fundamental, a utilização de um bocal extra (bocal constritor) que causa a concentração (constrição) do arco elétrico como mostra a figura abaixo.

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Definição de Plasma O plasma é o 4º estado da matéria.“Uma coleção de partículas carregadas contendo quase a mesma quantidade de elétrons e íons positivos, e, embora apresente quase todas as características dos seus gases formadores, se difere deles por ser um bom condutor de eletricidade”. A ionização do gás causa a criação de elétrons livres e íons positivos entre os átomos de gás. Quando isso ocorre, o gás em questão torna-se eletricamente condutivo com excelente capacidade para transmissão de corrente elétrica. O melhor exemplo de plasma na natureza é a tempestade de raios. Exatamente como na tocha plasma, os raios movem à eletricidade de um ponto a outro. Para o raio, os gases do ar são os gases ionizados.

Um pequeno fluxo de argônio passa através bocal constritor para formar a chama de plasma. A proteção do plasma e da poça de fusão é feita por um gás (normalmente argônio ou hélio) fornecido pelo bocal externo. O arco de soldagem é iniciado com o auxílio de um arco piloto de baixa corrente mantido entre o eletrodo e o bocal. Quando a peça é parte do circuito elétrico de soldagem, o processo é denominado de plasma “transferido”; quando a peça não faz parte do circuito elétrico (o arco é mantido entre o eletrodo e o bocal) tem-se plasma “não transferido”. Este último permite poder ser aplicado em materiais não condutores de eletricidade. No processo PAW, metal de adição, quando utilizado, é fornecido de forma similar ao processo GTAW. A soldagem a plasma é aplicável à maioria dos metais e a muitos materiais não metálicos. Entretanto, seu custo relativamente elevado e a maior complexidade do processo (em comparação com GTAW) limitam o seu uso principalmente para aplicações críticas em indústrias de alta tecnologia (indústria aeronáutica e aeroespacial, por exemplo) para as quais a utilização do processo é justificável. Por outro lado equipamentos de plasma desenvolvidos para o corte de materiais estão se tornando cada vez mais usados industrialmente.

7.1.11 - Soldagem de Pinos (SW - Stud Welding)Pinos metálicos, ou componentes similares podem ser soldados a uma peça metálica de diversasmaneiras, incluindo por arco elétrico, resistência, fricção e percussão (descarga de capacitores).O presente item apresenta o processo de soldagem a arco de pinos que trabalha com equipamentos desenvolvidos especificamente para este tipo de aplicação. Assim, na soldagem de pinos, este é unido a uma peça pelo seu aquecimento e da peça por um arco estabelecido entre ambos. Quando as superfícies a serem unidas estão adequadamente aquecidas, elas são colocadas em contato com uma leve pressão. Bocais cerâmicos são comumente usados entre o pino e a peça para concentrar o calor do arco e limitar a entrada de ar na região aquecida. O processo é muito rápido, apresentando tempo de operação inferior a um segundo, e simples, utilizando, em geral, pistolas semi-automáticas. Figura a seguir mostra o processo

(a) – posicionamento da tocha; (b)- abertura do arco e levantamento do pino; (c) – término do período de arco, pino pressionado contra a peça; (d)- soldagem completada.

Este processo é muito usado em construção metálica, com os pinos ajudando a prender conectores em geral, caixas de interruptores, etc à estrutura metálica. Podem ser também usados como pontos de ancoramento de outros materiais (madeira ou concreto, por exemplo) ao aço.

8 - Processos de soldagem por deformação

8.1 - Soldagem por Resistência (Resistance Welding, RW)A soldagem por resistência compreende um grupo de processos de soldagem nos quais o calor necessário à formação da junta soldada é obtido pela resistência à passagem da corrente elétrica através das peças sendo soldadas. O aquecimento da região da junta pela passagem da corrente elétrica, abaixa a resistência mecânica do material permitindo, através da aplicação de pressão, a deformação localizada e, assim, a soldagem por deformação da junta.

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8.2 - Soldagem por Centelhamento (Flash Welding, FW)Na soldagem por centelhamento as peças a serem soldadas são aproximadas sem, contudo, as suas superfícies entrarem em contato. A energia elétrica é ligada e, então, as peças são colocadas em movimento relativo de forma a se aproximarem com uma velocidade constante. Este movimento causa o contato elétrico das superfícies a serem soldadas das peças, inicialmente em poucos pontos onde ocorre a formação de um arco elétrico (centelhamento). Por ação do centelhamento, ocorre a vaporização dos pontos em contato, permitindo, desta forma, que novos pontos entrem em contato e o centelhamento se espalhe por toda a superfície da junta. Após um certo tempo de centelhamento, quando todas as superfícies a serem unidas estiverem suficientemente aquecidas, a corrente de soldagem é desligada e as peças são fortemente pressionadas uma contra a outra, sofrendo considerável deformação plástica nas superfícies da junta o que leva à formação da solda.

(a)(b) Posicionamento inicial das peças, (b) após a energia elétrica ser ligada, as peças são

aproximadas com uma velocidade v1, ocorrendo o centelhamento quando pontos das superfícies entram em contato (ver detalhe), (c) após o aquecimento adequado das superfícies, a corrente é desligada e as peças são pressionadas (com uma velocidade v2 > v1) para a formação da solda.

(c)8.3 - Soldagem por Alta Freqüência (High Frequency Induction Welding, HFIW)

Na soldagem por alta frequência, são utilizadas bobinas por onde passa uma corrente de alta frequência que causa o aparecimento de correntes induzidas na região da junta das peças que estão sendo soldadas. Estas corrente aquecem a junta por efeito Joule o que facilita a deformação localizada e a formação da solda com a aplicação de pressão.

Exemplo da utilização do processo HFIW na soldagem longitudinal de tubos Pág. 43

8.4 - Soldagem por Fricção (Friction Welding, FW)

A soldagem de fricção é um processo que utiliza energia mecânica, em geral associada com a rotação de uma peça, para a geração de calor na região da junta a ser soldada. Após o aquecimento adequado da junta, a peças são pressionadas para a formação da junta.

(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.

8.5 - Soldagem por Difusão (Diffusion Welding, DFW)

A soldagem por difusão é um processo de união no estado sólido que produz a solda pela aplicação de pressão a elevada temperatura sem a deformação macroscópica das peças. Um metal de adição pode ser colocado entre as superfícies da junta

a b c d

a) contato inicial irregular; b) deformação e formação de contorno interfacial; c) migração do contorno e eliminação de poros; d) difusão volumétrica e eliminação de poros.

8.6 - Soldagem por Explosão (Explosive Welding, EXW) A soldagem por explosão é um processo que utiliza a energia de detonação de um explosivo para promover a união de peças metálicas. Uma das peças é lançada ao encontro da outra pela explosão e, durante a colisão, desenvolve-se uma intensa deformação plástica superficial capaz de remover as contaminações superficiais e promover a união das peças. Devido ao forte choque nas superfícies da junta, a solda resultante tem um aspecto típico ondulado

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A soldagem por explosão é muito utilizada na fabricação de chapas clad onde é soldada uma chapa fina de material mais nobre sobre uma chapa de aço carbono.

8.7 - Soldagem por Laminação

Este é um processo de união usado para a produção de chapas bi-metálicas através da laminação conjunta (co-laminação) de chapas de metais diferentes, em geral, à temperatura ambiente ou a temperaturas próximas desta. Este processo pode ser usado, por exemplo, para a fabricação de chapas de alumínio e aço para a produção de bronzinas.

8.8 - Soldagem a Frio (Cold Welding, CW)

A soldagem a frio é realizada pela aplicação de uma forte deformação localizada, à temperatura ambiente, das peças a serem unidas. Este processo é aplicável para metais de elevada dutilidade, como o alumínio e cobre, tendo, como aplicação típica, a união de condutores de eletricidade.

8.9 - Soldagem por Ultra-Som (Ultrasonic Welding, USW)

A soldagem por ultra-som produz a união das peças pela aplicação localizada de energia vibracional de alta freqüência (ultra-som), enquanto as peças são mantidas sob pressão. A união ocorre por aquecimento e deformação plástica localizada das superfícies em contato. O 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.

9 - Processo de Brasagem

Brasagem engloba um grupo de processos de união que utiliza um metal de adição de ponto de fusão inferior ao do metal de base. Como conseguência, o processo é realizado a uma temperatura na qual as peças sendo unidas não sofrem nenhuma fusão. Nestes processos, em geral, a penetração e espalhamento do metal de adição na junta são conseguidos por efeito de capilaridade

Brasagem em forno.10 - Processos de Corte Térmico

Pode-se considerar, de uma forma geral, que os processos de corte realizam uma operação inversa à realizada na soldagem, isto é, a separação de um componente em duas ou mais peças ou a remoção de material da superfície de uma peça. Além disso, os processos de corte podem ser separados em dois grupos, de uma forma análoga à considerada em soldagem, isto é, em processos de corte térmico (baseados na aplicação localizada de calor na peça) e processos de corte a frio (baseados na deformação localizada do material). Os mais importantes processos de corte térmico são o corte a oxigênio, o corte a plasma, o corte a laser e o corte com eletrodo de grafite. À seguir, serão apresentados, de forma resumida, os principais destes processos.

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10.1 - Corte a Oxigênio (Oxyfuel Gas Cutting, OFC)

O corte a oxigênio é um processo de corte térmico que utiliza um jato de oxigênio puro para oxidar o metal de base e remover a mistura, no estado líquido, de óxidos e do material de base da região de corte. O processo é usado basicamente para ligas de ferro, principalmente aços carbono e aços de baixa liga, podendo ser usado, também, para ligas de titânio. Elementos de liga tendem, de uma forma geral, a dificultar o corte por promover a formação de um óxido refratário (por exemplo, cromo, alumínio e silício) ou por reduzir a temperatura de fusão do metal de base (carbono, por exemplo) tornando o corte mais grosseiro. A reação de oxidação produz, em geral, calor suficiente para a manutenção do processo de corte, contudo, para o início da reação e para o desenvolvimento do corte de uma forma mais suave, utiliza-se, em geral, um conjunto de chamas de oxigênio e um gás combustível (acetileno, GLP, etc) concêntricas ao jato de oxigênio. O processo é iniciado apenas com as chamas que aquecem a região de inicio do corte até a sua temperatura de ignição (em torno de 870 ºC), quando, então, o jato de oxigênio é ligado tendo inicio a ação de corte.

Processo de corte a oxigênio.

Características do corte OFC:

• Pode cortar aço mais rapidamente que os processos usuais de remoção mecânica de material.• Pode cortar peças com formatos e espessuras difíceis de serem trabalhadas de forma econômica com processos mecânicos.• Equipamento básico para operação manual é de baixo custo.• Equipamento manual pode ser portátil e de fácil uso para trabalho no campo.• Direção de corte pode ser mudada rapidamente.• processo pode ser facilmente usado para a abertura de chanfros para soldagem.• Tolerância dimensional do corte OFC é pior do que a de vários processos mecânicos.• processo é essencialmente limitado ao corte de aços.

10.2 - Corte a Plasma (Plasma Arc Cutting, PAC) O corte a Plasma é um processo que utiliza um bico com orifício otimizado para constringir um gás ionizado em altíssima temperatura, tal que possa ser usado para derreter seções de metais condutores. Um gás eletricamente condutivo (plasma) é usado para transferir energia negativa fornecida pela fonte plasma da tocha para o material a ser cortado. A tocha serve de suporte para os consumíveis e fornece um fluído refrigerante para estas peças (gás ou água). O processo pode cortar praticamente todos os metais. O processo pode iniciar o corte imediatamente, não necessitando do pré-aquecimento inicial até a temperatura de ignição como no processo de corte a oxigênio.

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10.3 - Corte a Laser (Laser Beam Cutting, LBC)

O corte a laser é baseado na ação de um feixe de luz coerente concentrado sobre a peça. A elevada densidade de energia utilizada possibilita a fusão e vaporização do material na região sendo atingida pelo laser o que leva à remoção de material e à ação de corte. Muitos sistemas trabalham com um jato de gás auxiliar para facilitar a expulsão de material da região de corte. O gás pode ser inerte, para gerar uma superfície da corte limpa e suave, ou pode ser reativo (em geral, oxigênio), para aumentar a velocidade de corte. O processo pode ser utilizado para cortar todos os metais além de certos materiais não metálicos como cerâmicas.O processo apresenta as seguintes características principais:• Capacidade de cortar qualquer metal e diversos materiais não metálicos;• Espessura de corte e região afetada pelo calor mais finas do que qualquer outro processo;• Elevadas velocidades de corte;• Facilmente adaptável para sistemas controlados por computador;• Equipamento de elevado custo (US$ 100.000 a US$ 1.000.000) A elevada velocidade de corte, a alta precisão do corte e o excelente acabamento da superfície de corte têm levado a uma utilização crescente deste processo de corte para a produção de peças de formato complicado que, muitas vezes, não necessitam de um acabamento posterior.

10.4 - Corte com eletrodo de grafite Este processo também é chamado de goivagem a carvão, os eletrodos são considerados não consumíveis, mas desgastam-se com o uso. O processo utiliza uma tocha especial que assemelha-se ao alicate do processo eletrodo revestido, adaptado com um orifício que direciona um jato de ar comprimido para a expulsão do metal líquido proveniente da poça de fusão formada pelo arco elétrico entre o eletrodo e a peça, conforme mostrado na figura 1. Atualmente é empregado para remoção de raízes de solda imperfeitas, remoção de dispositivos auxiliares de montagem, remoção de soldas com defeitos, etc.

Tipos de Eletrodos: Diversos tipos de eletrodos são usualmente empregados no processo de goivagem a arco. Os mais comumente usados são os revestidos de cobre com núcleo de grafite. Estes prestam-se para serviço em corrente continua e são disponíveis nas bitolas de 4,0 ate 25,4 mm. Eletrodos de grafite de menor custo também são fabricados sem revestimento, mas são poucos utilizados, restringindo-se a bitolas de até 9,5 mm. Os eletrodos revestidos de cobre são geralmente preferidos, devido ao menor desgaste durante a operação do que os eletrodos nus. Os eletrodos revestidos de cobre também podem ser fabricados para operarem em corrente alternada, porém, nesses há a necessidade de se adicionar elementos estabilizadores de arco, estando disponíveis nos diâmetros de 4,0 ate 13,0 mm.Ar Comprimido: A pressão de trabalho normalmente empregada para goivagem é da ordem de 5,6 a 7,0 Kgf/m2. Tochas para serviço leve podem trabalhar com garrafas de ar comprimido com pressões em torno de 2,8 kgf/mm2. Pressões acima de 7,0 kgf/mm2 algumas vezes são usadas, mas não oferecem nenhuma vantagem na eficiência de remoção de metal.

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11 - Processos de Aspersão Térmica (Thermal Spraying, THSP)

Aspersão térmica ou metalização é um processo no qual um material metálico ou não metálico é aquecido até a sua fusão ou amolecimento e, então, acelerado, na forma atomizada, de encontro a um substrato para formar um revestimento sobre este. O material pode estar inicialmente na forma de pó, arame ou vareta. O aquecimento pode ser feito por uma chama, arco ou arco-plasma. Ao se chocarem com a superfície do substrato, as partículas se achatam, assumindo uma forma lenticular (lamelas), aderindo ao substrato e às partículas adjacentes e se resfriam rapidamente formando o revestimento.A aplicação de diversas camadas permite a formação de um revestimento de espessura desejada, em geral inferior a 1 mm. A ligação entre as partículas e entre estas e o substrato é complexa, envolvendo fatores mecânicos, metalúrgicos e químicos. Aspersão térmica é amplamente usada para a restauração da dimensão de peças desgastadas ou para modificar as características superficiais de um componente possibilitando por exemplo, melhor resistência à corrosão, melhor resistência ao desgaste mecânico ou melhor isolamento térmico.

Esquema do processo de aspersão por chama12 – Símbolos de soldagemSímbolos padronizados são usados para indicar a localização, detalhes do chanfro, e outras informações de operações de soldagem em desenhos de engenharia. No Brasil, o sistema de símbolos de soldagem mais usado é o da American Welding Society através de sua norma AWS A2.4 ( Symbols For Welding and Nondestructive Testing ).

Um símbolo completo de soldagem consiste dos seguintes elementos:- linha de referência ( sempre horizontal )- seta- símbolo básico de solda- dimensões e outros dados- símbolos suplementares- símbolos de acabamento- cauda- especificação de procedimento, processo ou outra referência

Símbolo de soldagem e alguns de seus componentes e símbolos suplementares

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O símbolo básico de solda indica o tipo de solda e chanfro que serão usados. A figura abaixo mostra os símbolos básicos mais comuns.

A posição do símbolo básico na linha de referência indica se a solda será realizada no mesmo lado ou o lado oposto do local indicado no desenho pela seta.

Exemplo de uso de símbolos compostos

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Chanfro ½ V e filete ( mesmo lado )

Exemplo de um símbolo para uma solda em chanfro em ½ V com dimensões

13 - Regras para segurança Em soldagem, goivagem e corte ao arco elétrico

13.1 - Regras de segurança relativas ao local de trabalho

Incêndios e explosões O calor produzido por arcos elétricos e as suas irradiações, por escórias quentes e por faíscas podem ser causas de incêndios ou explosões. Conseqüentemente, toda área de soldagem ou corte deve ser equipada com sistema adequado de combate a incêndio e o pessoal de supervisão de área, operação ou manutenção do equipamento envolvido deve ser treinado no combate a incêndios. Todo e qualquer trabalhador deve ser familiarizado com as seguintes medidas de prevenção e proteção contra incêndios:

- Garantir a segurança da área de trabalho. Sempre que possível, trabalhar em locais especialmente previstos para soldagem ou corte ao arco elétrico.

- Eliminar possíveis causas de incêndios. Locais onde se solde ou corte não devem conter líquidos inflamáveis (gasolina, tintas, solventes, etc), sólidos combustíveis (papel, materiais de embalagem, madeira, etc) ou gases inflamáveis (oxigênio, acetileno, hidrogênio, etc).

- Instalar barreiras contra fogo e contra respingos Quando as operações de soldagem ou corte não puderem ser efetuadas em locais específicos e especialmente organizados, instalar biombos metálicos ou proteções não inflamáveis ou combustíveis para evitar que o calor, as fagulhas, os respingos ou as escórias possam atingir materiais inflamáveis.

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- Instalar equipamentos de combate a incêndios Extintores apropriados, baldes de areia e outros dispositivos anti-incêndio devem ficar a proximidade imediata da área de soldagem ou corte.

- Avaliar a necessidade de uma vigilância especial contra incêndios. Quando soldam ou cortam, os soldadores podem não se dar conta da existência de algum incêndio pois além da atenção exigida pelo próprio trabalho, eles ficam isolados do ambiente pela sua máscara de soldagem e os seus diversos equipamentos de proteção individual.De acordo com as condições do local de trabalho, a presença de uma pessoa especialmente destinada a tocar um alarme e iniciar o combate ao incêndio pode ser necessária.

- Nunca soldar ou cortar à quente numa peça que não tenha sido adequadamente limpa Substâncias depositadas na superfície das peças podem decompor-se sob a ação do calor e produzir vapores inflamáveis ou tóxicos.

- Não soldarou cortatr à quente em recipientes fechados ou que não tenham sido devidamenteesvaziados e limpos internamente. Eles podem explodir se tiverem contido algum material combustível ou criar um ambiente asfixiante ou tóxico conforme o material que foi armazenado neles.

VentilaçãoO local de trabalho deve possuir ventilação adequada de forma a eliminar os gases, vapores e fumosusados e gerados pelos processos de soldagem e corte e que podem ser prejudiciais à saúde dostrabalhadores. Substâncias potencialmente nocivas podem existir em certos fluxos, revestimentos e metais de adição ou podem ser liberadas durante a soldagem ou o corte. Em muitos casos, a ventilação natural é suficiente, mas certas aplicações podem requerer uma ventilação forçada, cabines com coifas de exaustão, filtros de respiração ou máscaras com suprimento individual de ar. O tipo e a importância da ventilação dependem de cada aplicação específica, do tamanho do local de trabalho, do número de trabalhadores presentes e da natureza dos materiais trabalhados e de adição.

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- Locais tais como poços, tanques, etc devem ser considerados como áreas confinadas. A soldagem ou o corte em áreas confinadas requer procedimentos específicos de ventilação e trabalho, com o uso eventual de capacetes ou máscaras especiais.

- Não soldar ou cortar peças sujas ou contaminadas por alguma substância desconhecida. Não se deve soldar, cortar ou realizar qualquer operação a quente numa peça que não tenha sidoadequadamente limpa.Os produtos da decomposição destas substâncias pelo calor do arco podem produzir vapores inflamáveis ou tóxicos

- O soldador ou operador deve sempre manter a cabeça fora da área de ocorrência dos fumos ou vapores gerados por um arco elétrico de forma a não respirá-los. O tipo e a quantidade de fumos e gases dependem do processo, do equipamento e dos consumíveis usados. Uma posição de soldagem pode reduzir a exposição do soldador aos fumos.

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Cilindros de gás- Observar as características físicas e químicas dos gases usados e seguir rigorosamente as regras de segurança específicas indicadas pelo fornecedor. O manuseio inadequado dos cilindros dos gases usados em soldagem ou corte elétricos pode provocar danos ou ruptura da válvula de fechamento e a liberação repentina e violenta do gás que contêm com riscos de ferimento ou morte.

- Somente usar gases adequados ao processo de soldagem ou corte e à aplicação previstos.

- Somente usar um regulador de pressão específico para o gás usado e de capacidade apropriada à aplicação.

- Sempre conservar as mangueiras e conexões de gás em boas condições de trabalho.

- Os cilindros de gás devem sempre ser mantidos em posição vertical. Eles devem ser firmemente fixados no seu carrinho de transporte ou nos seus suportes ou encostos (em paredes, postes, colunas, etc) por meio de correia ou de corrente isolada eletricamente.

- Nunca conservar cilindros ou equipamento relativo a gases de proteção em áreas confinadas.

- Quando não estiverem em uso, cilindros de gás devem permanecer com sua válvula fechada, mesmo que estejam vazios.

- Sempre manter cilindros de gás distantes de chamas e de fontes de faíscas ou de calor (fornos,etc).

13.2 - Regras de segurança relativas ao pessoal

Choques elétricos Choques elétricos podem ser fatais e devem ser evitados. Instalações elétricas defeituosas, aterramento ineficiente assim como operação ou manutenção incorretas de um equipamento elétrico são fontes comuns de choque elétricos.

- Nunca tocar em partes eletricamente "vivas" A rede de alimentação elétrica, o cabo de entrada e os cabos de soldagem (se insuficientemente isolados), o porta-eletrodo, a pistola ou a tocha de soldar, os terminais de saída da máquina e a própria peça a ser soldada (se não adequadamente aterrada) são exemplos de partes eletricamente "vivas". A gravidade do choque elétrico depende do tipo de corrente envolvida (a corrente alternada é mais perigosa que a corrente contínua), do valor da tensão elétrica (quanto mais alta a tensão, maior o perigo) e das partes do corpo afetadas. As tensões em vazio das fontes de energia usadas em soldagem, corte ou goivagem podem provocar choques elétricos graves. Quando vários soldadores trabalham com arcos elétricos de diversas polaridades ou quando se usam várias máquinas de corrente alternada, as tensões em vazio das várias fontes de energia podem se somar; o valor resultante aumenta o risco de choque elétrico.

- Instalar o equipamento de acordo com as instruções do Manual específico fornecido. Sempre usar cabos elétricos de bitola adequada às aplicações previstas e com a isolação em perfeito estado. Para o circuito de soldagem, respeitar a polaridade exigida pelo processo ou a aplicação.

- Aterrar os equipamentos e seus acessórios a um ponto seguro de aterramento A ligação da estrutura das máquinas a um ponto seguro de aterramento próximo do local de trabalho é condição básica para se evitar choques elétricos. Ainda e de acordo com a figura abaixo, a peça a

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ser soldada o terminal de saída correspondente na fonte de energia deve ser aterrada, mas não ambos. “Aterramentos duplos" podem fazer com que a corrente de soldagem circule nos condutores de aterramento, normalmente finos, e os queime.

- Garantir bons contatos elétricos na peça soldada e nos terminais de saída da máquina. Os terminais de saída, em particular aquele ao qual a peça soldada estiver ligada, devem ser mantidos em bom estado, sem partes quebradas ou isolação trincada. Nunca fazer contatos elétricos através de superfícies pintadas, notadamente na peça a ser soldada.

- Assegurar-se de que todas as conexões elétricas estão bem apertadas, limpas e secas. Conexões elétricas defeituosas podem aquecer e, eventualmente, derreter. Elas podem ainda ser a causa de más soldas e provocar arcos ou faíscas perigosas. Não se deve permitir que água, graxa ou sujeira se acumule em plugues, soquetes, terminais ou elementos de um circuito elétrico.

- Manter o local de trabalho limpo e seco. A umidade e a água são condutoras da eletricidade. Manter sempre o local de soldagem ou corte, os equipamentos e a roupa de trabalho secos. Eliminar de imediato todo e qualquer vazamento de água. Não deixar que mangueiras encostem em peças metálicas.

- Ao soldar ou cortar, não usar quaisquer adornos, acessórios ou objetos corporais metálicos. Para soldar, cortar ou goivar, é recomendado retirar anéis, relógios, colares e outros itens metálicos. Contatos acidentais de tais objetos com algum circuito elétrico podem aquecê-los,derretê-los e provocar choques elétricos.

- O soldador ou operador de uma máquina de soldar ou cortar deve trabalhar em cima de um estrado ou plataforma isolante

Campos elétricos magnéticos

A corrente elétrica que circula num condutor provoca o aparecimento de campos elétricos e magnéticos. As correntes elétricas utilizadas em soldagem, corte ou goivagem criam tais campos em torno dos cabos de solda e dos equipamentos. Ademais certas máquinas de soldar geram e usam, para abrir o arco ou durante toda a operação de soldagem, um faiscamento do tipo "ruído branco" conhecido como "alta freqüência". Conseqüentemente, pessoas portadoras de marca-passo devem consultar um médico antes de adentrar uma área de soldagem ou corte: os campos elétricos e

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magnéticos ou as irradiações podem interferir no funcionamento do marca-passo. Para minimizar os efeitos dos campos gerados pelas correntes elétricas de soldagem e corte:- Não se deve permanecer entre os dois cabos eletrodo e obra e sim, sempre manter ambos do mesmo lado do corpo.- Os dois cabos de soldagem (eletrodo e obra) devem correr juntos e, sempre que possível, amarrados uma o outro.- Na peça a ser soldada, conectar o cabo obra tão perto quanto possível da junta.- Manter os cabos de soldagem e de alimentação do equipamento tão longe quanto possível do corpo.- Nunca se deve enrolar cabos de soldagem em torno do corpo.

13.3 - Regras específicas de segurança corporal

- Regras para a proteção da visão Os arcos elétricos de soldagem ou corte emitem raios ultravioletas e infravermelhos. Longas exposições podem provocar queimaduras graves e dolorosas da pele e danos permanentes na vista.

- Para soldar ou cortar, usar máscara com vidro ou dispositivo de opacidade adequado ao processo e à aplicação prevista. A tabela a seguir orienta quanto à opacidade recomendada para a proteção em função do processo e da faixa de corrente usados. Como regra geral, iniciar com uma opacidade alta demais para que se veja a zona do arco; reduzir então a opacidade que se tenha uma visão adequada da área de soldagem, sem problema para os olhos.

- Usar óculos de segurança com protetores laterais. Quando se solda, corta ou goiva, quando se remove a escória de um cordão de solda ou quando se esmerilha alguma peça, partículas metálicas, respingos e fagulhas podem atingir os olhos sob ângulos quaisquer de incidência. Nos processos semi-automáticos ou automáticos, pontas de arame podem ferir gravemente. Usar os óculos de segurança inclusive por baixo da máscara de soldar ou de qualquer protetor facial.

- Qualquer pessoa dentro de uma área de soldagem ou corte, ou num raio de 20 m, deve estar adequadamente protegida. A irradiação de um arco elétrico tem grande alcance e partículas metálicas e respingos podem voar sobre distâncias relativamente grandes.

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13.4 - Regras para proteção da pele Devido à emissão de raios ultravioletas e infravermelhos, arcos elétricos queimam a pele da mesma maneira que o sol, porem muito mais rapidamente e com maior intensidade. Os operadores, e em particular aqueles sensíveis à exposição ao sol podem sofrer queimaduras na pele após breve exposição a um arco elétrico.Os respingos de solda e as fagulhas são outras fontes de queimaduras. Seguir as recomendações abaixo para garantir uma proteção segura contra a irradiação de um arcoelétrico e os respingos.

- Não deixar nenhuma área de pele descoberta. Não arregaçar as mangas da camisa ou do avental.

- Usar roupa protetora resistente ao calor: gorro, jaqueta, avental, luvas e perneiras. Roupa de algodão ou similares constitui uma proteção inadequada, pois além de ser inflamável, ela pode se deteriorar em função da exposição às radiações dos arcos elétricos.

- Usar calçado de cano longo e estreito. Não usar sapatos baixos e folgados nos quais respingos e fagulhas podem penetrar.

- Usar calças sem bainha. Bainhas podem reter fagulhas e respingos. As pernas das calças devem descer por cima das botas ou dos sapatos para evitar a entrada de respingos.

- Sempre usar roupa, inclusive de proteção, limpa. Manchas de óleo ou graxa ou sujeira em excesso podem inflamar-se devido ao calor do arco.

- Manter os bolsos,mangas e colarinhos abotoados. Fagulhas e respingos podem penetrar por tais aberturas e queimar pelos e/ou pele. Os bolsos não devem conter objetos ou produtos combustíveis tais como fósforos ou isqueiros.

13.5 - Regras para a proteção da audição

- Usar protetores de ouvido. Certas operações de soldagem, corte ou goivagem produzem ruídos de intensidade elevada e, eventualmente, longa duração. Protetores de ouvido adequados, além de protegerem contra estes ruídos excessivos, impedem que respingos e fagulhas entrem nos ouvidos.

Bibliografia:

- Apostilas de soldagem do Pr. Paulo J. Modenesi da Universidade Federal de Minas Gerais;- Apostilas de soldagem da ESAB- Infosolda, Portal Brasileiro de Soldagem

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