apostila processo fabricação jul 2014

Centro Universitário do Leste de Minas de Gerais UNILESTEMG

Coronel Fabriciano - MG

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO I

SOLDAGEM E FUNDIÇÃO

ENGENHARIAMECÂNICA PROF. REGINALDO PINTO BARBOSA

Julho de 2014

Processos de Fabricação: Soldagem e Fundição 2

SUMÁRIO

1. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO....................................................................... 6

1.1. INTRODUÇÃO.................................................................................................... 6

1.1.1 Características do trabalho a quente ............................................................. 9

1.1. 2 Características do trabalho a frio:.............................................................. 10

2. INTRODUÇÃO À SOLDAGEM ....................................................................... 12

2.1. CONCEITO DE SOLDAGEM ............................................................................... 12

2.2. A IMPORTÂNCIA DA SOLDAGEM...................................................................... 13

2.3. EFEITOS DA SOLDAGEM NOS AÇOS................................................................... 13

2.4. CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM .............................................. 14

2.5. O ENGENHEIRO DE SOLDAGEM ........................................................................ 16

2.6. SELEÇÃO DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM......................................................... 17

2.7. AS PROPRIEDADES DOS AÇOS E A SOLDAGEM................................................... 17

2.8. O ARCO ELÉTRICO .......................................................................................... 18

2.8.1. Perfil Elétrico ........................................................................................... 19

2.8.2. Efeitos Magnéticos ................................................................................... 21

2.9. PREPARAÇÃO DAS JUNTAS A SOLDAR............................................................... 22

2.10. EXERCÍCIOS PROPOSTOS ................................................................................ 24


3. METALURGIA DA SOLDAGEM .................................................................... 26

3.1. MACROESTRUTURA DE UMA JUNTA SOLDADA .................................................. 26

3.2. FLUXO TÉRMICO NA SOLDAGEM ...................................................................... 31

3.3. CICLOS TÉRMICOS DE SOLDAGEM .................................................................... 33

3.4. VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO E TEMPERATURAS MÁXIMAS ......................... 36

3.5. DIAGRAMA DE IRSID...................................................................................... 41

3.6. TRATAMENTOS TÉRMICOS ............................................................................... 42

3.6. TRATAMENTOS TÉRMICOS ............................................................................... 43

3.7. EXERCÍCIOS PROPOSTOS .................................................................................. 46


4. PROCESSO ELETRODO REVESTIDO.......................................................... 51

4.1. FUNDAMENTOS DO PROCESSO.......................................................................... 51

4.2. EQUIPAMENTO DE SOLDAGEM.......................................................................... 52

4.3. CONSUMÍVEIS.................................................................................................. 54

C) CLASSIFICAÇÃO DOS ELETRODOS....................................................................... 57

4.4. VARIÁVEIS OPERACIONAIS .............................................................................. 59

4.5. APLICAÇÕES.................................................................................................... 61

4.6. DESCONTINUIDADES INDUZIDAS PELO PROCESSO ............................................. 62


4.8. EXERCÍCIOS PRÁTICOS..................................................................................... 65

5. PROCESSO DE SOLDAGEM TIG................................................................... 69

5.1. FUNDAMENTOS DO PROCESSO.......................................................................... 69

5.2. EQUIPAMENTO DE SOLDAGEM.......................................................................... 70

5.3. CONSUMÍVEIS.................................................................................................. 72

5.4. TÉCNICA DE SOLDAGEM .................................................................................. 75

5.5. VARIÁVEIS DE SOLDAGEM ............................................................................... 76



6. PROCESSO MIG / MAG................................................................................... 81

6.1. FUNDAMENTOS ............................................................................................... 81

6.2. MODOS DE TRANSFERÊNCIA DA GOTA METÁLICA ............................................ 84

6.3. EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM ........................................................................ 88

6.4. CONSUMÍVEIS.................................................................................................. 90

6.4.1. Comportamento da Atmosfera Ativa no Processo MAG ........................... 91

6.5. TÉCNICA OPERATÓRIA..................................................................................... 92




7. SOLDAGEM POR RESISTÊNCIA .................................................................. 99

7.1. A RESISTÊNCIA ELÉTRICA NOS PROCESSOS DE SOLDAGEM ............................... 99

7.2. SOLDABILIDADE DOS MATERIAIS ................................................................... 100

7.3. PROCESSOS DE SOLDAGEM POR RESISTÊNCIA ................................................. 101

7.3.1. Soldagem por Pontos .............................................................................. 102

7.3.2. Soldagem por Costura ............................................................................ 104

7.4. EQUIPAMENTOS............................................................................................. 105

7.5. VARIÁVEIS OPERACIONAIS ............................................................................ 106

7.5.1. Corrente de soldagem ............................................................................. 106

7.5.2. Tempo de passagem da corrente ............................................................. 107

7.5.3. Resistência total do circuito .................................................................... 108

7.5.4. Força aplicada pelos eletrodos ................................................................ 109

7.6. APLICAÇÕES INDUSTRIAIS ............................................................................. 109


8. FALHAS INTRODUZIDAS PELO SERVIÇO............................................... 111

8.1. DEFORMAÇÃO NA SOLDAGEM........................................................................ 111

8.1.1. Causas da Deformação na Soldagem ...................................................... 111

8.1.2. Tipos de Deformação na Soldagem......................................................... 113

8.1.3. Prevenção e Controle da Deformação na Soldagem ................................ 115

8.2. TÉCNICAS ESPECIAIS DE REPARO ................................................................... 120

8.2.1. Correção de Deformações....................................................................... 120


9. CUSTOS EM SOLDAGEM............................................................................. 123

9.1- PREMISSAS BÁSICAS ..................................................................................... 123

9.2- CÁLCULO DA MASSA DE METAL DEPOSITADO (MS) ........................................ 124

9.3- CÁLCULO DO TEMPO DE SOLDAGEM OU TEMPO DE ARCO ABERTO (TARC)....... 125

9.4- CÁLCULO DE CUSTOS EM SOLDAGEM ............................................................ 127

9.4.1. Custos com Eletrodos (Ce) ..................................................................... 127

9.4.2. Custos com Fluxo (Cf) ........................................................................... 128

9.4.3. Custos com Gás de Proteção (Cg) ........................................................... 128


9.4.4. Custos com Mão de Obra e Custos Fixos (Cl)......................................... 128

9.4.5. Custos com Energia Elétrica (Cel) .......................................................... 128

9.4.6. Custos Total (CT).................................................................................... 129

9.5. TABELAS AUXILIARES ................................................................................... 130

10. FUNDIÇÃO .................................................................................................... 132

10.1- FENÔMENOS QUE OCORREM DURANTE A SOLIDIFICAÇÃO .............................. 133

10.1.1 – Cristalização ....................................................................................... 133

10.1.2 - Contração de volume........................................................................... 134

10.1.3 - Concentração de impurezas ................................................................. 136

10.1.4 - Desprendimento de gases .................................................................... 136

10.2 - FUNDIÇÃO PASSO-A-PASSO ......................................................................... 137

10.3 - CARACTERÍSTICAS E DEFEITOS DAS PEÇAS FABRICADAS............................... 141

10.4 - TIPOS DE FUNDIÇÃO ................................................................................... 142

10.4.1 - Fundição em areia ............................................................................... 142

10.4.2 - Fundição de Precisão ( Cera perdida ).................................................. 146

10.4.3 - Molde Permanente ou Coquilha........................................................... 149

10.4.4 - Fundição sob Pressão .......................................................................... 151

10.5. EXERCÍCIOS PROPOSTOS .............................................................................. 151

11. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................... 154


1. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

1.1. Introdução

Nem sempre a estrutura de um metal obtido por fundição é adequado para

determinadas aplicações que exigem altas resistências à tração e ductilidade, como é o caso,

por exemplo, de perfis estruturais, chapas que serão conformadas, fios, cabos, etc.

Para obtenção de propriedades mais compatíveis com estes tipos de aplicação, os metais

passam por outros tipos de processamento, que se caracterizam por trabalharem o metal

através da aplicação de pressão ou choque.

Este trabalho visa duas coisas: obtenção do metal na forma desejada e melhoria de

suas propriedades mecânicas, o que é obtido com o rompimento e refino da estrutura

dendrítica presente nos metais fundidos.

Os processos de fabricação podem ser divididos em dois grupos: processos mecânicos,

nos quais as modificações de forma são provocadas pelas aplicações de tensões externas e

processos metalúrgicos, nos quais as modificações de forma estão relacionadas com altas

temperaturas. A figura abaixo esquematiza essa divisão dos processos de fabricação.

Representação esquemática dos processos de conformação dos metais


Embora classificados como primários estes processos podem dar origem a produtos

acabados, tais como trilhos, arames, tubos, etc., mas, na maioria dos casos, é necessária a

utilização de processos secundários para a obtenção da peça pronta.

Dentre os processos chamados de primários, os mais comuns são:

∗ Laminação

∗ Trefilação

∗ Forjamento


∗ Extrusão

∗ Estampagem

∗ Usinagem


∗ Soldagem

Nestes processos, o metal pode ser trabalhado a quente ou a frio:

Definimos como trabalho a quente aquele realizado acima da temperatura de

recristalização do metal e, trabalho a frio como aquele realizado abaixo desta temperatura, ou

seja, na maioria dos casos, à temperatura ambiente.

Conformação a quente e a frio

1.1.1 Características do trabalho a quente

∗ Não altera a dureza do metal; grãos deformados durante o processo, logo mudam

para novos grãos não deformados. UNesta mudança os grãos podem ser refinados

através de nucleação e recristalização, o que aumenta a tenacidade do metal.


∗ O metal aumenta sua resistência à tração em determinada direção, uma vez que as

impurezas existentes são segregadas em fibras com orientação definida.

∗ O metal pode ser deformado em formas extremas quando quente, porque a

deformação contínua dos cristais elimina fissuras e trincas. Conseqüentemente as

deformações são mais profundas que no trabalho a frio.

∗ A temperatura de trabalho deve ser acima da de recristalização, mas não muito

elevada para evitar a formação de granulação grosseira.

As temperaturas altas promovem oxidação e formação de carepa na superfície do

metal, de forma que tolerâncias rigorosas podem não ser mantidas.

1.1. 2 Características do trabalho a frio:

∗ O trabalho a frio é normalmente precedido do trabalho a quente, remoção de

carepa, limpeza da superfície e possivelmente decapagem.

∗ Materiais deformados a frio permitem a obtenção de tolerâncias rigorosas, bom

acabamento superficial e boas propriedades mecânicas.

∗ O trabalho a frio deve ser efetuado acima do limite de escoamento do material para

que a deformação seja permanente, embora a deformação sempre sofra um pequeno

decréscimo com a retirada da carga, devido ao retorno elástico. Este fenômeno é

chamado histerese.

∗ Quando um metal é trabalhado a frio os seus cristais são internamente deformados,

provocando aumento de dureza e da resistência mecânica, perda de ductilidade e

tensões residuais que, muitas vezes poderão levar à ruptura da peça. UIsso pode ser

evitado através de um tratamento térmico de recozimento ou normalização.

∗ O trabalho a frio exige a aplicação de elevadas taxas de deformação de forma que

os equipamentos para execução de trabalhos a frio são, normalmente, mais robustos

do aqueles para trabalhos a quente.

No nosso estudo daremos ênfase aos processos de fabricação de fundição e soldagem.

A fundição é o processo de fabricação de peças metálicas que consiste essencialmente

em encher com metal líquido a cavidade de um molde com formato e medidas


correspondentes aos da peça a ser fabricada. A fundição é um dos processos mais antigos e

também um dos mais versáteis, principalmente quando se considera os diferentes formatos e

tamanhos das peças que se pode produzir por esse processo.

Soldagem é um processo de união rígida de duas ou mais partes metálicas, com ou

sem a adição de material de enchimento, através do fornecimento de energia a região

adjacente à zona que está sendo unida, de modo a provocar uma interfusão entre as partes.

Embora conhecida há muito tempo, a soldagem era considerada como um processo de

fabricação de segunda categoria. Isto se devia ao fato da baixa qualidade dos eletrodos

usados, do uso inadequado, ao desconhecimento da metalurgia da solda e a falta de ensaios

não destrutivos eficientes.


2. INTRODUÇÃO À SOLDAGEM

2.1. Conceito de Soldagem

Classicamente a soldagem é considerada como um processo de união, porém, na

atualidade, muitos processos de soldagem ou variações destes são usados para deposição de

material sobre uma superfície, visando à recuperação de peças desgastadas ou para a

formação de um revestimento com características especiais.

Usualmente costuma-se definir soldagem como "processo de união de metais por

fusão", entretanto deve-se ressaltar que não apenas os metais são soldáveis e que é possível se

soldar sem fusão. Para efeito de nosso estudo, vamos utilizar duas definições de soldagem

propostas na literatura:

- "Operação que visa obter a união de duas ou mais peças, assegurando na

junta a continuidade das propriedades físicas e químicas". (Dutra & Quites)

- "Processo de união de materiais usados para obter a coalescência localizada

de metais e não metais, produzida por aquecimento até uma temperatura

adequada, com ou sem utilização de pressão e/ou material de adição".

(American Welding Society - AWS)

Durante a soldagem dos diversos materiais, a temperatura do metal adjacente à solda

atinge valores nos quais transformações microestruturais podem ocorrer. A ocorrência destas

mudanças e o seu efeito sobre a junta soldada - em termos de resistência à corrosão e

propriedades mecânicas - depende do teor de elementos de liga, espessura da chapa, metal de

adição usado, configuração da junta, método de soldagem utilizado e habilidade do soldador.

Apesar destas transformações microestruturais, o principal objetivo da soldagem é produzir

uma solda com qualidade igual ou superior àquela do metal de base.

O processo de soldagem teve seu grande impulso durante a II Guerra Mundial, devido

à fabricação de navios e aviões soldados. A evolução dos processos de soldagem ocorreu ao

longo do tempo. Segundo Houldcroft, cada processo de soldagem deve preencher os seguintes

requisitos:

* Gerar uma quantidade de energia capaz de unir dois materiais, similares ou não.

* Remover as contaminações das superfícies a serem unidas.


* Evitar que o ar atmosférico contamine a região durante a soldagem.

* Propiciar o controle da transformação de fase, para que a solda alcance as

propriedades desejadas, sejam elas físicas, químicas ou mecânicas.

2.2. A Importância da Soldagem

A soldagem é um dos mais importantes e versáteis meios de fabricação disponíveis na

indústria. A soldagem é usada para unir centenas de diferentes ligas comerciais em muitas

diferentes formas. Aços carbono, ligados e aços inoxidáveis, bem como numerosas ligas não

ferrosas tais como o alumínio, níquel e cobre, e metais como o titânio, nióbio, molibdênio e

zircônio são extensivamente soldados. Muitos metais resistentes às altas temperaturas e

superligados são transformados em componentes úteis pela soldagem. Metais numa larga

faixa de espessura, desde poucos milímetros até materiais espessos são soldados. Realmente,

muitos produtos não podem ser fabricados sem a utilização da soldagem, como por exemplo,

produtos da usina nuclear, vasos de pressão e equipamentos da indústria química, etc..

A soldagem é de grande importância econômica devido ser uma das ferramentas

disponíveis mais importante para o engenheiro em seu esforço para reduzir custos de

produção e fabricação. A maior liberdade de projeto também é possível pelo uso da soldagem;

o que é uma grande vantagem deste processo de fabricação.

2.3. Efeitos da Soldagem nos Aços

A grande maioria dos aços usados na soldagem consistem de aço carbono baixo

carbono (C ≤ 0,30%). A fração restante consiste de aços carbono alto carbono e aços ligados.

A experiência prática tem mostrado que estas ligas não podem ser soldadas com o

mesmo grau de dificuldade. Por exemplo, aços carbono com menos de 0,15% de carbono

podem ser facilmente soldados por quase todos os processos resultando soldas de boa

qualidade. Aços com conteúdo de carbono entre 0,15 a 0,30% podem ser totalmente soldados

em espessuras até 12,7 mm. A soldagem de seções mais espessas poderá ou não necessitar de

cuidados especiais. A soldagem de aços de alta resistência requer consideração especial, de

forma que o calor de soldagem não prejudique a sua microestrutura temperada e revenida.


A razão pela qual todos os aços não podem ser soldados sem o uso de materiais

especiais ou operações suplementares é que os mesmos são mais facilmente alterados pelo

calor de soldagem do que outros. A aplicação do calor produz uma alteração estrutural, efeitos

térmicos e mecânicos no metal a ser soldado ou em qualquer outro que venha a ser parte

integrante da união. È suficiente dizer que os efeitos incluem expansão e contração, mudanças

metalúrgicas (tais como, crescimento de grão) e alterações composicionais. No componente

soldado, estes fatos podem aparecer de duas maneiras:

a) A presença de trincas no metal base e no metal de solda bem como porosidade

ou inclusões no metal de solda.

b) Mudanças nas propriedades do metal base tais como resistência, ductilidade,

tenacidade e resistência à corrosão.

Estes efeitos da soldagem podem ser minimizados ou eliminados através de mudanças

nos métodos e práticas envolvidos na soldagem.

2.4. Classificação dos Processos de Soldagem

Uma peça metálica pode ser considerada como sendo formada por um grande número

de átomos ligados aos seus vizinhos, estabelecendo um arranjo espacial característico. Cada

átomo está distante do outro numa extensão r0 onde a energia do sistema é mínima, não

tendendo a ligar-se a qualquer outro.

Na superfície, o número de vizinhos é menor implicando em energia maior que o

átomo do interior. Uma união é possível se houver uma diminuição desta energia, como por

exemplo, através da aproximação a distâncias bem pequenas (da ordem de r0) de duas peças

metálicas. É o que acontece quando se coloca em contato dois blocos de gelo.

Energia

Distância

r0


No caso de duas peças metálicas isto não ocorre, exceto em raras situações, devido a:

- As superfícies metálicas apresentam grande rugosidade em escala atômica;

- As superfícies metálicas estão cobertas por camadas de óxidos, umidade, graxa,

poeira, etc., impedindo a ligação metal/metal.

Os dois modos de superar estes obstáculos deram origem aos dois grandes grupos de

processos de soldagem. De acordo com a natureza da união os mesmos podem ser divididos

em dois grandes grupos a saber: soldagem por fusão e soldagem por pressão.

A soldagem por pressão consiste na aplicação de pressões elevadas que deformam a

superfície dos materiais, diminuindo a rugosidade da superfície e, consequentemente, a

distância média entre as mesmas. São processos de aplicação mais ou menos restritas. Dentre

estes podemos citar:

* Resistência Elétrica com junta overlap (sobreposição): por pontos e por costura.

* Resistência Elétrica com junta de topo: por centelhamento e por resistência pura.

* Por Indução

* Por Atrito

Na soldagem por fusão, a energia é aplicada com a intenção de produzir calor capaz de

fundir o material, produzindo a ligação das superfícies na solidificação. Inclui a maioria dos

processos mais utilizados atualmente, podendo ser subclassificado em:

* Soldagem a chama: oxi-acetilênica e ar-acetileno.

* Soldagem a arco encoberto com fio contínuo ou com fita contínua.

* Soldagem a arco descoberto com eletrodo autoprotetor: eletrodo revestido (protetor

externo) ou eletrodo tubular (protetor interno).

* Soldagem a arco descoberto com eletrodo imerso em atmosfera gasosa: com fio contínuo

(MIG/MAG) ou com eletrodo permanente (TIG).

Os processos de soldagem também podem ser classificados de acordo com o tipo de

fonte de energia. As fontes de energia empregadas nos processos de soldagem são mecânica,

química, elétrica e radiante.

a) Fonte mecânica – O calor é gerado por atrito ou por ondas de choque, ou por deformação

plástica do material.


b) Fonte química – O calor é gerado por reações químicas exotérmicas como, por exemplo, a

queima de um combustível (chama) ou a reação de oxidação do alumínio.

c) Fonte elétrica – O calor é gerado ou pela passagem de corrente elétrica ou com a formação

de um arco elétrico. No primeiro caso, o aquecimento é realizado por efeito joule,

enquanto no segundo é através do potencial de ionização, corrente e outros parâmetros de

soldagem.

d) Fonte radiante – O calor é gerado por radiação eletromagnética (laser) ou por um feixe de

elétrons acelerados através de um potencial.

2.5. O Engenheiro de Soldagem

O engenheiro de soldagem pode ser considerado em quatros campos da engenharia, a saber:

1. O projeto de máquinas, estruturas e equipamentos;

2. As propriedades dos materiais disponíveis;

3. Os processos, procedimentos e equipamentos da indústria de soldagem;

4. Inspeção para manter a qualidade e sanidade das juntas soldadas até um nível

definido e apropriado para o serviço.

Ele é chamado para decidir sobre problemas pertinentes a estes campos. Por exemplo, ele

deve responder perguntas tais como:

- O projeto é adequado para o serviço requerido?

- O material é adequado para o serviço requerido?

- O processo de soldagem, os procedimentos e o equipamento de soldagem são

adequados?

Quando discute estas questões, o engenheiro de soldagem freqüentemente refere-se à

característica do material denominada "soldabilidade". O que significa soldabilidade? Este termo

não tem um significado aceitável universalmente e a sua interpretação varia largamente de

acordo com o ponto de vista de cada um. A AWS define soldabilidade como "a capacidade do

metal ser soldado sob condições de fabricação impostas para uma estrutura específica e adequada

e para satisfazer plenamente o serviço requerido".

Deve ser entendido, primeiramente, que a adequação de uma estrutura soldada para uma

condição específica de serviço depende dos seguintes fatores:

a) o projeto da estrutura, incluindo as juntas soldadas,


b) as características e propriedades do material base,

c) as propriedades e características das soldas e do material na região adjacente ao

cordão de solda.

2.6. Seleção dos Processos de Soldagem

As estruturas de aços baixo carbono e não ligados podem ser projetadas com base nas

propriedades do metal base e na composição do metal de solda. Entretanto, quando aços de alta

resistência e aços ligados necessitam de serem soldados deve-se levar em consideração a seleção

dos processos de soldagem e das técnicas de soldagem. Estes parâmetros podem exercer uma

influência significante na qualidade da solda e nas características da zona afetada pelo calor e por

conseqüência, na soldabilidade destes aços.

A indústria da soldagem desenvolveu vários processos que são capazes de produzir

satisfatoriamente uma junção em um aço. Freqüentemente, a seleção para uma aplicação

particular baseia-se em numerosos fatores que podem afetar as propriedades mecânicas desejadas

da junta. Eles incluem a espessura e dimensão das partes; a posição das juntas a soldar; a

quantidade de componentes a serem fabricados; a possibilidade de mecanização do processo; a

aparência da junta acabada; e o custo e limitações estabelecidas para o produto.

2.7. As Propriedades dos Aços e a Soldagem

A extensiva substituição das estruturas rebitadas pelas soldadas iniciou-se durante a II

Guerra Mundial e continua até hoje. Inicialmente esta substituição baseava-se nos ganhos de

custos e produtividade, entretanto, os projetistas perceberam que as propriedades requeridas na

construção de certas estruturas somente podiam ser obtidas através da soldagem. Por

conseguinte, as propriedades do aço e da junta soldada são importantes para o projetista,

metalurgista de soldagem e o engenheiro de soldagem.

Neste caso, deve-se conhecer as propriedades da junta que deve ser considerada no

projeto da estrutura soldada e que influenciam a performance da mesma. As propriedades mais

importantes incluem o limite de resistência à ruptura, ductilidade, tenacidade da fratura,

resistência à fadiga, propriedades a temperatura elevada e resistência à corrosão. As propriedades


dos materiais e aquelas requeridas na junta soldada é que vão ditar os procedimentos de

soldagem a serem adotados. Abaixo citam-se alguns casos práticos:

a) Soldagem de aços resistentes ao desgaste e de alta temperabilidade necessitam de

tratamentos de pré e pós aquecimento para evitar a formação de estruturas frágeis na

zona afetada pelo calor.

b) Aços de alto coeficiente de expansão térmica devem ser soldados com baixo aporte

de calor ou deve-se utilizar técnicas especiais de soldagem para evitar distorções.

c) Na soldagem de aços inoxidáveis ferríticos, deve-se controlar o aporte de calor para

evitar crescimento de grão ou formação de martensita no seu contorno, o que pode

fragilizar a junta soldada.

d) Materiais susceptíveis à corrosão sob tensão devem ser submetidos a tratamento de

alívio de tensão ou ter aplicação de alguma técnica para as tensões internas de tração.

2.8. O Arco Elétrico

O estudo do arco elétrico é importante na soldagem porque:

a) Nos processos em que ele se aplica, o arco elétrico é a fonte de calor necessária

para se executar a soldagem, sendo responsável pela formação da poça de fusão,

pelo aquecimento do eletrodo e pelos ciclos térmicos de soldagem.

b) Sua alta temperatura e turbulência produz intensas reações químicas,

principalmente, reação gás-metal e reações escória-metal.

c) O arco elétrico é o responsável pela transferência do metal de adição da ponta do

eletrodo para a poça de fusão.

d) A demanda necessária para manter um arco estável determinas as características

que a fonte de energia deve possuir.

Um arco elétrico ou voltaico pode ser definido como "a descarga de corrente elétrica

mantida através de um gás, iniciada por uma quantidade de elétrons emitidos do eletrodo

negativo (cátodo) aquecido". Todavia todo gás é isolante térmico nas condições normais de

temperatura e pressão. Portanto para que ele se torne condutor é necessário ionizá-lo, ou seja,

formar íons ou elétrons livres em sua constituição. Um gás ionizado recebe a denominação de


plasma. Nessa definição existem três conceitos importantes para o conhecimento do arco

elétrico: calor, ionização e emissão.

Em soldagem, o arco normalmente ocorre entre um eletrodo cilíndrico e um plano (a

peça), dando a esse um formato típico de tronco de cone. O eletrodo pode ser um material

refratário como o tungstênio (eletrodo não consumível) ou de metal de menor ponto de fusão

como o aço (eletrodo consumível). Neste último caso, o processo é mais complicado pois

tem-se: (a) passagem de metal fundido (e, às vezes, de escória) através do arco, (b) geometria

variável da ponta do eletrodo e (c) comprimento de arco variável e dependente do balanço

entre as velocidades de alimentação e fusão do eletrodo.

2.8.1. Perfil Elétrico

Eletricamente, o arco de soldagem pode ser caracterizado pela diferença de potencial

entre as suas extremidades e pela corrente que circula por este. A queda de potencial não é

uniforme ao longo do mesmo, podendo ser divido em três regiões principais:

a) Zona de Queda Catódica: os elétrons são emitidos e acelerados para o ânodo

através de campos elétricos.

b) Coluna de Plasma: constituída de elétrons livres, íons positivos, íons negativos.

Forma o plasma, sendo a parte visível e brilhante do arco.

c) Zona de Queda Anódica: constituída por elétrons. A queda de tensão é igual ao

potencial de ionização do gás circundante.

A coluna de plasma corresponde a quase todo o volume do arco, podendo Ter vários

milímetros de comprimento, enquanto que as zonas de queda são pequenas regiões junto aos

eletrodos, com espessuras da ordem de 10-2 a 10-3 mm. A queda de tensão na região anódica

(VA) varia entre 1 e 10V e a catódica (VC), entre 1 e 15V, e são normalmente independente do

comprimento do arco (la).

A queda de tensão na coluna de plasma é aproximadamente proporcional ao

comprimento do arco (VCP ≈ E.la). E é o campo elétrico na coluna e depende da composição

do gás de plasma. Em função do exposto, a tensão no arco, para um dado valor de corrente,

pode ser representada pela equação de uma reta em função de la:

V = (VC + VA) + E . la


O calor é devido à movimentação de cargas elétricas no arco de um eletrodo

permanente; a ocorrência de choques entre estas cargas gera o calor. O cátodo precisa emitir

uma grande quantidade de elétrons, pois estes conduzem mais de 90% da carga elétrica

através do arco. No arco, os íons positivos são praticamente imóveis se comparados com a

velocidade dos elétrons, sendo estes, portanto, os responsáveis pela geração do calor. No caso

de arco elétrico de eletrodos consumíveis, além do choque entre íons, ocorre também choque

entre estes e átomos gerados na fusão do eletrodo e entre íons e as gotas que atravessam o

arco.

A emissão termoiônica é um processo de liberação de elétrons de uma superfície

aquecida. A mesma ocorre, basicamente, do aquecimento do material a uma temperatura

suficientemente alta para causar a emissão (ou "vaporização") de elétrons em sua superfície

por agitação térmica. A densidade de corrente resultante do efeito termoiônico é estimada pela

equação empírica de Richardson-Dushman, também conhecida por "taxa de emissão

termoiônica (Ie)":

Ie = A.T2.exp(-eφ/κT) (A/m2)

Onde: A = constante que vale 6 a 7 x 105 A/m-2.oK-2

T = temperatura absoluta (oK)

e = carga do elétron (1,6 x 10-19C)

κ = constante de Boltzmann (1,38 x 10-23 J/oK)

φ = função trabalho termiônico do material (eV)

A função trabalho termiônico representa a energia térmica que ser absorvida pelo

elétron para ser emitido como elétron livre.

A ionização ocorre quando um elétron localizado em uma órbita mais externa recebe

uma quantidade de energia, sendo forçado para a órbita de maior energia. Conforme a energia

que o elétron recebe, ele pode ou não sair da influência de campo eletromagnético do átomo e

tornar-se um elétron livre. A energia necessária à produção de um elétron livre é chamada de

potencial de ionização. No caso dos arcos elétricos de soldagem, o interesse está voltado para

a ionização térmica, que é a ionização por colisão entre as partículas bem aquecidas.

Para se obter um arco voltaico para soldagem deve-se aquecer o gás existente entre o

eletrodo e a peça e sujeitá-lo a um bombardeio eletrônico. Isto é conseguido, por exemplo,


quando se toca o eletrodo na peça fazendo com que a tensão caia rapidamente para um valor

próximo de zero e a corrente cresça a um valor elevado. Por efeito Joule, isto provoca um

aquecimento na região de contato até a incandescência, favorecendo a emissão termoiônica. A

quantidade de calor liberada facilita o arrancamento dos elétrons dos átomos do ambiente

gasoso, ionizando o gás. Com a ionização térmica, o eletrodo pode ser afastado do metal base

sem que o arco elétrico seja extinto.

2.8.2. Efeitos Magnéticos

O arco de soldagem é um conduto de corrente elétrica e assim sensível às interações

da corrente elétrica por ele transportada com os campos magnéticos por ela gerada. Se um

condutor de comprimento l, percorrido por uma corrente elétrica i, é colocado numa região

onde exista um campo magnético B, então ele experimenta uma força F, conhecida como

"Forca de Lorentz", que é dada por:

F = B . i . l

Um importante efeito magnético que é o responsável pela penetração do cordão de

solda e por garantir a transferência da gota metálica, sempre no sentido eletrodo-peça,

independente da polaridade, é conhecido por "Jato de Plasma".

Sendo o arco de soldagem um condutor elétrico gasoso de forma cônica, quando a

corrente elétrica passa por ele, induz um campo magnético de forma circular concêntrico com

seu eixo. Surgem assim forças de Lorentz na região do arco, que têm sempre o sentido de fora

para dentro.

P2

P1

d1

d2

Eletrodo

Peça

Fs Fs

Fi Fi

d1 < d2 ⇒ Fs > Fi ⇓

P1 > P2


A intensidade do campo magnético diminui com o quadrado da distância ao eixo

condutor. Como o diâmetro do arco é menor na região próxima ao eletrodo, as forças de

Lorentz tendem a ser maiores nessa região. Assim a pressão interna do arco na região próxima

do eletrodo é sempre maior que na proximidade da peça. Essa diferença de pressão causa um

fluxo de gás no sentido eletrodo peça, que é o "Jato de Plasma".

Considerando que tanto o campo magnético como as forças de Lorentz são

proporcionais à intensidade da corrente, quanto maior for esta, mais forte será o jato de

plasma e consequentemente, maior a penetração do cordão de solda.

Na extremidade fundida de eletrodos consumíveis, as forças de Lorentz são capazes de

deformá-la, tendendo a estrangular a parte líquida e separá-la do fio sólido, promovendo dessa

forma a transferência da gota metálica.

Um outro efeito das forças de Lorentz é o chamado "Sopro Magnético". Usualmente o

campo magnético induzido pela corrente tende a se distribuir uniformemente em torno do

arco. Quando esta distribuição é perturbada, levando a uma maior concentração do campo

magnético em um dos lados do arco, a força magnética passa a possuir uma componente

transversal que tende a desviar lateralmente o arco. Este efeito, sopro magnético, dificulta a

soldagem e aumenta as chances de formação de descontinuidades no cordão. Suas causas

relacionam-se, principalmente, às mudanças bruscas na direção da corrente elétrica e uma

distribuição assimétrica de material ferromagnético em torno do arco. O sopro magnético

pode ser minimizado por medidas como:

• Inclinar o eletrodo para o lado que se dirige o arco,

• Reduzir o comprimento do arco,

• Balancear a saída de corrente da peça, ligando-a à fonte por mais de um cabo,

• Reduzir a corrente de soldagem,

• Soldar com corrente alternada.

2.9. Preparação das Juntas a Soldar

A soldagem visa produzir uma junta entre dois elementos sólidos, conforme definição

já comentada. Esta junta pode configurar-se de diversas maneiras, condicionando

diferentemente o processo de soldagem.


O posicionamento das peças para união determina os vários tipos de juntas. Os

principais tipos de juntas são os seguintes:

Junta de Topo: são aquelas em que os componentes a soldar encontram-se topo a topo,

de modo que, numa seção transversal, estes componentes apresentam-se num mesmo nível.

Exemplo:

Junta em Ângulo: juntas em que, numa seção transversal, os componentes a soldar

apresentam-se sob a forma de um ângulo. Exemplo:

Juntas Sobrepostas: juntas formadas por dois componentes a soldar, de tal maneira que

suas superfícies se sobrepõem. Exemplo:

Juntas de Aresta: junta formada por dois componentes a soldar, de tal modo que os

bordos dos mesmos formam um ângulo de 180o . Exemplo:

Muitas vezes durante a soldagem, as dimensões das peças, a facilidade de se movê-las

e a necessidade de projeto exigem uma preparação das mesmas na forma de cortes ou

conformação especial da junta. Estas aberturas ou sulcos na superfície da peça ou peças a

serem unidas e que determinam o espaço para conter a solda recebe o nome de chanfro. Os

chanfros podem ser preparados por operações de corte a chama, plasma ou por usinagem.


O tipo de chanfro a ser usado em uma soldagem específica é escolhida em função do

processo de soldagem, espessura das peças, suas dimensões, facilidades de acesso à região da

solda, etc.. Alguns dos principais tipos de chanfros mais comumentes usados em soldagem

são mostrados na figura abaixo.


2.10. Exercícios Propostos

1. Conceitue soldagem e dê três exemplos de situações em que se realiza um processo de

soldagem.

2. Por que é possível se soldarem dois blocos de gelo por aproximação?

3. Quais são os tipos de fonte de energia empregados nos processos de soldagem?

Identifique pelo menos dois processos de soldagem que empregam cada uma delas.

4. Desenhe esquematicamente os quatro tipos de juntas possíveis de serem usadas nos

diversos processos de soldagem e caracterize cada uma delas.

5. Explique como ocorre a soldagem nos processos de soldagem por pressão. Exemplifique.

6. Cite o nome de quatro processos de soldagem por fusão.

7. Considerando que o gás é isolante nas condições normais de temperatura e pressão, o que

é necessário para que ele se torne condutor da corrente elétrica? Explique o fenômeno.

8. Explique como se dá a abertura de um arco voltaico de soldagem.

9. Por que o arco elétrico é a fonte de calor mais usada hoje em dia para a soldagem por

fusão?

10. Explique como a correta definição e escolha do chanfro aplicável a uma junta pode

interferir com a redução dos custos, considerando que esta deve ser uma das mais

importantes preocupações do profissional de soldagem.

11. Se você fosse soldar uma chapa de 25 mm de espessura utilizando o processo de soldagem

por eletrodo revestido e uma junta de topo com acesso somente por um lado, que tipos de

chanfros você poderia usar? Você realizaria a solda em passe único?

12. Por que a preparação das juntas a soldar é de extrema importância num processo de

soldagem?

13. Caracterize as três regiões do arco de soldagem.

14. Explique como as forças de Lorentz influenciam no grau de penetração do cordão de solda

e na transferência da gota metálica.

15. Conceitue sopro magnético e indique medidas para minimizar ou eliminar a sua

ocorrência.

16. Que proporção da corrente elétrica no arco é transportada por elétrons? E por íons

positivos?


3. METALURGIA DA SOLDAGEM

A maioria dos processos de soldagem utiliza o calor como principal fonte de energia,

sendo necessário fornecê-lo à poça de fusão em quantidade e intensidade suficientes, de forma a

garantir a execução de uma solda de boa qualidade. O calor é, portanto, elemento essencial à

execução de uniões soldadas mas pode por outro lado, representar fonte potencial de problemas

devido à sua influência direta nas transformações metalúrgicas que ocorrem na junta soldada.

As condições térmicas na solda e nas regiões próximas a ela devem ser estabelecidas

para controlar estes fenômenos metalúrgicos na soldagem. De particular interesse pode-se citar:

- aporte de energia ou de calor à junta soldada;

- rendimento térmico do arco elétrico;

- a distribuição da temperatura máxima (ciclo térmico) na zona afetada pelo calor (ZAC);

- as velocidades de resfriamento em pontos do metal de solda e zona afetada pelo calor;

- a velocidade de solidificação do metal de solda.

A velocidade de resfriamento é um dos aspectos mais importantes do fluxo térmico,

uma vez que, após um ponto de solda ter alcançado sua temperatura máxima, o tempo no qual

ele resfria exerce um efeito significativo sobre a estrutura e as propriedades do metal de base.

A maioria dos processos de soldagem por fusão é caracterizado pela utilização de uma fonte

de calor intensa e localizada. A história térmica de um ponto na soldagem pode ser dividida

de maneira simplificada, em duas etapas básicas: uma etapa de aquecimento e outra de

resfriamento.

3.1. Macroestrutura de uma Junta Soldada

É interessante sabermos que nas soldas existem três zonas de particular interesse, as

quais podem ser identificadas por exame macrográfico. Na figura 1 representa-se a seção

transversal de uma solda identificando as três regiões principais da solda.


Figura 1 – Macrografia de uma junta soldada

Zona Fundida (ZF) → composta pelo metal de base e metal de adição ou somente

pelo metal de base, no caso de soldagem autógena. Nesta região as temperaturas são maiores

que a temperatura de fusão do material, sendo pois, a região da junta soldada onde

efetivamente ocorreu a fusão e subsequente solidificação.

A zona fundida pode ser formada sob as mais diversas condições. Na soldagem a arco

com eletrodo consumível, o metal de adição fundido é transferido para a poça de fusão na

forma de gotas, aquecidas a temperaturas muito elevadas, acima de 2000oC, no caso de aços.

A composição química final da zona fundida depende da diluição, ou seja, da

participação relativa do metal de base e do metal de adição na formação da zona fundida. A

diluição (D) é determinada pela razão entre a massa do metal de base fundida e a massa total

da solda.

Uma das formas de se avaliar a diluição é através de macrografias da seção transversal

da junta soldada. A diluição varia com o processo de soldagem, sendo por exemplo de 10 a

30% para o processo de soldagem por eletrodo revestido, de até 80% na soldagem por arco

submerso e 0% na brasagem.

O controle da diluição é importante na soldagem de metais dissimilares, na deposição

de revestimentos especiais sobre uma superfície metálica, na soldagem de metais de

composição química desconhecida, caso muito comum em soldagem de manutenção e na

soldagem de materiais que tenham altos teores de elementos prejudiciais à zona fundida,

como o carbono e o enxofre.

Vejamos um exemplo prático da importância do controle da diluição envolvendo aços

inoxidáveis. Para tal utilizaremos os diagramas de Schaefler e Bystram situando nos mesmos as

ZF

MB ZAC

A

D = (%) onde: A = quantidade de metal base na ZF

B + A B = quantidade de metal de adição na ZF


composições químicas do metal base e metal de adição e, como conseqüência poderemos prever

a estrutura da zona fundida e os problemas característicos.

Exemplo:

Soldagem de chapas de aço AISI 430 utilizando eletrodo AWS E309-16. Considerar

diluição de 30%, que é o percentual do metal de base no metal de solda.

Composição química do metal depositado com eletrodo E309-16 é a seguinte:

C = 0,09% Mn = 0,70% Cr = 22,1% Ni = 12,5% Si = 0,70%

Composição química do aço AISI 430:

C = 0,03% Mn = 0,90% Cr = 19,3% Si = 0,40%

Utilizando o Diagrama de Schaefler, calcula-se os valores de cromo e níquel equivalentes

para o metal de base e o metal depositado:

a) Creq = %Cr + %Mo + 1,5 %Si + 0,5 %Nb

Metal depositado: Creq = 22,1 + 0,00 + 1,5 . 0,70 = 23,20%

Metal de base: Creq = 19,3 + 0,00 + 1,5 . 0,40 = 19,9%

b) Nieq = %Ni + 30 %C + 0,5 %Mn

Metal depositado: Nieq = 12,5 + 30 . 0,09 + 0,5 . 0,70 = 14,74%

Metal de base: Nieq = 0 + 30 . 0,03 + 0,5 . 0,90 = 1,35%

Localizando no diagrama de Schaefler as composições químicas relativas ao metal de

base e ao eletrodo, encontramos dois pontos equivalentes ao metal depositado e metal de base.


Unindo-os e considerando a diluição de 30% vemos que a zona fundida será formada por

austenita e ferrita, com o teor desta última da ordem de 18%. Nesta região, a liga está livre dos

quatro defeitos previstos no diagrama de Bystram, ou seja, a solda poderá ser executada sem

problemas.

Diagrama de Bystram

Zona Afetada pelo Calor (ZAC) → correspondente à região do metal de base não

fundida adjacente à zona de fusão, porém, cujas temperaturas são sempre superiores à


temperatura de transformação do material, podendo provocar alterações nas suas propriedades

e microestrutura. Também chamada Zona Termicamente Afetada (ZTA).

As características da ZAC dependem principalmente do tipo de metal de base e do

processo e procedimentos de soldagem, ou seja, do ciclo térmico e da repartição térmica. De

acordo com o tipo de metal que está sendo soldado, os efeitos dos ciclos térmicos poderão ser

os mais variados. No caso de metais não transformáveis (o alumínio, por exemplo), a

mudança estrutural mais marcante será o crescimento de grão.

Em metais transformáveis, a ZAC será mais complexa. No caso dos aços carbono e

aços baixa liga, a ZAC apresentará as seguintes regiões características:

a) Região de Crescimento de Grão: compreende a região do metal de base, mais

próxima da solda, que foi submetida a temperaturas próximas da temperatura de fusão. Nesta

situação a estrutura austenítica sofre um grande crescimento de grão. Este crescimento

depende do tipo de aço e da energia de soldagem e, constitui a região mais problemática da

ZAC podendo apresentar menor tenacidade e problemas de fissuração. É caracterizada por

uma estrutura grosseira, com placas de ferrita, podendo apresentar perlita, bainita ou

martensita.

b) Região de Refino de grão: compreende a região da junta aquecida a temperaturas

comumente usadas na normalização dos aços (900 a 1000oC). Após o processo de soldagem,

esta região é caracterizada por uma estrutura fina de ferrita e perlita, não sendo problemática

na maioria dos casos.

c) Região Intercrítica: nesta região, a temperatura de pico varia entre 727oC e a linha

A3, sendo caracterizada pela transformação parcial da estrutura original do metal de base.

A - Região de Granulação

Grosseira

B - Região de Granulação Fina

C - Região Intercrítica


Metal de Base (MB) → região mais distante do cordão de solda moderadamente

aquecida ou sem nenhuma influência do calor de soldagem. Não apresentam mudanças

microestruturais perceptíveis. As temperaturas são inferiores às temperaturas críticas para o

material (inferior a 727oC no caso dos aços carbono).

A linha de fusão ou zona de ligação é a região que faz a ligação entre os cristais da

zona de fusão com os cristais da zona termicamente afetada. Em uma micrografia observa-se

que se trata de uma linha de transição estrutural. É a região que durante a soldagem foi

aquecida entre a linha liquidus e a linha solidus.

Quanto à sua geometria, os cordões de solda apresentam os seguintes elementos:

- Reforço: máxima altura alcançada pelo excesso de material de adição, medida a

partir da superfície do material de base.

- Largura: máxima distância entre os pontos extremos alcançados pela fusão, sobre a

superfície do material de base.

- Penetração: máxima profundidade alcançada pela fusão, medida perpendicularmente

à superfície do material de base.

- Raiz da Solda: região do primeiro passe ou demão, junto à parede ou encosto dos

bordos.

3.2. Fluxo Térmico na Soldagem

Para a soldagem a arco, pode-se considerar o arco como a única fonte de calor, definida

pela sua energia de soldagem. Verifica-se que uma parte desta energia disponível é dissipada

para a atmosfera sob a forma de calor irradiante, outra pequena fração perde-se por convecção no

meio gasoso que protege a poça de fusão e, uma terceira parte é realmente usada para a execução

da soldagem. Conclui-se, portanto, que nem toda a energia disponível é integralmente

aproveitada para fundir o metal base e o eletrodo, sendo as perdas computadas através do que se

chama rendimento térmico do processo, o qual é uma relação entre a quantidade de energia

efetivamente absorvida na soldagem e a energia total fornecida ao arco.

A energia de soldagem é uma medida da quantidade de calor cedido à peça, por

unidade de comprimento, definida por Eab = ηt .E. A dissipação do calor ocorre principalmente

por condução na peça, das regiões aquecidas para o restante do material.


Considerando que sv

IUE

⋅= , podemos rescrever a equação de Eab como:

stab

IUE

νη

⋅⋅= onde:

Eab = energia absorvida pela peça, em J/mm

ηt = rendimento térmico do processo

U = tensão do arco, em volts

I = corrente de soldagem, em A

sv = velocidade de soldagem, em mm/s

Como não se consegue quantificar com precisão as perdas de energia em cada processo

e, consequentemente, não se sabe a energia entregue à peça, as equações apresentam um certo

erro. Uma das principais fonte de erro reside no fato de se considerar o rendimento térmico (ηt)

constante para cada processo, independentemente dos parâmetros de soldagem. Geralmente

consideram-se os seguintes valores para o rendimento térmico:

- Eletrodo revestido e MIG/MAG = 85 a 90% - Arco submerso = 95%

- Processo Oxi-acetileno = 35 a 65% - Processo TIG = 40 a 50%

O baixo rendimento térmico no processo TIG é devido ao fato do calor gerado no

eletrodo não ser transferido à peça, uma vez que o mesmo é retirado pela água de refrigeração, e

devido aos gases usados, os quais resfriam a peça.

O rendimento de fusão correlaciona a energia de soldagem absorvida com a energia

efetivamente utilizada na fusão da solda. É definida pela equação:

q

HS

t

sf ⋅

⋅⋅=

ην

η onde:

ηf = rendimento de fusão

S = área da seção transversal ao cordão (mm2)

H = energia necessária para aquecer e fundir o material (J/mm3)

q = calor por unidade de tempo (J/s)


Apresentam-se na tabela 1 alguns valores típicos para ηf e H.

Tabela 1 - Valores típicos de rendimento e energia de fusão

PROCESSO ηηηηf (%) MATERIAL H (J/mm3)

Oxiacetelênico < 5 Aço Baixa Liga 10

TIG 20 Aço Inoxidável 10

ER 30 Níquel 10

MIG / MAG 40 Cobre 06

AS 50 Alumínio 03

ET 80

Plasma 90

Laser 100

Como sv

qE = e EE tab ⋅=η pode-se reescrever a equação de ηf como:

E

HS

tf ⋅

⋅=η

η ou ab

f E

HS ⋅=η

3.3. Ciclos Térmicos de Soldagem

O processo de aquecimento e resfriamento da junta é denominado ciclo térmico de

soldagem. Na figura 2 representa-se esquematicamente um ciclo térmico de soldagem, o qual

consiste basicamente de três fases: a etapa de aquecimento do material num início do processo, o

ponto em que a temperatura máxima é atingida e finalmente, a etapa de resfriamento gradual até

que a temperatura retorne ao valor inicial.


Figura 2 – Ciclo Térmico de Soldagem Durante a soldagem, cada ponto de material processado passa por um ciclo térmico

cuja intensidade será função de sua localização em relação à fonte de energia, no caso, o

eletrodo. Esse ciclo térmico representa as temperaturas que o ponto em estudo atinge em cada

instante do processo. É possível, portanto, obter para qualquer ponto do sólido em estudo o

valor instantâneo da temperatura.

Dessa forma, se desejarmos conhecer o ciclo térmico a que será submetido um

determinado ponto da zona afetada pelo calor de uma junta soldada, ou se desejarmos

interpretar as transformações metalúrgicas em um ponto do metal de base próximo à região da

solda, bastará utilizarmos a equação abaixo:

00

113,41

TTE

yeC

TT fabp −+

⋅⋅⋅⋅=

−ρ

) , onde

Tp = temperatura máxima (oC) a uma distância y (mm) da linha de fusão da solda.

To = temperatura de pré aquecimento (oC)

Tf = temperatura de fusão (oC )

Eab= energia absorvida pela chapa (J/mm)

ρ = densidade do material (g/mm3)

C = calor específico do metal sólido ( J/g. oC )

e = espessura da chapa (mm)

A equação da temperatura máxima acima pode ser usada para várias finalidades, entre

as quais:

1. determinação da temperatura máxima em um ponto específico da ZAC;


2. para estimar a largura da ZAC;

3. mostrar o efeito da temperatura de pré aquecimento sobre a largura da ZAC.

Apesar da utilidade da equação de temperatura máxima, é importante recordar certas

restrições ao seu uso. A mais importante destas é que a equação é derivada para a condição de

"placas finas" na qual o calor é conduzido em direções paralelas ao plano da chapa. Quando o

fluxo de calor for essencialmente planar, o volume do metal afetado pelo calor (ZAC) por

unidade de comprimento de solda é 2.e.y. Este valor aplica-se às "placas espessas".

Para uma dada temperatura de pré aquecimento, os tempos de permanência de um

ponto considerado à temperatura máxima aumentam com o aumento do aporte de energia e

causam um decréscimo na velocidade de resfriamento. Para um dado valor de energia absorvida,

aumentando-se a temperatura de pré aquecimento diminui-se a velocidade de resfriamento..

À medida que nos distanciamos da fonte de energia, os ciclos térmicos assumem

características importantes. A figura 3 representa curvas típicas de uma família de ciclos

térmicos correspondentes à soldagem por arco de uma chapa de aço onde a curva superior

representa o ciclo térmico correspondente a uma temperatura máxima de 1400oC a qual foi

encontrada em um ponto localizado a 10 mm do centro do cordão de solda e a curva inferior

corresponde ao ciclo térmico de um ponto que alcança 515oC de temperatura máxima e que se

encontra a 25 mm do centro da solda, podemos fazer as seguintes observações:

Figura 3 – Ciclos Térmicos de Soldagem


* A temperatura máxima alcançada decresce rapidamente com o aumento da distância do ponto

considerado ao centro da solda.

* O tempo requerido para se chegar à temperatura máxima cresce à medida que se aumenta a

distância ao centro do cordão.

* As velocidades de aquecimento e resfriamento decrescem à medida que aumenta sua

distância ao centro do cordão.

Por outro lado, a determinação dos ciclos térmicos permite a obtenção das linhas

isotérmicas, ou seja, o efeito que o aporte de calor concentrado na poça de fusão de um cordão de

solda produz sobre a superfície da chapa mostrando a distribuição das linhas que alcançam igual

temperatura (isotermas) a distintas distâncias do centro do arco.

Supõe-se que a solda avança segundo uma linha horizontal na chapa; as linhas internas

encerram regiões que se encontram em temperaturas mais elevadas.

Quando se aumenta a temperatura de pré aquecimento as isotermas crescem, uma vez

que a entrega de energia adicional desloca a isoterma para pontos mais distantes do centro do

arco. Isto proporciona um aumento no tempo de aquecimento e eleva a temperatura máxima,

porém, diminui a velocidade de resfriamento.

Efeito contrário tem a condutividade térmica do material, ou seja, quanto maior for a

condutividade térmica da chapa as isotermas se contraem equivalendo dizer que o tempo de

aquecimento e a temperatura máxima diminuem e a velocidade de resfriamento aumenta.

3.4. Velocidade de Resfriamento e Temperaturas Máximas

Costuma-se caracterizar a etapa de resfriamento pelo valor da velocidade de

resfriamento a uma determinada temperatura T, ou pelo tempo t necessário para o ponto resfriar

de uma temperatura T1 a outra T2. Diversas variáveis podem influenciar a velocidade de

resfriamento de um material, dentre as quais citam-se:

a) Tipo de Metal de Base: quanto maior a condutividade térmica do material, maior é a

velocidade de resfriamento;


b) Geometria da Junta: considerando todos os outros parâmetros idênticos, uma junta em T

possui três direções para o fluxo de calor, enquanto uma junta de topo possui apenas duas,

como mostra a figura abaixo. Logo, juntas em T tendem a esfriar mais rapidamente.

Junta de Topo Junta em “T”

c) Espessura da Junta: até uma espessura limite, a velocidade de resfriamento aumenta com a

espessura da peça. Acima deste limite, a velocidade de resfriamento independe da espessura.

Figura 4 – Velocidade de resfriamento x espessura da junta

e) Energia de Soldagem e Temperatura Inicial da Peça: a velocidade de resfriamento

diminui com o aumento destes dois parâmetros e a repartição térmica torna-se mais

larga.

Figura 5 – Influência da energia de soldagem e temperatura de pré aquecimento sobre a

velocidade de resfriamento x espessura da junta


Visando verificar a relação da velocidade de resfriamento com o comprimento do cordão,

foi feito um experimento utilizando uma junta de topo (bitérmica) e uma junta em T (tritérmica)

sendo que em cada uma foi acoplado um termopar na região central do comprimento do cordão e

na cratera do mesmo. Os parâmetros de soldagem utilizados foram: corrente de 170 A, tensão de

28 V e velocidade de soldagem de 15 cm/min.

Pode-se fazer as seguintes observações:

1. A velocidade de resfriamento no início do cordão é maior do que ao longo do mesmo. O

mesmo ocorre com cordões pequenos. Isto é devido ao fato da peça estar inicialmente fria o

que favorece a troca de calor, além de que o calor pode fluir em várias direções ao passo que

ao longo do cordão, estas direções são apenas duas.

Esta velocidade de resfriamento alta pode gerar problemas na qualidade da solda de

forma que pode-se adotar alguns artifícios para minimizar o seu efeito, tais como pré aquecer

o local de início da soldagem ou usar almofada (sobremetal para ser cortado).

2. Quanto mais alta for a temperatura máxima num ponto, maior será a velocidade de

resfriamento.

3. Na cratera, a velocidade de resfriamento também é alta devido ao fato de inexistir arco durante

a solidificação nesta região, bem como, devido ao calor voltar a fluir em várias direções. Na

cratera ocorrem rechupes, cujo interior é irregular devido à formação de dendritas, implicando

em pontos de concentração de tensões e de heterogeneidade química, devido à segregação de

impurezas.

Termopar

Junta Bitérmica Termopar

Junta Tritérmica


As soluções que podem ser adotadas para evitar o problema são:

. soldar a mais e cortar o excesso,

. retornar o arco antes de apagá-lo e aquecer o final,

. refundir a cratera,

. fazer a “unha” do cordão que consiste em esmerilhar a região da cratera. Ao

recomeçar a operação de soldagem, a “unha” será preenchida com material de

adição, novamente. Este procedimento deve ser aplicado principalmente aos

materiais susceptíveis à fragilização.

A velocidade de resfriamento de um ponto considerado a uma certa distância da linha de

centro do cordão de solda de uma junta soldada pode ser determinada. A equação a ser utilizada

depende se se trata de chapa fina ou chapa grossa. Esta variável é definida em função da

espessura limite (τ), que depende da energia de soldagem.

( )abE

TTCe 0−⋅⋅⋅=

ρτ

τ > 0,75 → chapa espessa

τ < 0,75 → chapa fina

Para se calcular a velocidade de resfriamento entre duas chapas grossas de mesma

espessura, quando se deposita um grande número de passes, usa-se frequentemente a expressão:

( )ab

oc

E

TTkR

22 −⋅⋅=

π ,

Onde: R = velocidade de resfriamento (oC /s)

K = condutividade térmica do metal (J/mm . s . oC)

To = temperatura inicial da chapa (oC)

Tc = temperatura a partir da qual se deseja calcular a velocidade de resfriamento (oC)

Eab = energia absorvida pela chapa (J/mm)


Para chapas finas emprega-se a seguinte expressão:

( )30

2

2 TTE

eCkR c

ab

−⋅

⋅⋅⋅⋅= ρπ

Onde: ρ = densidade do material (g / mm3)

C = calor específico do material (J/g . oC)

e = espessura da chapa (mm)

A velocidade de resfriamento também é afetada pela espessura da peça. A

velocidade de resfriamento é tanto maior quanto maior for a espessura da placa, porém, a

partir de um certo valor de espessura a mesma torna-se constante. O aumento da velocidade

de resfriamento em função do aumento da espessura pode ser explicado pelo efeito de

contorno, o qual representa a condução de calor na peça a partir da extremidade. Para os

mesmos parâmetros de soldagem, o efeito de contorno deixa de existir ao se atingir uma

determinada espessura, conhecida como espessura limite, tendo em vista que para esta

espessura o gradiente de temperatura torna-se tão pequeno que mesmo aumentando-se a

massa de material, já não se verifica nenhuma influência na velocidade de resfriamento. A

este fenômeno é atribuído o fato da velocidade de resfriamento tornar-se constante a partir de

certo valor de espessura.

A espessura limite depende da energia de soldagem, sendo sua variação diretamente

proporcional à energia de soldagem. Como regra prática para os aços baixa liga pode-se adotar a

espessura limite como aproximadamente igual à energia de soldagem. Espessuras menores que a

espessura limite caracterizam as chapas finas e as maiores, as chapas grossas.

Para temperaturas máximas maiores, a velocidade de resfriamento assume valores mais

altos.

A temperatura de pré-aquecimento também tem efeito sobre a velocidade de

resfriamento. Com temperaturas de pré-aquecimento mais altas, o gradiente de temperatura é

menor e, portanto, menor será a velocidade de resfriamento.


3.5. Diagrama de IRSID

O diagrama francês ou IRSID é um ábaco para determinação do tempo de

resfriamento nas temperaturas entre 800 e 500oC. É muito usado pois considera a energia

equivalente absorvida pela peça em função da eficiência do processo e geometria da junta.

A seguir descreve-se as etapas para a sua utilização.

a) A partir dos parâmetros de soldagem (corrente, tensão e velocidade de soldagem)

calcula-se a energia total entregue à peça.

s

IUE

ν⋅⋅⋅

=1000

60 [kJ/cm]

b) Em função da geometria da junta ou do ângulo formado na junta em "X" ou "V"

após o primeiro passe, efetua-se a correção da energia de soldagem, agora denominada

energia corrigida (Ecorr).

Para se obter o valor de Ecorr deve-se traçar uma linha perpendicular ao eixo da

energia total, anteriormente calculada, até atingir uma das três linhas que indicam a condição

da junta, a saber: ϕ = 270o ou a = s; ϕ = 240o ou a = s/2 e ϕ = 180o ou a = 0.

A partir do ponto onde encontrou uma das linhas que indicam a condição da junta,

traça-se uma perpendicular à escala da energia corrigida, determinando-se o valor de Ecorr.

c) A próxima etapa consiste na determinação da energia equivalente absorvida pela

peça, a qual é determinada de modo análogo à energia corrigida, porém, a perpendicular deve

encontrar a linha de eficiência do processo (TIG, MIG/MAG ou SMAW/SAW).

d) O diagrama IRSID tem como abcissa a energia equivalente transferida e como

ordenada, a espessura da placa. Uma vez conhecidos estes valores basta marcar o ponto de

interseção no diagrama e ler o valor do tempo de resfriamento. No caso de haver pré

aquecimento da placa, deve-se fazer a correção dos valores de espessura e da energia

equivalente transferida em função da temperatura de pré aquecimento.

Uma outra utilização para o diagrama IRSID está na determinação dos parâmetros de

soldagem. Os mesmos podem ser obtidos a partir do tempo de resfriamento, o qual pode ser


calculado pelos diagramas CRC em função do teor de martensita admitida ou pela dureza e da

espessura da placa, bastando para isto um procedimento inverso ao anteriormente comentado.


3.6. Tratamentos Térmicos

Conforme já estudamos, para se obter o controle metalúrgico de uma junta soldada e,

por conseqüência, o controle das propriedades mecânicas, é necessário que se conheça os ciclos

térmicos a que a junta soldada é submetida. Os tratamentos térmicos tem o objetivo de alterar ou

conferir características determinadas à junta soldada.

Os tratamentos térmicos mais comumente empregados para melhorar as propriedades

das juntas soldadas são:

a) antes da soldagem: pré aquecimento

b) após a soldagem: recozimento para alívio de tensões, recozimento pleno e

normalização.

a) Pré aquecimento

O pré aquecimento consiste em aquecer o metal base acima da temperatura ambiente

antes da soldagem. Tem como objetivo, em princípio, a prevenção de nucleação de trincas na

zona de fusão e na zona afetada pelo calor.

Os principais efeitos do pré aquecimento são:

- menor tendência à formação da martensita devido à diminuição do tempo de resfriamento;

- redução da dureza obtida na zona afetada pelo calor;

- diminuição das tensões e distorções residuais;

- permitir que o hidrogênio tenha possibilidade de se difundir, reduzindo a tendência à

fissuração a frio.

A temperatura de pré aquecimento não deve ser excessiva, devendo ser apenas a

necessária para evitar o obtenção da estrutura martensítica. O mesmo pode ser realizado em um

forno com controle de temperatura ou através de maçarico. As temperaturas de pré aquecimento

são recomendadas em função do teor de carbono ou do carbono equivalente e da espessura da

liga a ser soldada. Para aços carbono, soldados por eletrodo revestido pode-se usar a equação

seguinte para determinação da temperatura de pré aquecimento:

tCFT o ⋅+−⋅= 18)11,0(%1000)( onde: C = teor de carbono da liga

t = espessura da junta (mm)

T = temperatura de pré aquecimento (oF)


b) Tratamento Térmico de Alívio de Tensões

O tratamento térmico de alívio de tensões consiste, basicamente, em aquecer

uniformemente a peça, de maneira a que o limite de escoamento do material fique reduzido a

valores inferiores às tensões residuais. Nesta condição, as tensões residuais provocam

deformações plásticas locais diminuindo de intensidade.

As tensões residuais em juntas soldadas são causadas pela contração da junta quando

esta é resfriada após a soldagem. Tensões de tração são geradas na região da solda e de

compressão, nas vizinhanças da mesma, no metal base, para equilibrá-las.

Este tratamento é executado através do aquecimento da peça à temperatura apropriada e

pela manutenção nesta temperatura por um determinado tempo, seguida de um resfriamento

uniforme de modo a impedir a introdução de novas tensões. Para impedir mudanças na

microestrutura ou dimensões da peça, a temperatura é mantida abaixo da temperatura crítica.

Para os aços carbono, somente os tratamentos realizados em temperaturas superiores a

500oC são realmente eficazes. Para cada tipo de aço temperaturas específicas são recomendadas.

c) Normalização

A normalização consiste no aquecimento da peça a uma temperatura acima da zona

crítica (temperatura A3), seguida de resfriamento ao ar. É necessário que a estrutura toda se

austenitize antes do resfriamento.

O objetivo da normalização é a obtenção de uma microestrutura mais fina e uniforme.

Os constituintes que se obtém da normalização do aço carbono são ferrita e perlita fina ou

cementita e perlita fina. Dependendo do tipo de aço pode-se, eventualmente, obter-se bainita.

Via de regra, é recomendável a realização de um revenimento na junta soldada após o

tratamento, para remover tensões residuais e diminuir a dureza.


Temperatura (oC)

Curva de Resfriamento

Tempo

d) Recozimento Pleno

O recozimento consiste no aquecimento da peça acima da zona crítica (A3) durante o

tempo necessário para que toda a microestrutura se austenitize, seguido de um resfriamento

muito lento, mediante o controle da velocidade de resfriamento. A micro estrutura obtida nos

aços carbono é a perlita grossa e ferrita.

Para os aços, a temperatura de recozimento corresponde a 50oC acima da temperatura

de austenitização, ou seja, cerca de 900 a 950oC para aços de baixo teor de carbono.

Temperatura (oC)

Curva de resfriamento

Tempo

Materiais de aços baixa liga ou endurecíveis ao ar sofrem uma redução considerável de

propriedades mecânicas com o recozimento pleno, não sendo, portanto, recomendado este

tratamento para juntas soldadas destes tipos de aços.


e) Têmpera e Revenimento

A têmpera consiste no aquecimento da peça acima da zona crítica seguido de

resfriamento rápido. O objetivo da têmpera é a obtenção da estrutura martensítica resultando, por

este motivo, o aumento da dureza e a redução da tenacidade da peça.

O revenimento é o tratamento térmico que normalmente acompanha a têmpera, pois

atenua os inconvenientes produzidos por esta. O revenimento consiste em aquecer o material a

temperaturas bastante inferiores à temperatura crítica, permitindo uma certa acomodação do

sistema cristalino e, como conseqüência, a diminuição da dureza e o aumento da tenacidade da

peça. A estrutura resultante chama-se de martensita revenida.

Temperatura (oC) Curva de resfriamento

Revenimento

Tempo


1. Como você pode delimitar o tamanho da zona afetada pelo calor de uma solda por fusão?

2. Defina reforço e largura do cordão de solda. Como estes parâmetros variam com a

corrente e velocidade de soldagem numa solda por eletrodo revestido?

3. Que variáveis podem influenciar a velocidade de resfriamento num processo de

soldagem? Explique como as mesmas se relacionam com a velocidade de resfriamento.

4. Conceitue energia de soldagem e mostre sua relação com os parâmetros elétricos e

geométricos numa solda a arco voltaico.


5. Um vaso de pressão de aço inoxidável AISI 304L foi soldado pelo processo eletrodo

revestido utilizando um eletrodo AWS E308LSi. Calcule qual será a composição química

aproximada do metal depositado considerando uma diluição de 25%.

Dados: Metal Base: C = 0,03%, Mn = 1,00%, Si = 0,90%, Cr = 19,00% e Ni = 9,50%

Metal de Adição: C = 0,02%, Si = 0,88%, Mn = 1,71%, Cr = 20,35% e Ni = 9,64%

6. Uma grande peça fundida (parede de 50 mm de espessura) de aço inoxidável austenítico

(0,10%C, 22%Cr, 12%Ni, 0,70%Si e 1,50%Mn) apresenta um defeito superficial que será

reparado pela deposição de um cordão de solda com eletrodo revestido sem pré-

aquecimento.

a) Estime a microestrutura do cordão de solda (para uma diluição de 30%) considerando

a possibilidade de usar os seguintes eletrodos:

Eletrodo C Si Mn Cr Ni

E8018 0,08 0,40 1,35 - 0,4

E308 0,06 0,40 1,80 20 10

E310 0,14 0,60 2,00 26 21

b) Indique possíveis problemas para cada uma dessas soldas.

7. A figura abaixo mostra esquematicamente uma “almofada” de solda com cinco camadas.

Considerando que para cada camada, a diluição da camada anterior é em média 40%,

estime o teor de cromo de cada camada supondo ausência de interação com o ambiente, se

o teor de cromo do metal base e do metal de adição forem 0,10% e 17%, respectivamente.

8. Utilizando o Diagrama de Schaefler, verifique qual das situações abaixo é a mais adequada

para se realizar a soldagem de uma chapa de aço baixa liga com outra de aço inoxidável

austenítico. As composições das ligas e dos eletrodos são informadas a seguir:


Material/ Eletrodo C Si Mn Cr Ni Mo N

Aço baixa liga 0,20 0,50 0,75 0,50 1,00 1,00 -

Aço inoxidável 0,05 0,40 1,30 18,30 8,40 0,01 0,035

OK 67.62 0,05 0,80 0,50 24,00 12,50 - -

OK 14.31 0,30 0,60 1,80 20,00 13,00 2,50 -

a) Soldagem por eletrodo revestido. Eletrodo OK 14.31. Diluição de 25%.

b) Soldagem MIG. Eletrodo OK 67.62. Diluição de 20%.

9. Defina rendimento térmico e rendimento de fusão. Por que é importante conhecer o

rendimento térmico dos diversos processos de soldagem?

10. Desenhe esquematicamente as três regiões de uma solda a arco metálico e explique cada

uma delas.

11. Com relação à soldagem por fusão, qual das três regiões deve ser considerada a mais

crítica: ZF, ZAC ou MB? Justifique sua resposta com um exemplo prático.

12. Que alternativas podem ser utilizadas para diminuir a diluição numa junta soldada?

13. Por que a velocidade de resfriamento é maior no início e final do cordão do solda?

14. O que você entende por temperatura máxima numa junta soldada? Por que é importante

conhecermos esta variável?

15. Que artifícios podem ser utilizados para minimizar os efeitos da velocidade de

resfriamento na cratera do cordão de solda?

16. Por que a energia de soldagem e o pré-aquecimento são as variáveis mais importantes que

afetam o ciclo térmico, do ponto de vista do engenheiro de soldagem?

17. Uma solda foi realizada utilizando uma temperatura de pré aquecimento de 100oC e uma

outra foi realizada sem pré aquecimento. A primeira apresentou um menor valor para a

velocidade de resfriamento. Explique o por que deste fato.

18. Por que a velocidade de resfriamento é maior nas chapas mais espessas do que naquelas

mais finas, considerando os mesmos parâmetros de soldagem?

19. Por que a soldagem é capaz de induzir fissuras num material?

20. Como varia a temperatura máxima e o tempo requerido para se atingir esta temperatura

numa junta soldada por processo a arco voltaico?

21. A equação da temperatura máxima pode ser utilizada para várias finalidades. Quais são

elas?


22. Considere um processo de soldagem por arco metálico por proteção gasosa (MAG),

quando se solda um componente de aço carbono SAE 1050, de espessura 6 mm.

Considere que o soldador realizou um pré aquecimento de 225oC na junta. Calcule o que

se pede (utilize o diagrama Fe-C, se necessário):

Dados:

Densidade do aço carbono = 0,00785 g/mm3 Corrente de Soldagem = 178 A

Calor específico = 0,515 J/g.oC, Tensão = 21 V

Condutividade Térmica = 0,048 J/s.mm.oC Veloc. de soldagem = 3,17 mm/s

Rendimento térmico = 0,85 Rendimento de fusão = 0,40

a) Determine a temperatura máxima alcançada por um ponto situado a 2,3 mm do

cordão de solda e indique em que região da ZAC ele se localiza (granulação

grosseira, granulação fina ou intercrítica).

b) Determine a largura da ZAC.

c) Determine a área de seção transversal do cordão de solda

d) Determine a velocidade de resfriamento da ZAC, após ter-se atingido a temperatura

de 850oC. Considere que o soldador realizou um pré aquecimento de 200oC na

junta.

23. Quanto tempo uma solda realizada pelo processo TIG, junta em ângulo, chapa de

espessura 15 mm demoraria para resfriar de 800 a 500oC? Considere a energia de

soldagem calculada no exercício anterior. Utilizar o diagrama de IRSID.

24. Calcule a energia de soldagem e a energia absorvida pela peça para as seguintes condições

de soldagem de um aço baixo carbono:

a) Processo MAG, I = 300 A, U = 29 V, V = 60 cm/min e ηt = 80% (espessura 4,5 mm)

b) Processo SAW, I = 420 A, U = 34 V, V = 60 cm/min e ηt = 95% (espessura 12,5 mm)

c) Medidas na seção transversal das soldas (a) e (b) obtiveram áreas transversais dos cordões de

52 e 118 mm2, respectivamente. Calcule o rendimento de fusão para estes dois casos. Discuta

os resultados considerando os processos de soldagem utilizados. Dado: energia necessária para

fundir e aquecer o aço baixo carbono de 10 J/mm3. 25. Um perfil de aço carbono SAE 1030, de espessura 6 mm, foi soldado pelo processo de

soldagem por arco metálico por proteção gasosa (MAG). Considere a densidade do aço

carbono igual a 0,00785 g/mm3 e o calor específico igual a 0,515 J/g.oC. Calcule a largura

da ZAC (Tp = 723oC) para as três situações abaixo.


Situação Corrente (A) Tensão

(V)

Veloc.

Soldagem

(mm/s)

Temp. Pré-

aquecimento

(oC)

Rendimento

Térmico

(ηt)

A 170 15 7,0 150 0,85

B 254 24 9,0 150 0,85

C 254 24 9,0 250 0,85

26. Uma chapa de aço API 5LX-X60 de espessura 15 mm foi soldada pelo processo eletrodo

revestido utilizando um eletrodo do tipo E7024 de diâmetro 5 mm, junta de topo. Foram

adotados os seguintes parâmetros de soldagem: corrente de 270 A, tensão de 29 V,

velocidade de deslocamento do eletrodo de 3,13 mm/s e pré aquecimento de 200oC. Faça

uma estimativa da dureza na zona afetada pelo calor após conclusão da soldagem.

Utilize o diagrama IRSID e o diagrama TRC para a soldagem do aço API 5LX-X60.

27. Determine a energia absorvida por uma chapa de aço API 5LX-X60 de espessura 12,70

mm soldada pelo processo eletrodo revestido de forma que a sua dureza na zona afetada

pelo calor, após conclusão da soldagem, seja no máximo de 325 HV. Considerar que a

junta foi pré aquecida a 150oC e rendimento térmico de 82%.

Utilize o diagrama IRSID e o diagrama TRC para a soldagem do aço API 5LX-X60.


4. PROCESSO ELETRODO REVESTIDO

4.1. Fundamentos do Processo

A soldagem com eletrodo revestido (Shielded Metal Arc Welding – SMAW) é

definida como um processo de soldagem a arco, onde a união dos metais é produzida pelo

aquecimento oriundo de um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo revestido e o metal

de base, na junta a ser soldada.

O metal fundido do eletrodo é transferido através do arco até a poça de função do

metal de base, formando assim o metal de solda depositado. Uma escória, que é formada do

revestimento do eletrodo e das impurezas do metal de base, flutua para a superfície e cobre o

depósito, protegendo-o da contaminação atmosférica e também controlando a taxa de

resfriamento. O metal de adição vem da alma metálica do eletrodo (arame) e do revestimento,

quando constituído de pó de ferro e elementos de liga. Apresenta-se na figura 4 um desenho

esquemático do processo de soldagem por eletrodo revestido.

Figura 6 – Soldagem com Eletrodo Revestido

Esse processo teve início no princípio do século, com a utilização de arames nus para

cercas, ligados a rede elétrica. O resultado dessa prática era realmente pobre, com sérios

problemas de instabilidade de arco e depósito de solda contaminados. Observou-se que


arames enferrujados, ou cobertos de cal, proporcionavam melhor estabilidade de arco, tendo-

se adotado o eletrodo com revestimento ácido ainda no começo da primeira década.

Observou-se também que, revestindo o arame com asbestos, o depósito era protegido da

contaminação enquanto o algodão aumentava a penetração do arco. Esses fatos marcaram, em

meados daquela década, o advento do revestimento celulósico. Desde esses estágios iniciais, o

desenvolvimento tem sido contínuo, podendo-se mencionar o advento dos eletrodos rutílicos,

em meados da década de 30; do revestimento básico, no início da década seguinte; e da adição

de pó de ferro, em meados da década de 50.

4.2. Equipamento de Soldagem

O processo de soldagem com eletrodo revestido é usualmente operado manualmente.

O equipamento básico consiste de uma fonte de energia, alicate para fixação dos eletrodos,

cabos de ligação, grampo (conector de terra), e o eletrodo.

a) Fonte de Energia

O suprimento de energia pode ser tanto de corrente contínua como corrente alternada,

dependendo do tipo de revestimento. No primeiro caso, tanto a polaridade direta (eletrodo

negativo) como a inversa (eletrodo positivo) podem ser utilizados dependendo das exigências

de serviço. Com polaridade direta, o bombardeio de elétrons dá-se na peça, a qual será a parte

mais quente. Já com polaridade inversa, o bombardeio de elétrons ocorre na alma do eletrodo.

O uso de corrente contínua é associado á melhor estabilidade de arco e qualidade de

depósitos, em detrimento a suscetibilidade ao sopro magnético. O uso de corrente alternada

reduz esta suscetibilidade, mas a estabilidade de arco e a facilidade de ignição são inferiores.

Outro fator favorecendo o uso de corrente alternada é que a queda de tensão ao longo do cabo

de ligação é comparativamente menor, o que pode ser vantajoso em situações onde a

soldagem deve ser realizada á distância.

Na soldagem com eletrodo revestido, o comprimento do arco é controlado

manualmente pelo soldador, sofrendo, portanto, variações durante a execução do cordão de

solda. Por esta razão, fontes de energia com característica de saída do tipo “Tensão

Constante”, para os quais variações no comprimento de arco causam grandes alternações de


corrente, não são adequadas para a soldagem com eletrodos revestidos. Neste caso utilizam-se

fontes do tipo “Corrente Constante”. A figura 5 mostra uma curva característica de saída de

uma máquina do tipo corrente constante.

Tensão

Vc Vc – Tensão em Vazio

Icc – Corrente em Curto Circuito

Icc Corrente

Figura 7 – Curva Característica de uma Fonte do Tipo Corrente Constante

A tensão em vazio, isto é, a tensão existente nos bornes da máquina quando não há

fornecimento de corrente, é da ordem de 50 a 100 V. Após a abertura do arco, a tensão cai

para o valor de trabalho, entre 17 e 36 volts, e a corrente de soldagem aproxima do valor

selecionado.

b) Alicates para Fixação dos Eletrodos

Duas versões de alicates para fixação dos eletrodos são normalmente disponíveis, no

formato de garras ou, menos conhecido no País, no formato de pinças. O primeiro tipo utiliza

um sistema acionado por mola, comprimindo o eletrodo contra os contatos elétricos; o

segundo, utiliza o mesmo principio que o mandril de furadeira.

c) Cabos de Interligação

Dois conjuntos de cabos de interligação são utilizados, sendo um para conexão do

eletrodo à fonte e outro, designado por cabo terra, para retorno à peça que esta sendo soldada.

Os cabos de interligação são normalmente compostos por fios finos de cobre enrolados

e envolvidos por uma camada de borracha isolante e protetora. O diâmetro dos cabos

dependem da potência elétrica, de seu comprimento e do tipo de corrente utilizado.


d) Pinça para Ligação à Peça (conector de terra)

As pinças para ligação à peça, disponíveis no mercado, possuem o formato de garras

ou grampos e são conectadas ao cabo de interligação. O tipo de garra oferece maior facilidade

que o segundo, mas o contato elétrico é inferior, já que a pressão aplicada é menor.

Figura 8 – Equipamento para Soldagem com Eletrodo Revestido

4.3. Consumíveis

Um eletrodo revestido é constituído por uma vareta de metálica, recoberta por uma

camada de fluxo. São obtidos através de extrusão, sob pressão de um revestimento sobre a

alma, usualmente um arame endireitado e cortado na dimensão. A partir daí, uma seqüência

de operações de secagem precede o empacotamento final. A composição do revestimento

determina as característica operacionais dos eletrodos e influencia a composição química e

propriedades mecânicas de solda.

a) Funções do revestimento

Os revestimentos são constituído de produtos complexos que exercem, durante a

soldagem inúmeras funções.

1) Isolamento Elétrico - O revestimento é mau condutor de eletricidade; ele isola o eletrodo

evitando aberturas laterais do arco.


2) Isolamento Térmico - O eletrodo é percorrido por correntes altas e devido ao seu

comprimento há intensa geração de calor; em parte o revestimento abriga este calor e evita

sua perda.

3) Direcionamento do Arco – Em certos casos, o revestimento funde-se com atraso em relação

à alma e em consequência, forma-se na extremidade do mesmo, uma cratera que guia o metal

fundido para a poça de fusão, estabilizando o arco e protegendo o metal fundido. A este

efeito chamamos "Efeito Canhão" ou "Efeito Pinch".

4) Função Metalúrgica – O revestimento pode conter elementos de liga que, quando de sua

fusão, ficam inseridos na junta. Muitos possuem pó de ferro, que proporcionam uma maior

produção de material de adição e um bom acabamento da solda. O silício atua como agente

desoxidante. Também da queima do revestimento, surgem gases redutores (CO e H2) e, desse

modo, o conjunto resultante, composto por esses gases, escória fundida e poça metálica, se

assemelha a forno de redução. Após a solidificação da poça metálica, a escória solidificada

acima do metal, trata termicamente a solda evitando um resfriamento demasiadamente

rápido.

5) Proteção do Metal Fundido – O revestimento funde formando uma película de escória que

recobre cada gota do metal em fusão e também a poça líquida, evitando o contato com o ar.

Quando há geração de grande quantidade de gases, a proteção da poça líquida se processa

mais pela ação gasosa do que pela escória formada.

6) Função Ionizante – Os gases emanados do revestimento, quando da sua queima, são muito

mais facilmente ionizáveis do que o ar, por isto, propiciam uma abertura e manutenção mais

fácil do arco.

b) Característica dos Revestimentos

Os revestimentos são constituídos de produtos complexos que, de uma maneira geral,

podem ser reunidos em três grandes grupos: revestimentos a base mineral, revestimentos a base

de matéria orgânica e revestimentos básicos, a base de carbonato de cálcio.

Os primeiros, a base de mineral, possibilitam a proteção do metal de solda, contra os

efeitos nocivos do oxigênio e do nitrogênio do ar, fundamentalmente por meio de uma escória


líquida. Os orgânicos protegem, principalmente, por meio de uma cortina gasosa, que é

produzida pela combustão do material orgânico do revestimento. Os tipos básicos protegem a

solda por ambos os princípios, sendo que esses geram escória de reação básica. Nos outros tipos,

a reação é ácida ou neutra.

Dentre de cada um destes grupos, os revestimentos dos eletrodos podem ser separados

em diferentes tipos a saber:

Oxidante: Revestimento normalmente espesso, composto principalmente de óxido de

ferro e manganês. Produz escória espessa, compacta e facilmente destacável. Possibilita a

inclusão de óxidos mas produz cordões de belo aspecto. Só é usado para soldas de pouca

responsabilidade. O eletrodo pode ser utilizado em CC- ou CA, apresentando boa penetração.

Ácido: Revestimento médio ou espesso, produz uma escória abundante e de muito fácil

remoção, à base de óxido de ferro, óxido de manganês e sílica. Só é indicado para a posição

plana devido à formação de uma poça de fusão volumosa. Recomenda-se usar em CC- ou CA.

Obtém-se média a alta penetração, o nível de respingo é baixo e a aparência é boa. Por

apresentar baixa resistência à fissuração, comparativamente a outros revestimentos, não é

recomendável para a soldagem de aços com teores de carbono acima de 0,25% e de enxofre

acima de 0,05%.

Rutílico: Revestimento com mais de 20% de rutilo (TiO2). Pode-se soldar em todas as

posições. Pela sua versatilidade é chamado, de eletrodo universal. Produz escória espessa,

compacta, facilmente destacável e cordões de bom aspecto. Pode-se utilizar qualquer tipo de

corrente e polaridade. A resistência mecânica e a ductilidade obtidas são boas, e adição de pó

de ferro ao revestimento possibilita a obtenção de altas taxas de deposição.

Titânico: Revestimento derivado do tipo rutílico, porém com mais alto teor de óxido de

titânio e com escória mais fluida. Usa-se com qualquer tipo de corrente e polaridade. Obtém-

se média penetração.

Básico: Revestimento espesso, contendo grande quantidade de carbonato de cálcio.

Produz pouca escória e com aspecto vítreo. Esta escória exerce uma ação metalúrgica

benéfica sobre a solda, dessulfurando-a e reduzindo o risco de formação de trincas de

solidificação. O metal depositado possui boas características mecânicas. É aplicado em

soldagens de grande responsabilidade, grandes espessuras e em estruturas rígidas, por possuir

menor risco de fissuração a frio e a quente.

É um revestimento de baixo teor de hidrogênio e por isto altamente higroscópico,

necessitando de cuidados especiais no armazenamento de forma a assegurar baixo teor de


hidrogênio no metal depositado. Trabalha com CC+ ou CA, sendo a tensão do arco relativamente

elevada. Obtém-se média penetração.

Celulósico: Revestimento contendo grandes quantidades de substâncias orgânicas

combustíveis, produz grandes quantidades de gases protetores para o banho (H2, CO e CO2) e

pouca escória. Em virtude dos gases formados não serem de fácil ionização, é difícil a

soldagem, produz muitos respingos e a solda resulta de mau aspecto. Recomenda-se trabalhar

com CC+ devido principalmente à baixa estabilidade do arco. Produz grande penetração.

C) Classificação dos Eletrodos

Os eletrodos revestidos são classificados tendo como base as propriedades mecânicas do

metal de solda na condição “como soldado”, tipo de revestimento, posição de soldagem do

eletrodo e tipo de corrente.

A classificação estabelecida pela AWS (American Welding Society) identifica os

eletrodos para aço agrupando-os em três categorias: para aços de baixo carbono, para aços de

baixa liga e para os aços de alta liga.

A classificação de um eletrodo genérico para aços de baixo carbono (AWS A5.1) e baixa

liga (AWS A5.5) tem a seguinte forma:

E XXX P C - Q

Onde:

E → a letra “E” designa um eletrodo para soldagem a arco.

XXX → estes dígitos, em número de dois ou três, indicam o limite de resistência à

tração mínimo do metal de solda, em libras por polegada quadrada.

P → este dígito indica em que posição o eletrodo pode ser empregado com resultados

satisfatórios, sendo:

“1” – todas as posições

“2” – posição plana e horizontal

“4” – posição plana.

C → este dígito pode variar de 0 (zero) a 8 (oito) e fornece informações sobre a corrente

empregada, o grau de penetração da solda e natureza do revestimento do eletrodo. A tabela 2

apresenta o significado deste dígito.


Tabela 2 – Significado do quarto algarismo da classificação AWS

Revestimento Tipo de Corrente Penetração

0 Celulósico com Silicato de sódio (*) ou óxido

de ferro (**) CC+ grande

1 Celulósico com silicato de potássio CC+ e CA grande

2 Rutilo com silicato de sódio CC- e CA média

3 Rutilo com silicato de potássio CC-. CC+ e CA fraca

4 Rutilo com silicato de pó de ferro (20%) CC-. CC+ e CA média

5 Calcário com silicato de sódio (baixo H2) CC+ média

6 Rutilo (TiO2), calcário e silicato de sódio

(baixo H2) CC+ e CA média

7 Óxido de ferro (FeO), pó de ferro e silicato de

sódio CC- e CA média

8 Calcário, rutilo, silicato e pó de ferro (25 a

40%) (baixo H2) CC+ e CA média

(*) quando o algarismo anterior for 1

(**) quando o algarismo anterior for 2

Q → este sufixo, utilizado somente para os aços baixa liga, se compõe de letras e algarismos que

indicam a composição química do metal de solda.

Os eletrodos para soldagem dos aços inoxidáveis são classificados segundo a norma

A5.4. A identificação consiste na letra E seguida por um conjunto de dígitos correspondendo a

classificação AISI da liga e de um sufixo designando o tipo de revestimento. Somente dois tipos

de revestimentos são previstos: básico (sufixo 15) e rutílico (sufixo 16). O revestimento básico é

usado para a soldagem com corrente contínua e polaridade inversa sendo que o rutílico pode

operar também com corrente alternada.

Os eletrodos para a soldagem de alumínio e suas ligas são classificados pela norma A5.3.

São raramente utilizados, sendo classificados em três grupos distintos: E1100, E3003 e E4013,

correspondendo respectivamente a ligas Al, Al-Mn e Al-Si. A razão para o pequeno uso destes

materiais é que, nas aplicações de responsabilidades, é dada preferência aos processos de

soldagem ao arco sob proteção gasosa.


4.4. Variáveis Operacionais

Na soldagem manual com eletrodos revestidos, as principais variáveis operacionais são a

corrente de soldagem, a velocidade de avanço do eletrodo, oscilação do eletrodo, tipo e

dimensões do eletrodo, o ângulo do eletrodo e o comprimento do arco.

Corrente de Soldagem:

A corrente de soldagem controla de forma bastante predominante todas as características

operatórias do processo, o aspecto do cordão e as propriedades da junta soldada.

A intensidade de corrente é o parâmetro determinante na taxa de deposição para dadas

condições de soldagem. Existe uma relação direta e proporcional entre as duas variáveis, sendo

que esta é uma consideração de extrema importância no que diz respeito à produtividade.

A corrente de soldagem possui um efeito inversamente proporcional sobre a velocidade

de resfriamento e essa característica limita a produtividade, uma vez que não se pode ter

velocidade de resfriamento nem muito rápidas e nem muito lentas. Uma maneira de controlar a

velocidade de resfriamento, no entanto, é alterando a velocidade de soldagem, conforme será

visto no item seguinte. Outra limitação é que uma corrente elevada pode aquecer excessivamente

o revestimento e causar sua degradação, por isso, os valores de corrente especificados pelo

fabricante devem ser obedecidos.

A intensidade de corrente é também o mais importante efeito controlador da penetração

da solda, da largura e do reforço do cordão, além da diluição, observando um efeito

proporcional.

Velocidade de Avanço:

A velocidade de avanço é a segunda mais importante variável operatória do processo,

apesar de seu controle ser consideravelmente impreciso no caso de aplicações manuais. Altura e

largura do cordão variam inversamente com a velocidade de avanço. A implicação genérica é

que a energia de soldagem pode ser mantida reduzida, mesmo com elevadas correntes, através do

uso de altas velocidades de avanço. Assim, altas taxas de deposição podem ser obtidas,

concomitantemente com microestruturas mais refinadas, tanto na zona fundida como na afetada

pelo calor.

Oscilação do Eletrodo:

A oscilação do eletrodo tem um caráter intrínseco na soldagem com este processo e é

necessário para a obtenção de formatos satisfatórios de cordão. Uma das mais importantes

implicações relacionadas a oscilação do arco é que a velocidade efetiva de avanço é diminuída


com o aumento da oscilação, aumentando a energia de soldagem. Nos caso em que o controle da

energia introduzida é realmente requerido, cabe, portanto, minimizar a oscilação do eletrodo.

Esta prática, entretanto, não deve ser usada indiscriminadamente, já que a produtividade fica

prejudicada em decorrência de aumento de trabalho para a limpeza dos cordões entre passes.

Dependendo da posição de soldagem e do tipo de eletrodo empregado, uma oscilação mínima

será sempre necessária, destinada a permitir o controle do banho de fusão, no sentido de

restringir o movimento da escória, evitando inclusões no metal fundido.

Dimensões do Eletrodo:

Os diâmetros de eletrodos normalmente disponíveis variam de 1 a 8 mm e o

comprimento de 350 a 470 mm. Os limites são normalmente ditados pela habilidade dos

soldadores e pela posição de soldagem. Eletrodos com dimensões superiores àquelas podem ser

obtidos mediante encomenda.

O diâmetro do eletrodo é um dos principais fatores limitantes da faixa útil de corrente de

soldagem, na medida em que ele controla a densidade de corrente elétrica por unidade de área de

seção transversal da alma. Num extremo, a corrente de soldagem mínima utilizável é limitada

pela instabilidade do arco, quando a densidade de corrente é muito reduzida; no outro extremo, a

corrente de soldagem máxima é limitada pelo aquecimento resistivo. Na prática pode-se utilizar a

fórmula I = (40 a 60).(d – 1) para obter-se a intensidade de corrente aproximada a ser usada na

soldagem dos aços carbono pelo processo eletrodo revestido. Na fórmula, “I” é a intensidade de

corrente em ampères e “d” é o diâmetro do eletrodo em milímetros, sendo que a mesma é válida

para todos os tipos de revestimentos (exceto o de pó de ferro). A implicação de maior

comprimento de eletrodos é principalmente aumentar o limite de tempo de arco em aberto, sem

outros efeitos significante sobre as características dos depósitos.

Sob a ótica exclusiva de produtividade, deve ser escolhido o maior diâmetro de eletrodo

praticável, para que se possa maximizar a taxa de deposição. O maior diâmetro de eletrodo

utilizável é, por sua vez, função de fatores como posição de soldagem, formato do chanfro e tipo

de revestimento, na medida em que estas variáveis influenciam as características do arco e os

limites de controle da peça fundida.

Ângulo do Eletrodo em Relação à Peça:

O ângulo do eletrodo em relação à peça é normalmente ajustado no sentido de equalizar o

fluxo térmico entre as partes soldadas, controlar o banho na poça de fusão e o formato do cordão,

em particular a molhabilidade do líquido nas bordas do chanfro. O ângulo do eletrodo é uma

variável importante, pois pode ocasionar o aparecimento de defeitos de cordão de difícil controle,


já que seu ajuste depende essencialmente do operador e de seu grau de destreza. Define-se dois

ângulos do eletrodo em relação ao eixo longitudinal de trabalho: o lateral também denominado

de trabalho, e o longitudinal , também denominado de ataque.

Figura 9 – Posição do eletrodo em relação à peça para soldagem na posição plana

Comprimento do arco:

Na soldagem manual, o comprimento do arco é controlado diretamente pelo soldador,

refletindo assim a habilidade e experiência deste. A manutenção do comprimento do arco em

uma faixa adequada é importante para a obtenção de uma solda aceitável. Um comprimento do

arco muito pequeno causa um arco intermitente, com interrupções frequentes, podendo ser

extinto e/ou colar o eletrodo à peça. O cordão depositado tende a ser estreito e de convexidade

pronunciada (reforço excessivo para a largura do cordão). Por outro lado, um comprimento

muito grande causa um arco sem direção e concentração, um grande número de respingos e

proteção deficiente, o que favorece, por exemplo, a formação de porosidades na soldagem com

eletrodos básicos. O comprimento correto do arco depende do diâmetro do eletrodo, do tipo de

revestimento, do valor da corrente e da posição de soldagem. Como regra geral, pode-se

considerar que este comprimento ideal varia entre 0,5 a 1,1 vezes o diâmetro da alma do

eletrodo.

4.5. Aplicações

O processo de soldagem com eletrodo revestido pode ser usado numa ampla variedade de

configurações de juntas encontradas na soldagem industrial e numa ampla variedade de

combinações de metal de base e metal de adição. Pode ser usado para soldar em todas as

Direção de Soldagem

Eletrodo

90o

5 a 15o


posições e para soldagem da maioria dos aços e alguns metais não ferrosos, bem como para

deposição superficial de metal de adição para se obter determinadas propriedades. Possibilita a

soldagem de metal de base numa faixa de 2 mm até 200 mm, dependendo do aquecimento ou da

técnica utilizada. O critério para a escolha de um procedimento de soldagem deve incluir a

necessidade de estabelecer o balanço ótimo entre o custo de realização, a qualidade do depósito e

a segurança dos operadores, ou seja, a taxa de deposição deve ser maximizada e compatível com

os critérios de qualidade aplicável e a segurança da operação.

4.6. Descontinuidades Induzidas pelo Processo

A solda obtida pelo processo de soldagem com eletrodo revestido pode conter quase

todo tipo de descontinuidade. A seguir estão listadas algumas descontinuidades mais comuns que

podem ser encontradas quando este processo é usado.

Porosidade – de um modo geral é causada pelo emprego de técnicas incorretas, pela utilização

de metal de base sem limpeza adequada ou por eletrodo úmido. A porosidade agrupada

ocorre, às vezes, na abertura e fechamento do arco. A técnica de soldagem com pequeno

passe a ré, logo após começar a operação de soldagem, permite ao soldador refundir a área

de início do cordão, liberando o gás deste e evitando assim este tipo de descontinuidade. A

porosidade vermiforme ocorre geralmente pelo uso de eletrodo úmido.

Causa Provável Solução Possível

1. A peça está com sujeira na junta 1. Remova carepas, pontos oxidados (ferrugem), umidade, óleo, graxas, etc..

2. A poça não está sendo derretida no tempo correto, ou seja, a velocidade de avanço é muito rápida

2. Mantenha a poça derretida por tempo suficiente para permitir que os gases escapem do metal antes que ele se solidifique.

3. Arco muito longo 3. Use arco curto

4. Umidade no eletrodo 4. Veja se os eletrodos estão armazenados nas estufas com as temperaturas corretas.

5. Eletrodo com revestimento quebrado

5. Troque o eletrodo

6. Abertura de arco incorreta 6. Ao abrir o arco não afaste bruscamente o material.

7. Amperagem muito alta 7. Diminua a corrente de soldagem


Inclusões – são provocadas pela manipulação inadequada do eletrodo e pela limpeza

deficiente entre passes. É um problema previsível, no caso de projeto inadequado no que

se refere ao acesso à junta a ser soldada.


1. Má limpeza do cordão de solda 1. Faça a limpeza bem feita da escória e após cada passe, se possível, limpe com escova rotativa.

2. Irregularidade no corte ou chanfro da peça provocada por entrada do arco a plasma

2. Esmerilhe bem e se houver entradas profundas encha com solda, esmerilhe e faça ensaio com líquido penetrante.

3. Cordão de solda muito convexo 3. Se o chanfro não permitir um movimento angular do eletrodo, esmerilhe a crista do cordão para continuar.

4. Passes mal distribuídos dentro do chanfro

4. Distribua os passes de modo que o último passe da camada não fique muito estreito.

5. Mordedura no passe anterior 5. Elimine a mordedura com esmerilhamento

6. Amperagem muito baixa 6. Aumente a corrente de soldagem

Falta de Fusão – resulta de uma técnica de soldagem inadequada: soldagem rápida demais,

preparação inadequada da junta ou do material, projeto inadequado, corrente baixa

demais.


1. Amperagem pode estar baixa 1. Use corrente de soldagem mais alta.

2. Cordões de solda podem estar muito longos

2. Use técnica de soldagem de cordões retos (sem tecimento).

3. Folga entre as juntas está excessiva 3. Providencie um melhor acostamento

4. Cordões com muito volume de solda para a junta

4. Aumente a velocidade de soldagem ou diminua o diâmetro do eletrodo.

5. Velocidade de avanço muito baixa 5. Aumente a velocidade de avanço


Falta de Penetração – resulta, também, de uma técnica de soldagem inadequada: soldagem

rápida ou lenta demais, preparação inadequada da junta ou do material, projeto

inadequado, corrente baixa e eletrodo com diâmetro grande demais.


1. Amperagem muito baixa 1. Use corrente de soldagem mais alta.

2. Velocidade de soldagem muito rápida

2. Diminua a velocidade de soldagem

3. Diâmetro do eletrodo muito grande para a junta

3. Use eletrodo de diâmetro pouco espesso em chanfro de grande profundidade e estreito

4. A folga na base da junta está menor ou sem nenhuma folga

4. Deixe folga na base da junta de, aproximadamente, 3 mm.

Microfissuras – a microfissura aparece devido à umidade contida nos revestimentos dos

eletrodos. Ela é provocada pela liberação do hidrogênio que ficou preso no interior da

solda e só aparece algumas semanas após a soldagem. Para acelerarmos a saída desse

hidrogênio, devemos fazer um pós aquecimento. Esse pós aquecimento é sempre feito a

uma temperatura predeterminada.


1. Como ocorre a união de chapas no processo de soldagem por eletrodo revestido?

2. Mediante o gráfico tensão x corrente, explique por que as fontes do tipo tensão constante

não são adequadas ao processo de soldagem por eletrodo revestido?

3. Explique o que é o sopro magnético e indique quais alternativas podem ser utilizadas para

evitar ou minimizar a sua ocorrência.

4. Quais são as funções do revestimento no eletrodo? Comente cada uma delas.

5. Como podem ser classificados os revestimentos dos eletrodos e por que o eletrodo de

revestimento rutílico é chamado de “eletrodo universal”?


6. Dê a classificação dos eletrodos revestidos seguintes quanto à posição, corrente de

soldagem e tipo de revestimento: E9018-B3, E7027, E307LSi-16, E7020-G, E12018-M e

E6014.

7. Que inconvenientes podem ocorrer com a utilização de correntes de soldagem elevadas

nas soldas realizadas pelo processo eletrodo revestido?

8. Explique como a velocidade de avanço do eletrodo pode levar à ocorrência dos defeitos

falta de fusão e de falta de penetração.

9. Porque não se deve utilizar correntes mais elevadas que aquelas sugeridas nas embalagens

dos eletrodos revestidos?

10. Tendo todas disponíveis, que tipo de corrente você escolheria para soldar com um

eletrodo indicado para qualquer tipo de corrente e polaridade, como o E6013, por

exemplo? Justifique.

11. Como as variáveis de soldagem se relacionam com a produtividade na soldagem por

eletrodo revestido?

12. Cite os inconvenientes de se utilizar arcos de soldagem muito curtos ou muito longos na

soldagem de chapas por eletrodo revestido.

13. Cite três vantagens e três desvantagens do processo eletrodo revestido.

14. Que fatores podem levar à ocorrência de porosidade numa junta soldada pelo processo

eletrodo revestido e o que deve ser feito para evitar a sua ocorrência?

15. Por que é importante a existência de um meio de proteção do arco e da zona fundida

contra a atmosfera durante a soldagem?

16. Que fatores estão envolvidos na escolha de um eletrodo para uma dada tarefa?

17. Por que a utilização relativa do processo de soldagem por eletrodos revestidos vem

diminuindo a cada ano?

4.8. Exercícios Práticos

Prática 1:

Objetivo: Abertura do arco e solda de deposição

Posição da solda: Plana Tipo de solda: Cordão reto, sem oscilar Direção: Da esquerda para a direita Espessura da Chapa: 6,3 mm (1/4 pol.) Eletrodo: E6013, diâmetro de 2,5 mm


Corrente do Arco: 60 a 100 A Tensão do Arco: 16 a 20 volts

a) Colocar um eletrodo no porta eletrodo, prendendo-o na ponta;

b) Regular a intensidade da corrente até obter 70 A e, a tensão até 16 volts.

c) Colocar uma chapa em posição plana sobre a mesa (6,3 x 100 x 130 mm);

d) Limpar a sua superfície com uma escova de aço;

e) Sustentar o eletrodo verticalmente, colocá-lo sobre a chapa, no ponto de início da solda;

f) Colocar a máscara

g) Tocar a chapa com o eletrodo, rapidamente, com um movimento do pulso. Depois de tocar

a chapa, manter o eletrodo afastado (em torno de 3 mm) até obter um arco estável;

h) Avançar o eletrodo em linha reta, formando cordões de 30 cm no mínimo. Tomar cuidado

para não apagar o arco. A altura e a largura do cordão devem ser uniformes.

i) Remover a escória formada sobre o cordão;

j) Tentar romper o cordão com uma talhadeira para verificar a sua qualidade.

Prática 2:

Objetivo: Depositar cordões sobrepostos

Posição da solda: Plana Tipo de solda: Cordão reto, sobrepostos Direção: Da esquerda para a direita Espessura da Chapa: 12,7 mm (1/2 pol.) Eletrodo: E7018, diâmetro de 3,25 mm Corrente do Arco: 100 a 160 A Tensão do Arco: 20 a 24 volts


b) Regular a intensidade da corrente até obter 170 A e, a tensão até 20 vols;

c) Colocar uma chapa em posição plana sobre a mesa (12,7 x 100 x 130 mm);


e) Sustentar o eletrodo verticalmente, colocá-lo sobre a chapa, no ponto de início da solda;

f) Colocar a máscara

g) Tocar a chapa com o eletrodo, rapidamente, com um movimento do pulso. Depois de tocar


h) Avançar o eletrodo em linha reta, formando cordão de aproximadamente 30 cm de

comprimento, altura de 3 mm e largura uniforme.


i) Remover a escória;

j) Depositar outro cordão ao lado do primeiro, suficientemente próximo, porém não

sobrepondo totalmente o primeiro. Continuar soldando desta maneira, até que a largura da

solda de superfície atinga 10 cm. Limpar sempre a escória , depois de depositar cada

cordão;

k) Examinar a superfície a fim de verificar irregularidades

Prática 3 - Solda em Filetes:

Objetivo: Fazer um solda em ângulo, em três passes

Posição da solda: Horizontal Tipo de solda: Filetes de 12,7 mm Tipo de junta: Ângulo (T) Direção: Da esquerda para a direita Espessura da Chapa: 12,7 mm (1/2 pol.) Eletrodo: E6013, diâmetro de 5 mm Corrente do Arco: 170 a 190 A Tensão do Arco: 20 a 24 volts Posição do Eletrodo: Perpendicular à peça, formando um ângulo de 45 graus em relação à chapa.


b) Regular a intensidade da corrente até obter 170 A e, a tensão até 20 vols;

c) Colocar uma chapa sobre a mesa (12,7 x 100 x 130 mm), formando uma junta em T;


e) Colocar a máscara

f) Tocar a chapa com o eletrodo, rapidamente, com um movimento do pulso. Depois de tocar


g) Depositar um cordão reto no ângulo formado pelo "T" da esquerda para a direita

penetrando igualmente nos dois lados do ângulo.

h) Retirar a escória e limpar a solda;

i) Depositar um segundo cordão na peça vertical com altura suficiente, de maneira que

somando-se os dois passos, temos em torno de 12,7 mm.

j) Retirar a escória e limpar a solda;

k) Depositar o terceiro cordão sobre a peça inferior, de tal forma que a soma dos passos seja

12,7 mm, e que o plano diagonal formado pelo segundo e terceiro cordão seja uma linha

reta;


l) Retirar a escória do último cordão e examinar o tamanho, contorno e aspecto geral;

m) Romper a solda e examinar se existem incrustações de escórias, porosidades, falta de

fusão ou outras irregularidades.


5. PROCESSO DE SOLDAGEM TIG

5.1. Fundamentos do Processo

A soldagem a arco com eletrodo não consumível de tungstênio e proteção gasosa (Gas

Tungsten Arc Welding – GTAW) é um processo na qual a união de metais é produzida pelo

aquecimento destes com um arco estabelecido entre um eletrodo de tungstênio não

consumível e a peça.

A proteção durante a soldagem é conseguida com um gás inerte ou mistura de gases

inertes, que também tem a função de transmitir a corrente elétrica quando ionizados durante o

processo. A soldagem pode ser feita com ou sem metal de adição. Quando é feito com metal

de adição, ele não é transferido através do arco, mas é fundido pelo arco. O eletrodo que

conduz a corrente é um arame de tungstênio puro ou liga deste material. A figura 8 mostra

esquematicamente este processo.

Figura 10 – Soldagem TIG

A área do arco é protegida da contaminação atmosférica pelo gás protetor, que flui do

bico da pistola. O gás remove o ar, eliminando nitrogênio, oxigênio e hidrogênio do contato

com o metal fundido e com o eletrodo de tungstênio aquecido. Como não existem reações

metal-gás e metal-escória, não há grande geração de fumos e gases, o que permite ótima

visibilidade para o soldador (controle e inspeção da poça e da solda).

O custo dos equipamentos necessários e dos consumíveis usados é relativamente alto e

a produtividade ou rendimento do processo é relativamente baixa, o que limita a sua aplicação


a situações em que a qualidade da solda produzida seja um dos fatores mais importantes.

Neste processo há intensa emissão de radiação ultravioleta. O arco elétrico na soldagem TIG é

bastante suave, produzindo soldas com boa aparência e acabamento, exigindo pouca ou

nenhuma limpeza após a operação. Permite soldar em várias posições.

Este processo é aplicável à maioria dos metais e sua ligas, numa ampla faixa de

espessura. Entretanto, em virtude de seu custo relativamente elevado, é usado principalmente

na soldagem de metais não ferrosos e aos aços inoxidáveis, na soldagem de peças de pequena

espessura (da ordem de milímetros) e no passe de raíz na soldagem de tubulações.

5.2. Equipamento de Soldagem

O equipamento básico usado na soldagem TIG consiste de uma fonte de energia

elétrica, uma tocha de soldagem apropriada, uma fonte de gás protetor, um dispositivo para a

abertura do arco, cabos e mangueiras. A soldagem TIG é usualmente um processo manual

mas pode ser mecanizado e até mesmo automatizado para permitir melhor controle do

processo, maior produtividade, facilidade de operação.

A fonte de corrente elétrica é do tipo corrente constante, ajustável, podendo ser

contínua, alternada ou pulsada. As fontes de corrente alternada podem ser do tipo

transformador monofásico ou gerador e são normalmente utilizadas na soldagem do alumínio,

magnésio e suas ligas, latão e bronze. Fontes de corrente contínua podem ser do tipo

transformador/retificador, mono ou trifásicos, sendo usadas na soldagem de aços inoxidáveis

e carbonos, titânio, cobre e ligas especiais. Algumas fontes podem fornecer tanto corrente

contínua como corrente alternada. Em termos de capacidade, as fontes para soldagem TIG

fornecem uma corrente mínima em torno de 5 a 10 A e corrente máxima na faixa de 200 a 500

A.

A tocha de soldagem tem função suportar o eletrodo de tungstênio, conduzir a corrente

elétrica e fornecer de forma apropriada o gás de proteção. Elas podem ser refrigeradas pelo

próprio gás de proteção (capacidade até 150 A) ou a água (capacidade acima de 150 A até 500

A). Neste caso pode ser usada água corrente (menos comum) ou um circuito fechado de

refrigeração, dotado de motor elétrico, bomba e radiador. Em processos automatizados utiliza-

se tocha retas e na soldagem de materiais de espessuras finas ou peças de pequena dimensão

são normalmente utilizadas microtochas.


As tochas TIG possuem internamente uma pinça, que serve para segurar o eletrodo de

tungstênio e fazer o contato elétrico. Uma pinça adequada é usada para cada diâmetro de

eletrodo. Além disso, as tochas possuem ainda bocais para direcionamento do fluxo de gás,

que podem ser cerâmicos ou metálicos. Estes bocais são fornecidos em diversos diâmetros,

que devem ser escolhidos em função da espessura da peça a ser soldada ou da corrente de

soldagem a ser usada.

A fonte de gás protetor consiste de um cilindro ou cilindros de gás inerte e reguladores

de pressão e vazão de gases. No caso de misturas, pode ainda ser usado um misturador. A

quantidade de gás é proporcional ao diâmetro do eletrodo de tungstênio e do bocal de gás.

Na soldagem com eletrodos consumíveis, geralmente se faz a abertura do arco tocando

o eletrodo na peça e estabelecendo um “curto circuito” momentâneo. Na soldagem TIG isto

não é recomendável pois pode favorecer a transferência de tungstênio para a peça, além de

danificar o eletrodo, que geralmente é apontado antes do início da operação.

Vários dispositivos podem ser usados para permitir o início do arco sem tocar a peça,

como um arco piloto, contudo o mais usado atualmente é o chamado “ignitor de alta

frequência”. Este dispositivo que, superposto à corrente de soldagem, gera um sinal de alta

tensão e de alta frequência (5 kV, 5 kHz), o qual favorece a ionização da coluna de gás entre o

eletrodo e a peça, permitindo a abertura do arco com baixas tensões na fonte de soldagem, da

ordem de 60 a 80 V, além de minimizar a ação dos pontos neutros. Apesar de ser de alta

tensão, este sinal é de baixíssima potência e não oferece perigo para o operador. É

fundamental para a soldagem com corrente alternada. A alta frequência evita a queda de

tensão nos pontos neutros (passagem de um período para o outro).

Os cabos são usados para conduzir a corrente de soldagem da fonte para a tocha e da

peça para a fonte, passando pelo ignitor de alta frequência, se for o caso. O diâmetro destes

cabos deve ser compatível com a corrente de soldagem usada.

As mangueiras são usadas para conduzir o gás ou mistura e, se for o caso, a água para

a refrigeração até a tocha de soldagem. Vários equipamentos ou sistemas auxiliares podem ser

usados para facilitar ou mecanizar a operação de soldagem, como posicionadores, dispositivos

de deslocamento, controladores automáticos de comprimento de arco, alimentadores de

arame, osciladores do arco de soldagem, temporizadores.


5.3. Consumíveis

Os consumíveis principais na soldagem TIG são os gases de proteção e as varetas e

arames de metal de adição. Os eletrodos de tungstênio, apesar de serem ditos não

consumíveis, se desgastam durante o processo, devendo ser recondicionados e substituídos

com certa frequência.

a) Gases

Os gases de proteção mais comumente usados na soldagem TIG são o argônio, hélio ou

mistura destes gases. O argônio é muitas vezes preferido em relação ao hélio porque apresenta

várias vantagens:

* Ação do arco mais suave e sem turbulências. Mais fácil a iniciação do arco.

* Menor tensão no arco para uma dada corrente e comprimento de arco.

* Maior ação de limpeza na soldagem de materiais como alumínio e magnésio, em

corrente alternada.

* Menor custo e maior disponibilidade.

* Menor vazão de gás para uma boa proteção.

* Melhor resistência a corrente de ar transversal.

Por outro lado, o hélio usado como gás protetor, resulta em tensão de arco mais alto

para um dado comprimento de arco e corrente em relação a argônio, produzindo mais calor, e

assim é mais efetivo para soldagem de materiais espessos (especialmente metais de alta

condutividade, tal como alumínio). Entretanto, visto que a densidade do hélio é menor que a

do argônio, usualmente são necessárias maiores vazões de gás para se obter um bom arco e

uma proteção adequada da poça de fusão.

A seleção do gás de proteção é feita principalmente em função do tipo de metal que se

quer soldar, da posição de soldagem e da espessura das peças a unir. A tabela 3 ilustra

algumas aplicações típicas.


Tabela 3 – Gases de proteção e tipos de corrente usuais na soldagem de diferentes ligas

Material Espessura Gás de Proteção e Tipo de Corrente (mm) Soldagem Manual Soldagem Mecanizada

Alumínio e ≤ 3.2 Ar (CAAF) Ar (CAAF) / He (CC-) suas ligas > 3.3 Ar (CAAF) Ar-He (CAAF) / He (CC-)

Aço Carbono ≤ 3.2 Ar (CC-) Ar (CC-)

> 3.3 Ar (CC-) Ar-He (CC-) / He (CC-)

Aço Inoxidável ≤ 3.2 Ar (CC-) Ar-He (CC-) / Ar-H2 (CC-)

> 3.3 Ar-He (CC-) He (CC-)

Níquel e ≤ 3.2 Ar (CC-) Ar-He (CC-) / He (CC-)

suas ligas > 3.3 Ar-He (CC-) He (CC-)

Cobre e ligas ≤ 3.2 Ar-He (CC-) Ar-He (CC-)

> 3.3 He (CC-) He (CC-)

Titânio e ligas ≤ 3.2 Ar (CC-) Ar-He (CC-) / Ar (CC-)

> 3.3 Ar-He (CC-) He (CC-) Notas: 1) Misturas Ar-He com até 75% He e Ar-H2 com até 15% H2

2) CAAF (Corrente alternada superposta com alta frequência) e CC- (Corrente contínua e eletrodo

negativo)

b) Metal de Adição

Na soldagem TIG manual, o metal de adição é fornecido na forma de varetas de

comprimento em torno de 1 m, enquanto que na soldagem automatizada, o mesmo é fornecido

na forma de um fio enrolado em bobinas. O diâmetro do fio e varetas são padronizados e

variam de 0,5 a 5,0 mm. Os metais de adição são encontrados numa ampla faixa de materiais

e ligas, sendo classificados de acordo com sua composição química e com as propriedades

mecânicas do metal depositado.

A escolha do metal de adição para uma determinada aplicação é feita em função da

composição química e das propriedades mecânicas requeridas na junta soldada, sendo

normalmente similar ao do metal de base. O diâmetro do fio ou vareta depende da espessura

da peças a unir, da quantidade de material a ser depositado e dos parâmetros de soldagem.

Para espessuras mais finas, quando se requer menor aporte de calor (energia de soldagem),

deve-se utilizar diâmetros menores.

c) Eletrodo de Tungstênio

O eletrodo normalmente usado na soldagem TIG é um eletrodo de tungstênio puro ou

ligado com tória (óxido de tório) ou zircônia (óxido de zircônio). A seleção sobre qual o mais


adequado para determinada aplicação é feita em função do material de base, da espessura da

peça e do tipo e valor da corrente de soldagem.

* Eletrodo de Tungstênio Puro:

Vantagens: Mais barato. Quando utilizado em corrente alternada, propicia pequeno

efeito de retificação da corrente. Boa estabilidade do arco elétrico.

Desvantagens: Não é bom emissor de elétrons. Fácil desgaste. Não suporta altas

correntes.

Usado na soldagem do alumínio e suas ligas, com ângulo de afiação de 90º.

* Eletrodo de Tungstênio Toriado:

Vantagens: Difícil desgaste (não se verifica o arredondamento da ponta). Suporta

altas correntes. Bom emissor de elétrons.

Desvantagens: Mais caro. Quando utilizado em corrente alternada, propicia o efeito

de retificação da corrente. Reduzida estabilidade

Cor de identificação: amarelo (0,9 a 1,2% de tória), lilás (2,8 a 3,2% de tória) e

laranja (3,8 a 4,2% de tória).

Normalmente utilizado com corrente contínua e na soldagem dos aços carbono e

baixa liga. Ângulo de afiação de 30 a 50º.

* Eletrodo de Tungstênio Zirconiado:

Cor de identificação: marrom (0,3 a 0,5% de zircônia) e branco (0,7 a 0,9% de

zircônia).

Normalmente utilizado com corrente alternada.

Os eletrodos são geralmente apontados antes de se iniciar a operação de soldagem,

sendo esta variável bastante importante para se garantir uma boa repetitividade de resultados.

Na soldagem com corrente contínua (eletrodo negativo), o ângulo de afiação do eletrodo é

ordem de 30 a 45º, sendo realizado por meio de esmerilhamento. Os riscos do esmerilhamento

devem ter a direção pararela ao eixo do eletrodo. Na soldagem com corrente alternada,

eletrodos com diâmetros inferiores a 1,6 mm não são afiados e com diâmetros maiores ou

iguais a 1,6 mm são afiados com ângulo aproximado de 90º.


Se a extremidade do eletrodo for contaminada pelo contato com a poça de fusão ou

com a vareta, então essa parte deve ser eliminada.

5.4. Técnica de Soldagem

Antes de se iniciar a soldagem, é indispensável a remoção de graxas, óleo, sujeira,

tinta ou qualquer outra contaminação existente no metal de base por meio de escovamento,

lixamento, decapagem, lavagem, etc.. Antes da abertura do arco, que é feita usando um ignitor

de alta frequência, recomenda-se efetuar uma pré-purga de gás iniciando a vazão de gás inerte

alguns segundos antes.

A seguir, deixa-se a tocha parada por um certo tempo para que haja a formação da

poça de fusão. Quando esta atinge um certo volume ou tamanho, inicia-se o movimento de

translação da mesma ao longo da junta a soldar. No caso de soldagem com adição de arame, a

Comprimento ~ 2 D

D

30o

Soldagem com corrente contínua

(eletrodo negativo)

90o Soldagem com corrente alternada

D

D ≥ 1,6 mm

D

D < 1,6 mm


mesma deve ser feita na poça e à frente da tocha de soldagem, formando um ângulo em torno

de 15o com a peça, devendo estar completamente protegido pelo gás de proteção.

Ao final da junta, extingue-se o arco com a interrupção da corrente da soldagem.

Deve-se deixar a tocha parada e efetuar uma pós-purga com o gás inerte por

aproximadamente 30 segundos para evitar a contaminação atmosférica da solda que encontra-

se bastante aquecida.

Na soldagem com corrente contínua, o ignitor de alta frequência é usado apenas para a

abertura do arco, podendo ser desligado logo após a ignição. Em geral, o próprio aparelho já

apresenta um dispositivo que interrompe a ação de centelhamento do ignitor quando o arco

está em operação.

Na soldagem com corrente alternada, como a corrente de soldagem se anula a cada

inversão de polaridade, o arco tende a se extinguir quando a corrente é muito baixa ou nula.

Assim, o ignitor de alta frequência deve permanecer ligado durante toda a operação, a fim de

estabilizar o descarga elétrica.

5.5. Variáveis de Soldagem

a) Comprimento do Arco

O comprimento do arco é a distância entre a ponta do eletrodo e a peça de trabalho.

Para uma dada corrente de soldagem e gás de proteção, a tensão do arco aumenta com o

aumento deste. Quanto maior o comprimento do arco, mais raso e largo é o cordão de solda,

conforme pode-se observar pelo croqui abaixo. Isto deve-se ao fato da área de incidência do

arco elétrico ser maior.

l1 e l2 : comprimento do arco

Peça de trabalho


Arcos muito curtos ou muito longos tornam-se instáveis (com constante deslocamento

lateral), favorecendo o aparecimento dos defeitos conhecidos como porosidade, falta de fusão

e mordeduras. A porosidade ocorre devido que com a turbulência do arco, a proteção da poça

e do arco fica comprometida com possibilidade de contaminação destes por gases da

atmosfera. A falta de fusão deve-se ao fato de que com um arco instável, o calor não

concentra-se na região da junta sacrificando a sua fusão.

b) Corrente de Soldagem

A corrente de soldagem é selecionada diretamente na fonte de energia. Quanto maior a

corrente, maior é a penetração e a largura do cordão. A corrente de soldagem é diretamente

proporcional ao calor fornecido à peça, dessa forma, quanto maior for a corrente maior será a

poça de fusão formada.

O processo TIG normalmente utiliza corrente contínua com polaridade direta (eletrodo

negativo) na soldagem da maioria dos materiais metálicos. Nesta situação, o calor gerado no

arco fica distribuído com aproximadamente 70% na peça e 30% no eletrodo, favorecendo a

vida útil do eletrodo e minimizando a possibilidade de contaminação da poça de fusão por

inclusão de tungstênio. No entanto, nesta condição não ocorre a remoção de camadas de

óxidos do metal base formada na poça de fusão, o que dificulta a soldagem de materiais não

ferrosos que formam óxidos de alto ponto de fusão tais como o alumínio e o magnésio.

Uma solução seria utilizar a corrente contínua com polaridade inversa (eletrodo

positivo), contudo o balanço térmico nesta situação é desfavorável, podendo levar a um

desgaste maior do eletrodo de tungstênio e possibilidade de fusão deste com consequente

contaminação da solda, quando utiliza-se corrente mais elevada.

A utilização de corrente alternada na soldagem do Al e Mg surge como alternativa,

uma vez que a cada semiciclo de corrente, quando o eletrodo é positivo, ocorre a remoção da

camada de óxidos.

c) Velocidade de Soldagem

De uma forma geral, quanto maior a velocidade de soldagem, melhor é a eficiência e a

produtividade. Entretanto, velocidades de soldagem exageradas podem introduzir

descontinuidades no cordão tais como falta de fusão, falta de penetração e mordeduras.


A penetração e a largura do cordão de solda tendem a diminuir com o aumento da

velocidade de soldagem, uma vez que a energia de soldagem é diminuída com o aumento

desta.

d) Vazão de Gás

A vazão do gás deve ser tal que proporcione boa proteção ao arco, poça de fusão e

cordão de solda. Vazão insuficiente podem gerar oxidação excessiva do cordão e porosidades.

Vazões elevadas não causam problemas, porém, encarecem o custo da solda. Já vazões

excessivas podem causar turbulências no fluxo de gás, resultando em efeitos semelhantes aos

de vazão muito baixa.


A menos da inclusão de escória, a maioria das descontinuidades listadas para o processo

de soldagem com eletrodo revestido pode ser encontrada na soldagem TIG. É importante saber

que:

Falta de Fusão – pode acontecer se usarmos uma técnica de soldagem inadequada. A penetração

do arco na soldagem TIG é relativamente pequena. Por esta razão, para a soldagem TIG,

devem ser especificadas juntas adequadas ao processo.


1. Preparação da junta errada 1. Cheque aberturas, ângulo de chanfros, profundidade, limpeza, etc.

2. Metal de adição depositado antes que a poça de fusão tenha se formado no metal base

2. Cuide para que a vareta não entre no arco, e sim na borda dianteira da poça de fusão.

3. Corrente de soldagem muito baixa 3. Aumente a corrente de soldagem

4. Regime de deposição ocorrendo rápido demais

4. Faça uma deposição da vareta mais lenta


Inclusões de Tungstênio – podem resultar de um contato acidental do eletrodo de tungstênio

com a poça de fusão: a extremidade quente do eletrodo de tungstênio pode fundir-se,

transformando-se numa gota de tungstênio que é transferida à poça de fusão,

produzindo assim uma inclusão de tungstênio na solda. A aceitabilidade ou não dessas

inclusões depende do código que rege o serviço que está sendo executado.

Porosidade – pode ocorrer devido a uma limpeza inadequada do chanfro ou a impurezas contidas

no metal de base.


1. Formação de óxidos na vareta de metal de adição, cuja ponta em fusão saiu da cortina de gás de proteção

1. Verifique e corte o pedaço oxidado da vareta.

2. Correntes de ar na área de soldagem

2. Proteja a área de soldagem dos ventos.

3. Vazão do gás inadequada 3. Aumente ou diminua a vazão do gás.

4. Bocal de diâmetro inadequado 4. Substitua o bocal de gás.

Trincas – na soldagem TIG normalmente são devidas à fissuração a quente. Trincas longitudinais

ocorrem em depósitos feitos em alta velocidade. Trincas de cratera, na maioria das vezes,

são devidas a correntes de soldagem impróprias. As trincas devidas ao hidrogênio

(fissuração a frio), quando aparecem, são decorrentes de umidade no gás inerte.


1. Descreva de forma sucinta o processo de soldagem TIG e diga por que o tungstênio foi

escolhido para ser usado como eletrodo neste processo.

2. Qual é a função da tocha de soldagem no processo TIG? Em que situações são utilizadas

as microtochas e as tochas retas?

3. Na soldagem TIG, para quais tipos e polaridade de corrente são adequadas as fontes do

tipo transformador e do tipo retificador?

4. Por que na soldagem TIG não é recomendável tocar o eletrodo na peça para abrir o arco

de soldagem?


5. Explique o funcionamento do ignitor de alta freqüência na abertura de arco no processo

TIG. Qual é a função do gerador de alta freqüência?

6. Cite 3 vantagens e desvantagens do processo de soldagem TIG.

7. Por que não se usa gás CO2 na soldagem TIG?

8. Faça um comparativo entre a soldagem TIG com argônio e hélio.

9. Por que o metal de adição na soldagem TIG é, normalmente, de composição química

semelhante ou idêntica ao metal de base?

10. Por que não é recomendável a utilização de corrente contínua com polaridade inversa no

processo de soldagem TIG?

11. Considerando que os materiais que formam óxidos refratários são difíceis de serem

soldados, que alternativas podem ser usadas para a sua soldagem pelo processo TIG?

12. Explique como as variáveis velocidade de soldagem e vazão do gás de proteção se

relacionam com os defeitos porosidade, mordeduras e falta de penetração no processo de

soldagem TIG.

13. Se você tiver que soldar uma chapa de aço carbono SAE 1045, de espessura 2 mm, que

tipo de corrente/polaridade e gás de proteção você usaria? Justifique.

14. Por que na soldagem TIG com corrente alternada recomenda-se manter o ignitor de alta

freqüência ligado durante todo o processo?

15. Por que é importante realizar a limpeza das peças a soldar antes de iniciar o processo de

soldagem TIG? Que processos de limpeza podem ser utilizados?

16. O que é soldagem autógena e para quais espessuras de chapas a mesma é indicada?


6. PROCESSO MIG / MAG

6.1. Fundamentos

A soldagem MIG/MAG usa o calor de um arco elétrico entre um eletrodo nu

alimentado de maneira contínua e o metal de base. O calor funde o final do eletrodo e a

superfície do metal de base para formar a solda. A proteção do arco e da poça de solda

fundida vem inteiramente de um gás alimentado externamente, o qual pode ser inerte, ativo ou

mistura destes. Portanto dependendo do gás poderemos ter os seguintes processos:

- Processo MIG (Metal Inert Gas): injeção de gás inerte. O gás pode ser argônio, hélio, argônio

+ 1 a 3% de O2.

- Processo MAG (Metal Active Gas): injeção de gás ativo ou mistura de gases que perdem a

característica de inertes, quando parte do metal de solda é oxidado. Os gases utilizados são

CO2 , CO2 + 5 a 10% O2, argônio + 15 a 30% CO2 , argônio + 5 a 15% O2, argônio + 25 a

30% N2.

A figura 9 mostra esquematicamente o processo de soldagem MIG/MAG. Este processo

também é conhecido por GMAW (Gas Metal Arc Welding).

Figura 11 – Processo de Soldagem MIG/MAG


Escórias formadas nos processos de soldagem com eletrodo revestido e a arco submerso,

não formam no processo de soldagem MIG/ MAG, porque neste processo não se usa fluxo. No

entanto, um filme vítreo (que tem o aspecto de vidro) de sílica se forma de eletrodos de alto

silício, o qual deve ser tratado como escória.

A soldagem MIG/ MAG é um processo normalmente semi-automático, em que a

alimentação do arame eletrodo é feita mecanicamente, através de um alimentador motorizado, e

o soldador é responsável pela iniciação e interrupção da soldagem, além de mover a tocha ao

longo da junta. A manutenção do arco é garantida pela alimentação contínua de arame eletrodo e

o comprimento do arco é, em princípio, mantido aproximadamente constante pelo próprio

sistema, independentemente dos movimentos do soldador, dentro de certos limites.

O calor gerado pelo arco é usado para fundir as peças a serem unidas e o arame eletrodo,

que é transferido para a junta e constitui o metal de adição.

A soldagem GMAW pode ser usada em materiais numa ampla faixa de espessuras, como

mostra a tabela 4, tanto em ferrosos como em não ferrosos. O diâmetro dos eletrodos usados

varia entre 0,8 a 3,2 mm. O processo MAG é utilizado apenas na soldagem de materiais ferrosos,

enquanto a soldagem MIG pode ser usada tanto na soldagem de ferrosos quanto não ferrosos,

como alumínio, cobre, magnésio, níquel e suas ligas.

Tabela 4 – Forma de preparação para diversas espessuras a soldar pelo processo MIG/ MAG

Espessura (mm) → 0,4 1,6 3,2 4,8 6,4 10,0 12,7....

Procedimento

Passe único sem preparação

Passe único com preparação

Passes múltiplos

A soldagem MIG/ MAG é usada em fabricação e manutenção de equipamentos e

peças metálicas, na recuperação de peças desgastadas e no recobrimento de superfícies

metálicas com materiais especiais. A soldagem GMAW tem sido uma das que apresentaram

um maior crescimento em termos de utilização, nos últimos anos, em escala mundial. Este

crescimento ocorre principalmente devido à tendência à substituição, sempre que possível, da

soldagem manual por processos semi-automáticos, mecanizados e automáticos, para a

obtenção de maior produtividade em soldagem. A mesma tem se mostrado uma das mais


adequadas, dentre os processos de soldagem a arco, à soldagem automática e com a utilização

de robôs.

Melhorias contínuas tornaram o processo MIG/MAG aplicável à soldagem de todos

os materiais comercialmente importantes como os aços, o alumínio, o aço inoxidável, o cobre

e vários outros. Materiais com espessura acima de 0,76 mm podem ser soldados praticamente

em todas as posições.

A soldagem MIG/ MAG é um processo bastante versátil. As maiores vantagens são:

- Alta taxa de deposição do metal de solda em relação a soldagem com eletrodo revestido.

- Menos gás e fumaça na soldagem.

- Alto fator de trabalho do soldador (tempo de arco aberto sobre tempo total de soldagem). O

tempo total de execução de soldas de cerca da metade do tempo se comparado ao processo

eletrodo revestido.

- Alta versatilidade quanto ao tipo de material e espessuras aplicáveis.

- Altas velocidades de soldagem ; menos distorção das peças.

- Não existência de fluxos de soldagem e, consequentemente, ausência de operações de

remoção de escória.

- Larga capacidade de aplicação.

- Exigência de menor habilidade do soldador, quando comparada com a soldagem por eletrodo

revestido.

- A soldagem pode ser executada em todas as posições.

- Largas aberturas preenchidas ou amanteigadas facilmente, tornando certos tipos de soldagem

de reparo mais eficientes.

A principal limitação da soldagem MIG/ MAG é a sua maior sensibilidade à variação dos

parâmetros elétricos de operação do arco de soldagem, que influenciam diretamente na qualidade

do cordão de solda depositado. Além da necessidade de um ajuste rigoroso de parâmetros para se

obter um determinado conjunto de características para a solda, a determinação destes parâmetros

para se obter uma solda adequada é dificultada pela forte interdependência destes e por sua

influência no resultado final da solda produzida. Outras limitações do processo são:

- Maior custo de equipamento.

- Maior necessidade de manutenção dos equipamentos.

- Menor variedade de consumíveis.

- Maior velocidade de resfriamento por não haver escória, o que aumenta a ocorrência de

trincas, principalmente no caso de aços temperáveis.


6.2. Modos de Transferência da Gota Metálica

Na soldagem com eletrodos consumíveis, o metal fundido na ponta do eletrodo tem que

se transferir para a poça de fusão. O modo de ocorrência desta transferência é muito importante

na soldagem GMAW, pois afeta muitas características do processo, como por exemplo: a

quantidade de gases (principalmente hidrogênio, nitrogênio e oxigênio) absorvidos pelo metal

fundido, a estabilidade do arco, a aplicabilidade do processo em determinadas posições de

soldagem e o nível de respingos gerados. De um modo geral pode-se considerar que existem

quatro formas básicas de transferência de metal de adição do eletrodo para a peça: transferência

por curto-circuito, transferência globular, transferência por spray ou por pulverização axial e

transferência por arco pulsante.

Transferência por Curto-Circuito

Na soldagem com transferência por curto circuito são utilizados arames de diâmetros na

faixa de 0,8 a 1,2 mm, e aplicados pequenos comprimentos de arco (baixas tensões) e baixas

correntes de soldagem, sendo por isto um processo de energia relativamente baixa, o que

restringe seu uso para espessuras maiores. É obtida uma pequena poça de fusão de rápida

solidificação.

Este técnica de soldagem é particularmente útil na soldagem de materiais de pequena

espessura em qualquer posição, materiais de grande espessura nas posições vertical e

sobrecabeça, e no enchimento de largas aberturas..A soldagem por curto circuito também deve

ser empregada quando se tem por requisito uma distorção mínima.

A fusão inicia-se globularmente com a formação de uma gota de metal na ponta do

eletrodo e esta vai aumentando de tamanho até tocar a poça de fusão, quando a corrente começa

a aumentar para uma corrente de curto circuito (aumento relativo da corrente de soldagem e

abaixamento momentâneo da tensão) e extinguindo o arco. Quando esse valor alto de corrente é

atingido, o metal é transferido. Sob ação da força de tensão superficial, a gota é transferida para a

peça. O arame entra em curto circuito com a peça de 20 a 200 vezes por segundo. Não há metal

transferido durante o período de arco aberto, somente nos curto-circuitos.

Este modo de transferência caracteriza-se por uma grande instabilidade do arco, podendo

apresentar a formação intensa de respingos. A quantidade de respingos pode ser limitada pela

seleção adequada de parâmetros de soldagem e ajuste da fonte de energia. Para se garantir uma


boa estabilidade do arco na técnica por curto circuito devem ser empregadas correntes baixas. A

tabela abaixo ilustra a faixa de corrente ótima para a transferência de metal por curto circuito

para vários diâmetros de arames. Estas faixas podem ser ampliadas dependendo do gás de

proteção selecionado.

Tabela de faixa ótima de corrente de curto circuito para vários diâmetros de arame

Diâmetro do arame Corrente de soldagem (A)

pol (“) mm mínima máxima

0,030 0,76 50 150

0,035 0,89 75 175

0,045 1,10 100 225

Transferência Globular

Quando a corrente e a tensão de soldagem são aumentadas para valores acima do

máximo recomendado para a soldagem por curto circuito, a transferência de metal começa a

tomar um aspecto diferente. Essa técnica de soldagem é comumente conhecida como

transferência globular, na qual o metal se transfere através do arco. Sua ocorrência é, também,

bastante comum quando se usa o CO2 e hélio como gases de proteção. O metal se transfere para

a poça como glóbulos, cujo diâmetro médio varia com a corrente, tendendo a diminuir com o

aumento desta, podendo ser maior ou menor que o diâmetro do eletrodo. Os glóbulos se

transferem para a poça sem muita direção e o aparecimento de respingos é relativamente

elevado. Como as gotas de metal fundido se transferem principalmente por ação da gravidade,

sua utilização é limitada à posição plana.

Transferência por Spray ou por Pulverização Axial

À medida que se aumenta a corrente de soldagem, o diâmetro médio das gotas de metal

líquido que se transferem para a peça diminui, até que, acima de uma certa faixa, há uma

mudança brusca no modo de transferência, que passa de globular para “spray”. Neste modo, as

gotas de metal são extremamente pequenas e seu número bastante elevado. A figura 10, mostra

esquematicamente, este fato. A corrente (faixa) na qual ocorre esta mudança no modo de

transferência é conhecida como “corrente de transição”.


A transferência por spray só ocorre para elevadas densidades de corrente e quando se usa

argônio ou misturas ricas em argônio como gás de proteção. A tabela 5 mostra alguns valores da

corrente de transição.

corrente de transição

Corrente de Soldagem

Figura 12 – Relação entre o volume e quantidade de gotas com a corrente de soldagem

Tabela 5 – Corrente de transição globular/ spray para diferentes materiais e diâmetros de arame

Material Diâmetro Arame

(mm) Gás de Proteção Corrente Transição

(A)

0,76 150

0,89 165

1,10 220

1,30 240

Aço Carbono

1,60

Argônio + 2% Oxigênio

275

0,89 170

1,10 225 Aço Inoxidável

1,60

Argônio + 2% Oxigênio

285

0,76 95

1,19 135 Alumínio

1,60

Argônio

180

0,89 180

1,10 210 Cobre Desoxidado

1,60

Argônio

310

Volume das gotas

transferidas

Número de gotas

transferidas por

unidade de tempo


Com a transferência por spray a taxa de deposição pode chegar a 10 kg/h. Essa técnica de

soldagem é geralmente empregada para unir materiais de espessura 2,4 mm ou superiores.

Exceto na soldagem de alumínio ou cobre, o processo de arco em spray fica restrito apenas à

soldagem na posição plana devido ao tamanho elevado da poça de fusão, de difícil controle. No

entanto, aços carbonos podem ser soldados fora de posição usando essa técnica com uma poça de

fusão pequena, geralmente com arames de diâmetro 0,89 mm ou 1,10 mm.

Como esta transferência só é possível em correntes elevadas, ela não pode ser usada na

soldagem de chapas finas, e ainda pode dar origem a outro problema que é a possibilidade de

ocorrência de falta de fusão, devido ao jato metálico ser dirigido para regiões que não tenham

sido suficientemente aquecidas.

Transferência por Arco Pulsante

A transferência pulsada é uma variação da transferência em spray, conseguido pela

pulsação da corrente de soldagem em dois patamares, um inferior à corrente de transição

(conhecido como corrente de base), e outro superior a esta (corrente de pico), de modo que

durante o período de tempo em a corrente é baixa, uma gota se forma e cresce na ponta do

eletrodo e é transferida quando o valor da corrente é elevado. Geralmente é transferido uma gota

durante cada pulso de corrente alta. Valores comuns de freqüência ficam entre 60 e 120 pulso

por segundo.

Como a corrente de pico fica na região de arco em spray, a estabilidade do arco é similar

à soldagem em spray convencional. O período de baixa corrente mantém o arco aberto e serve

para reduzir a corrente média. Assim, a técnica pulsada em spray produzira um arco em spray

com níveis de correntes mais baixos que os necessários para a soldagem em spray convencional.

A corrente média mais baixa permite soldar peças de pequena espessura com transferência em

spray usando maiores diâmetros de arame que nos outros modos. A técnica pulsada em spray

também pode ser empregada na soldagem fora de posição de peças de grandes espessuras

Como conclusão, observa-se que o tipo de transferência metálica é função da corrente de

soldagem, da bitola e composição do arame eletrodo e da composição do gás de proteção, entre

outros parâmetros. A transferência por spray é a mais indicada, por ter um arco mais estável e

alta taxa de deposição, desde que respeitadas suas limitações. A transferência globular gera

bastante respingos, sendo pouco utilizada. No seu lugar diminui-se a distância do arco e obtém-


se a transferência por curto-circuito. A transferência por arco pulsado substitui a transferência

por pulverização axial no que se refere à posição de soldagem e espessura da chapa.

6.3. Equipamentos de Soldagem

O equipamento de soldagem MIG/ MAG consiste de uma pistola (tocha) de soldagem,

uma fonte de energia, um suprimento de gás de proteção e um sistema de acionamento de arame.

Para que um processo de soldagem com eletrodo consumível seja estável, é necessário

que a velocidade de consumo (de fusão) do eletrodo seja, em média, igual à velocidade de

alimentação deste, de modo que o comprimento do arco permaneça relativamente constante.

Na soldagem GMAW, existem duas formas de se conseguir este objetivo: permitir que o

equipamento controle a velocidade de alimentação de modo a igualá-la à velocidade de fusão,

ou manter a velocidade de alimentação constante e permitir variações nos parâmetros de

soldagem de modo a manter a velocidade de consumo, aproximadamente constante e, em

média, igual à velocidade de alimentação.

No primeiro caso trabalha-se com uma fonte do tipo corrente constante, que resulta em

velocidade de fusão (Vf) aproximadamente constante, com um alimentador de arame com

velocidade de alimentação (Va) variável, controlada pelo equipamento, de forma a manter o

comprimento do arco estável.

Este controle é feito pela comparação da tensão do arco, a cada instante, com um valor de

referência, e pela alteração da velocidade de alimentação do arame de forma a compensar

diferenças observadas entre a tensão real no arco e a tensão de referência.

Por exemplo, se em um dado instante, por um movimento involuntário, o soldador afasta

a tocha de soldagem da peça, provocando um aumento indesejável no comprimento do arco de

soldagem, este aumento provocará uma elevação na tensão do arco, que ficará maior que a

tensão de referência, resultando em um aumento momentâneo da velocidade de alimentação de

arame e o restabelecimento da condição inicial.

Tensão de soldagem (U1) e corrente de soldagem (I1)

Tensão de referência (UR)

Va variável e Vf ≈ constante

U1 > UR ⇒ Vf maior, logo, Va aumenta.

Portanto, comprimento do arco é

restabelecido.

U

I


No segundo caso, utiliza-se um fonte do tipo tensão constante e um alimentador de arame

com velocidade de alimentação constante. Com estas características, este tipo de equipamento

tende a manter o comprimento do arco estável. Variações no comprimento do arco, sempre

acompanhadas de variações na tensão deste, tendem a causar grandes variações na corrente de

soldagem de forma que, se em um dado instante o arco tornar-se maior que o valor de equilíbrio,

a corrente de soldagem será reduzida, de modo que a velocidade de consumo cai e o

comprimento do arco tende a voltar ao valor original. Raciocínio similar é usado quando o arco

diminui momentaneamente de comprimento.



Va ≈ constante

U1 > U2 ⇒ I1 < I2 , logo, Vf diminui.

Portanto, comprimento do arco é

restabelecido.

A maioria das aplicações da soldagem MIG/ MAG requer energia com corrente contínua

e polaridade inversa (eletrodo positivo). Nesta situação tem-se um arco mais estável,

transferência estável, menor quantidade de respingos, e cordão de solda com boas características.

Corrente contínua com polaridade direta (eletrodo negativo) não é normalmente usada e, corrente

alternada não é nunca utilizada para este processo.

A pistola (tocha) de soldagem contém um tubo de contato para transmitir a corrente de

soldagem para o eletrodo e um bocal de gás para direcionar o gás protetor. O bico de contato é

um tubo à base de cobre, cujo diâmetro interno é ligeiramente superior ao diâmetro do arame

eletrodo. O bocal é feito de cobre ou material cerâmico e deve ter um diâmetro compatível com a

corrente de soldagem e o fluxo de gás a serem usados numa dada aplicação. As tochas para

soldagem MIG/ MAG podem ser refrigeradas a água ou pelo próprio gás de proteção,

dependendo de sua capacidade e do fator de trabalho.

O alimentador de arame é acionado por um motor de corrente contínua e fornece arame a

uma velocidade constante, ajustável numa ampla faixa. Não existe qualquer ligação entre o

alimentador e a fonte de energia, entretanto, ajustando-se a velocidade de alimentação do arame,

ajusta-se a corrente de soldagem fornecida pela máquina, devido às características da fonte e do

U

I


processo. O arame é passado por um conjunto de roletes, que podem estar próximos ou longe da

tocha de soldagem.

O escoamento do gás protetor é regulado pelo fluxímetro e regulador-redutor de pressão.

Estes possibilitam fornecimento constante de gás para o bico da pistola.

6.4. Consumíveis

Os arames para soldagem são constituídos de metais ou ligas metálicas que possuem

composição química, dureza, condições superficiais e dimensões bem controladas. Arames de

má qualidade em termos destas propriedades podem produzir falhas na alimentação,

instabilidade do arco e descontinuidades no cordão de solda. Arames de aço carbono geralmente

recebem uma camada superficial de cobre com o objetivo de melhorar seu acabamento

superficial e seu contato elétrico com o bico de cobre. Os arames de aço usados na soldagem

MAG contêm maiores teores de silício e manganês em sua composição devido à sua ação

desoxidante. A seleção do arame a ser usado numa dada operação é feita em termos da

composição química e propriedades mecânicas desejadas para a solda.

A classificação de arames para soldagem de aços carbono tem a seguinte classificação:

ER XXY – ZZ, onde:

* ER indica que se trata de eletrodos (E) ou varetas (R) para soldagem a arco.

* Os dígitos representados por X (em número de dois ou três), mostram a

resistência à tração mínima do metal depositado, em 103 psi.

* O dígito Y pode ser um “S” para arame sólido para soldagem, um “C” para

arames indicados para revestimento duro ou um “T” para arames tubulares.

* Os dígitos representados por Z, indicam a classe de composição química do

arame e outras características.

A finalidade principal do gás protetor em soldagem MIG/ MAG é proteger a solda da

contaminação atmosférica. O gás protetor também influi no tipo de transferência, na

profundidade de penetração, no formato do cordão, velocidade máxima de soldagem, tendência

ao aparecimento de mordeduras e custo da soldagem.


Os gases inertes puros são usados principalmente na soldagem de metais não ferrosos,

particularmente os mais reativos, como o alumínio e o magnésio. Na soldagem de ferrosos, a

adição de pequenas quantidades de gases ativos melhora sensivelmente a estabilidade do arco e a

transferência de metal. Nitrogênio e misturas com nitrogênio são usados na soldagem de cobre e

algumas de sua ligas.

De um modo geral, com He e CO2 obtém-se maiores quedas de tensão e maior

quantidade de calor gerado no arco de soldagem, para uma mesma corrente e comprimento de

arco, em relação ao argônio, devido à maior condutividade térmica destes gases. Em geral,

misturas contendo He são usadas na soldagem de peças de maior espessura.

6.4.1. Comportamento da Atmosfera Ativa no Processo MAG

Por atmosfera ativa entende-se a injeção de gás de proteção ativo, isto é, com capacidade

de oxidar o metal durante a soldagem. Para facilitar o raciocínio sobre os fenômenos envolvidos,

tomemos como exemplo, a injeção de dióxido de carbono (CO2).

O dióxido de carbono injetado no gás de proteção, ao dissociar-se em monóxido de

carbono e oxigênio (CO2 → CO + ½ O2), propicia a formação do monóxido de ferro: Fe + ½ O2

→ FeO. O FeO por sua vez, difunde-se e dissolve-se na poça de fusão mediante a reação: FeO +

C → Fe + CO.

Pode ocorrer que não haja tempo para a saída do monóxido de carbono (CO), da poça de

fusão, o que provocará poros ou porosidades no metal de solda. O problema é resolvido mediante

a adição de elementos desoxidantes tal como o manganês. O manganês reage com o óxido de

ferro, dando origem ao óxido de manganês, o qual, não sendo gás, vai para a escória (FeO + Mn

→ Fe + MnO). O manganês, porém, deve ser adicionado em quantidade compatível com o FeO

formado. Manganês em excesso fará com que parte dele se incorpore à solda, implicando em

maior dureza da zona fundida da solda e, portanto, em maior probabilidade de ocorrência de

trincas. Em síntese, portanto, ocorrem as seguintes reações:

a) na atmosfera ativa: CO2 → CO + ½ O2

Fe + ½ O2 → FeO

b) quando da transformação líquido / sólido:

FeO + C → Fe + CO

c) com a adição de elementos desoxidantes:

FeO + Mn → Fe + MnO (o MnO vai para a escória)


É sempre conveniente atentarmos para os seguintes detalhes na soldagem com atmosfera

ativa (processo MAG e todos os outros com atmosfera ativa):

- à medida que a velocidade de solidificação aumenta, torna-se maior a probabilidade de

ocorrência de poros e porosidades.

- a oxidação pode ser causa de poros e porosidades. A desoxidação em excesso, ao aumentar a

resistência mecânica à tração da solda, aumenta a sua temperabilidade. O risco de trincas será

maior.

Na soldagem MAG o elemento desoxidante é adicionado mediante o uso de um arame

especial, contendo maior teor deste elemento desoxidante. Além do Mn, são também elementos

desoxidantes o Si, V e Ti.

6.5. Técnica Operatória

A abertura do arco se dá por toque do eletrodo na peça. Como a alimentação é

mecanizada, o início da soldagem é feito aproximando-se a tocha da peça e acionando-se o

gatilho. Neste instante é iniciado o fluxo de gás protetor, a alimentação de arame e a energização

do circuito de soldagem. Depois da formação da poça de fusão, a tocha é deslocada ao longo da

junta, com uma velocidade uniforme. Movimento de tecimento do cordão podem ser executados

quando necessários.

Ao final da operação, simplesmente se solta o gatilho da tocha e são interrompidos a

corrente de soldagem, a alimentação de arame e o fluxo de gás, extinguindo-se o arco.

As principais variáveis do processo GMAW são tensão, corrente e polaridade do arco de

soldagem, velocidade de deslocamento da tocha, vazão de gás protetor e diâmetro e

comprimento da extensão elétrica do eletrodo, também conhecido como stickout.

O diâmetro do eletrodo é escolhido principalmente em função da espessura do metal de

base, da posição de soldagem e outros fatores que podem limitar o tamanho da poça de fusão ou

a quantidade de calor que pode ser cedida à peça (energia de soldagem). Para cada diâmetro de

eletrodo existe uma faixa de operação.

O processo GMAW utiliza normalmente corrente contínua e polaridade inversa, eletrodo

positivo, que é o tipo de corrente que apresenta melhor penetração e estabilidade de arco.

Polaridade direta pode eventualmente ser usada para aumentar a velocidade de deposição,


quando não for necessária grande penetração. Corrente alternada não é normalmente usada. São

comumente empregadas correntes de soldagem de 50 A até mais de 600 A.

A corrente de soldagem influencia diretamente na penetração, largura e reforço do

cordão de solda, na taxa de deposição e afeta o modo de transferência do metal. A escolha da

corrente de soldagem é feita em função da espessura das peças a unir, do diâmetro do eletrodo e

das características desejadas para o cordão de solda.

A tensão de soldagem afeta o modo de transferência de metal e a geometria do cordão de

solda. As tensões de soldagem são normalmente empregadas na faixa de 15 a 32 V. Tensões

elevadas apresentam uma tendência maior à ocorrência de respingos e aumento na largura do

cordão. Tensões baixas tendem a favorecer a transferência por curto-circuito ou globular e

consequentemente, um arco mais instável. Esta instabilidade, por sua vez, facilita a absorção de

gases da atmosfera pelo arco, que podem resultar em porosidades ou problemas a eles

associados. Além disso, tensões baixas podem causar convexidade excessiva e má concordância

do cordão com a chapa.

A tensão de soldagem deve ser determinada ou otimizada de acordo com a corrente de

soldagem e o gás de proteção para cada passe de soldagem em particular.

O stickout é definido como a distância entre a extremidade do bico de contato da tocha de

soldagem até a extremidade do arame em contato com o arco elétrico. Entretanto, como é difícil

de se medir operacionalmente esta grandeza, geralmente toma-se como stickout a distância entre

a extremidade do bico de contato e a peça de trabalho. Quanto maior for esta distância, maior

será o aquecimento do arame por efeito joule e, portanto, menor a corrente necessária para

fundir o arame, mantida constante a velocidade de alimentação ou, inversamente, para uma

mesma corrente de soldagem, maior a taxa de deposição. Consequentemente, o aumento de

stickout pode ser usado como forma de se aumentar a taxa de deposição, dentro de certos

limites.

A vazão de gás protetor deve ser tal que proporcione boas condições de proteção. Em

geral, quando maior a corrente de soldagem, maior a área da poça de fusão e, portanto, maior a

área a proteger e maior a vazão necessária. Vazões reduzidas podem levar ao aparecimento de

porosidades e outros problemas associados à falta de proteção. Vazões muito elevadas podem

causar depressões na poça de fusão e tornar o cordão de solda irregular, além de aumentar

desnecessariamente o custo da operação.

A velocidade de soldagem influencia na energia de soldagem e, portanto, na quantidade

de calor cedida à peça. Velocidades muito baixas, além de elevar desnecessariamente o custo da


operação, podem causar problemas metalúrgicos devidos à energia de soldagem elevada.

Velocidade de soldagem elevada resulta em menores penetração, reforço e largura do cordão.

Velocidades excessivas provocam o aparecimento de mordeduras e falta de fusão e/ou

penetração do cordão de solda.


Trincas – podem ocorrer trincas em soldagem com técnica deficiente, como por exemplo, uso de

metal de adição inadequado.

Falta de fusão – pode acontecer na soldagem MIG/ MAG com transferência por curto-circuito.

Ocorre também com transferência por spray quando utilizamos baixas correntes.


1. Superfícies a serem soldadas estão com muita sujeira

1. Limpe bem as faces do chanfro antes de iniciar a soldagem

2. Energia de soldagem insuficiente 2. Aumente a voltagem e a velocidade de alimentação do arame.

3. Velocidade excessiva de desloca-mento da tocha

3. Reduza a velocidade de deslocamento (avanço).

4. Projeto de junta inadequado 4. Utilize chanfros largos (60o a 75o ).

Falta de penetração – sua ocorrência é mais provável com a transferência por curto-circuito.

Caracteriza-se por insuficiência de metal na raiz da solda.


1. Corrente de soldagem inadequada 1. Aumente a velocidade de alimentação do arame.

2. Abertura de raiz excessivamente pequena.

2. Mantenha uma distância de 1,5 a 3,0 mm.

3. Técnica de soldagem inadequada 3. Mantenha a tocha, o máximo possível, perpendicular ao eixo da solda.

4. Projeto de junta inadequado 4. A junta deve permitir o acesso ao fundo.


Reduza o nariz da raiz quando estiver excessivo (1,5 a 3 mm). Aumente o espaço entre as chapas nas juntas de topo (1,5 a 3 mm).

Inclusões de escória - o oxigênio contido no próprio metal de base, ou aquele captado durante a

soldagem sob condições deficientes de proteção, forma óxidos na poça de fusão. Na

maioria das vezes, esses óxidos flutuam na poça de fusão, mas eles podem ficar

aprisionados sob o metal de solda, dando origem a inclusão de escória.


1. Calor excessivo causando excesso de contração e distorção.

1. Reduza a voltagem ou a velocidade do arame ou até mesmo ambas. Aumente também a velocidade de avanço.

2. Cordões de solda muito pequenos (passes de raiz ou de filete).

2. Diminua a velocidade de avanço ou faça oscilação mínima.

3. Relações dimensionais inadequa-das

3. Formatos muito profundos e estreitos fragilizam os cordões. Aumente um pouco a voltagem ou diminua a velocidade de alimentação do arame. Se possível aumente os chanfros com esmerilhamento.

4. Projeto de junta inadequado 4. Faça chanfros adequados, conforme normas AWS ou ASME.

Mordeduras – consistem de depressões sob a forma de entalhe, no metal de base acompanhando

a margem da solda.


1. Velocidade de deslocamento muito alta.

1. Reduza a velocidade

2. Voltagem excessiva 2. Reduza a tensão de soldagem.

3. Corrente elevada 3. Reduza a velocidade de alimentação do arame.

4. Energia de soldagem muito elevada

4. Chapas mais finas exigem menor quantidade de energia. Controle a tensão e a corrente de acordo com a espessura da chapa.

5. Movimento da tocha inadequado 5. Evite manter o arco aceso sobre as quinas do chanfro. Mantenha o mesmo, por mais


tempo, sobre a parede do chanfro.

6. Posicionamento da tocha 6. Corrija a posição da tocha de modo que o arco elétrico contenha a poça de fusão, dirigindo-a para uma união adequada com as paredes do chanfro.

7. Peça superaquecida dificultando o controle da poça de fusão

7. Deixe a peça esfriar entre passes.

Poros e Porosidades – são causados por gás retido na solda. Na soldagem MIG/ MAG verifica-

se o seguinte mecanismo: o gás de proteção, injetado sem a observância de determinados

requisitos técnicos, pode deslocar a atmosfera que o envolve, a qual contém oxigênio e

nitrogênio. O oxigênio e nitrogênio da atmosfera podem dissolver-se na poça de fusão,

dando origem a poros e porosidades no metal de solda.


1. Vazão do gás está alta ou muito baixa

1. Regule a vazão do gás nas seguintes proporções: diâmetro do arame x 10, ou seja, ∅ do arame igual a 0,8 mm temos 0,8 x 10 = 8 l/min.

2. O gás pode não ser o indicado para o processo e transferência (curto circuito, spray, etc.)

2. Antes de começar a soldar, verifique se o gás é indicado para o processo MIG/MAG e para o tipo de transferência a ser usado.

3. Arame ou guias sujas 3. Limpe a guia com ar comprimido. Verifique se o arame não está com graxa, resíduos ou umidade.

4. Correntes de ar muito fortes 4. Proteja as peças a soldar das correntes de ar (ventos)

5. Sujeira nas peças 5. Elimine as impurezas das chapas (graxas, umidade, óleo, carepa e sujeira da chapa base)

6. Voltagem alta 6. Reduza a tensão de soldagem

7. Respingos colados no bocal 7. Retire os respingos, pois eles alteram o fluxo do gás provocando turbulências e aspiração do ar.

8. Distância do bocal incorreta 8. Mantenha a distância correta. Nem muito perto, nem muito longe.

9. Vazamentos nas mangueiras 9. Verifique sempre mangueiras e conexões para evitar aspiração do ar pelo furo


10. Largura excessiva da poça de fusão

10. Reduza o tamanho da poça de fusão

11. Vazamento das pistolas 11. Verifique sempre as juntas e a pistola. Se tiver algum furo, faça a substituição

12. Manômetro de vazão pode não estar marcando corretamente a vazão, dando falsa informação.

12. Inspecione com um fluxômetro manual diretamente na pistola para ter a vazão real de saída da tocha.


1. Explique como se realiza a soldagem no processo MIG / MAG.

2. Qual é a diferença básica entre os processos de soldagem MIG e MAG? Enumere os

gases de proteção utilizados em cada um deles.

3. Por que a soldagem MAG não se aplica aos materiais não ferrosos?

4. Cite as vantagens e desvantagens do processo de soldagem MIG / MAG.

5. Explique como ocorre a transferência da gota metálica nos modos de transferência por

curto circuito e por spray.

6. Defina corrente de transição e mostre a relação entre o volume e número de gotas

transferidas para a poça de fusão com a corrente de soldagem.

7. Por que a transferência por spray não é indicada para a soldagem de chapas finas e se

restringe à posição plana?

8. Como ocorre o controle da velocidade de fusão nas fontes do tipo corrente constante e do

tipo tensão constante?

9. Qual é a função do bico de contato na soldagem a arco metálico por proteção gasosa?

10. Por que as misturas gasosas a base de hélio são mais indicadas para a soldagem de peças

de maior espessuras?

11. Explique a ação desoxidante do manganês e silício, presentes na composição do arame

eletrodo, na soldagem MAG de ligas metálicas.

12. Comente como o defeito porosidade/poros pode ocorrer durante a soldagem GMAW com

atmosfera ativa.

13. Quais as principais variáveis operacionais do processo de soldagem MIG / MAG?

Comente cada uma delas.


14. Cite três formas de se controlar ou evitar a ocorrência dos defeitos falta de fusão, falta de

penetração e porosidades nas soldas realizadas pelo processo MIG / MAG.

15. Explique como o stickout pode ser usado como forma de se aumentar a taxa de deposição?

16. Por que o processo MIG/MAG apresenta maior fator de trabalho em relação ao processo

de soldagem por eletrodo revestido e TIG?


7. SOLDAGEM POR RESISTÊNCIA

7.1. A Resistência Elétrica nos Processos de Soldagem

A soldagem por resistência pertence ao grupo dos processos de soldagem por pressão,

e neste aos processos nos quais é utilizado o calor produzido pela passagem da corrente por

um condutor metálico.

Neste processo não se utilizam metais de adição, sendo que, em casos excepcionais,

pode-se usar retalhos de chapas colocados na junta ou entre as peças a soldar. As peças em

contato ou que se sobrepõe são aquecidas localmente devido à passagem da corrente e do

conseqüente aquecimento por efeito joule, onde a transformação energética depende das

resistências específicas das parte em contato, da soma das resistências de transição bem como

da intensidade da corrente segundo a Lei de Joule:

tRIQ ××= 2 onde: Q = energia

I = intensidade da corrente

t = tempo da passagem da corrente

R = resistência

O aquecimento é normalmente controlado para se obter uma temperatura próxima ao

ponto de fusão do metal a ser soldado (temperatura liquidus). Ao mesmo tempo, uma força é

aplicada na solda, causando uma deformação plástica das áreas de contato e pressionando-as

conjuntamente. Já que as resistências do contato eletrodo/peça, peça/peça dependem além do


estado da superfície, de forma significativa da pressão do eletrodo, esta pressão do aperto é

um dos mais importantes parâmetros do processo que muito influencia o resultado da

soldagem.

Os tempos de soldagem aplicados são muito curtos (em torno de 0,1 a 1 segundo para

soldagem por pontos), o que limita sobremaneira a zona afetada pelo calor. Na soldagem por

centelhamento, os tempos são maiores e podem, para grandes áreas de fusão, alcançar alguns

minutos.

Como as resistências elétricas na solda são muito pequenas, na ordem de 50 a 500 µΩ,

são necessárias altas correntes para gerar suficiente aquecimento (heat input). Dependendo

das dimensões, geometria e propriedades físicas das peças, correntes na faixa de 1 a 100 kA

são aplicadas. A tensão de soldagem é normalmente inferior a 15 V (entre 2 a 12 V), na faixa

sem perigo para o operador.

7.2. Soldabilidade dos Materiais

Na soldagem por resistência, as propriedades físicas dos materiais exercem uma

influência decisiva na soldabilidade em relação aos outros processos de soldagem. Isto deve-

se parcialmente ao fato de que a condutividade elétrica do metal determina a geração de

energia e, também devido ao fato de que sua condutividade térmica afeta a distribuição de

temperatura na interface soldada. Soma-se a isto, o intenso aquecimento localizado

combinado com rápido resfriamento causa mudanças nas propriedades da solda e da zona

afetada pelo calor.

Metais com elevada resistividade, baixa condutividade térmica e ponto de fusão

relativamente baixo, como ligas não ferrosas, são facilmente soldáveis. Para aços carbono

com teor de carbono acima de 0,15% e para aços baixa liga, um tratamento térmico

subsequente à solda é necessário, desde que se verifique um aumento considerável de dureza

na zona de solda.

Certos metais com menor resistividade elétrica e maior condutividade térmica, como o

Al, o Mg e suas ligas, são mais difíceis de soldar. Metais preciosos e o Cu, devido à sua

elevada condutividade térmica e elétrica, são problemáticos para soldagem por resistência.

Finalmente os materiais refratários, devido ao seu elevado ponto de fusão, são também

difíceis de soldar pelos processos de soldagem por resistência.


O efeito destas propriedades pode ser combinado em uma fórmula, proposta por Cary,

que indica a soldabilidade relativa (W) de diferentes materiais com relação à soldagem por

resistência, em particular a soldagem por pontos.

100××

=KT

RW onde:

R é a resistividade do material, em µΩ.cm, T é a temperatura de fusão, em oC e K é a

condutividade térmica relativa ao cobre, que vale 1.

Se W for inferior a 0,25 o material é considerado de baixa soldabilidade e se acima de

2,0 a soldabilidade é considerada excelente. De acordo com esta fórmula, o aço tem uma

soldabilidade relativa superior a 10.

A condição da superfície do metal a ser soldado deve ser tal que a resistência de

contato entre os eletrodos e a peça de trabalho não represente uma predominante parte da

resistência total. As superfícies metálicas devem ser livres de carepas, óxidos, contaminantes,

etc., implicando dizer que elas devem ser completamente limpas antes de se efetuar a

soldagem. A limpeza pode ser feita por processos mecânicos (jateamento ou lixamento) ou

por processos químicos (decapagem).

7.3. Processos de Soldagem por Resistência

A soldagem por resistência compreende um grupo de processos nos quais a união de

peças metálicas é produzida em superfícies sobrepostas ou em contato topo a topo, pelo calor

gerado na junta através da resistência à passagem de uma corrente elétrica e pela aplicação

de pressão.

Existem diversos processos de soldagem por resistência, como:

- Soldagem por pontos

- Soldagem por costura

- Soldagem por projeção

- Soldagem de topo por resistência

- Soldagem de topo por centelhamento

- Soldagem por resistência a alta frequência


Na soldagem por pontos, a solda é obtida na região das peças colocadas entre um par

de eletrodos e várias soldas podem ser obtidas simultaneamente pela utilização de vários pares

de eletrodos.

Na soldagem por projeção, o processo é similar ao anterior, sendo que a soldagem

ocorre em um local determinado por uma projeção ou saliência em uma das peças. Duas ou

mais soldas podem ser obtidas com um único par de eletrodos. Este processo é usado

principalmente para unirem pequenas peças estampadas, forjadas ou usinadas. Parafusos e

pinos podem ser facilmente soldados em uma chapa fina por este processo. A faixa de

espessuras na qual é utilizada a soldagem por projeção é de 0,5 a 3 mm.

Na soldagem por costura, uma série de pontos de solda consecutivos é feita, de modo a

produzir uma solda contínua, por sobreposição parcial dos diversos pontos. Normalmente, um

ou ambos os eletrodos são discos ou rodas, que giram enquanto as peças a serem soldadas

passam entre eles.

Na soldagem de topo por resistência, a corrente elétrica passa através das faces das

peças que são pressionadas frente a frente. A soldagem de topo por resistência é usada para

unir arames, tubos, anéis e tiras de mesma seção transversal.

Na soldagem por centelhamento, as peças são energizadas antes de entrarem em

contato e suas faces são aproximadas até que o contato ocorra em pontos discretos da

superfície da junta, gerando centelhamento. Tanto neste processo quanto no anterior, existe

um estágio final, quando as faces suficientemente aquecidas são fortemente pressionadas uma

contra a outra, sofrendo uma considerável deformação plástica, que consolida a união.

Na soldagem por alta frequência, a solda é obtida pelo calor gerado pela resistência à

passagem de uma corrente elétrica de alta frequência (10 a 500 kHz) e pela aplicação rápida

de pressão. É utilizada principalmente para a realização de costuras em tubos e outros perfis.

7.3.1. Soldagem por Pontos

A soldagem por pontos é a mais utilizada dentre os processos de soldagem por

resistência elétrica. Pode ser considerada como uma econômica alternativa para antigas uniões

aparafusadas ou rebitadas. Como estas últimas, também exige uniões de tipo sobreposta e

esforços que se desenvolvem no plano de união (cisalhamento).

Seu campo de aplicação usual é na soldagem de chapas finas com espessura de 0,5 a

2,0 mm. As propriedades mecânicas do metal limita a espessura máxima da chapa que pode


ser soldada por este processo, sendo aproximadamente 15 mm para aços e de 3 a 4 mm para

alumínio. Chapas de espessuras entre 3 a 8 mm são frequentemente soldadas, porém,

espessuras superiores a 8 mm raramente são soldadas. Tem o seu grande emprego em

indústrias automobilísticas, aparelhos ou dispositivos de utilidade doméstica, etc..

As peças a serem unidas tem que se sobrepor no lugar da união; pelos eletrodos, as

peças são pressionadas no local e aquecidas até a temperatura de fusão por causa do

aquecimento por resistência em virtude da passagem da corrente elétrica, em áreas bem

limitadas da peça.

Os eletrodos são pressionados sobre as peças por meio de força pneumática ou

hidráulica, assim é conseguido uma boa aderência entre as chapas no lugar de contato. Com a

força do eletrodo é fechado o circuito da corrente, origem do rápido aquecimento do local da

soldagem. Tempos de soldagem usuais se situam entre 2 a 40 períodos dependendo do

material, tamanho das peças e necessários diâmetros dos pontos. Após o desligamento, o

ponto resfria debaixo da pressão e origina uma ligação aproximadamente circular.

Os eletrodos utilizados são construídos a partir de ligas de cobre duras (cobre/cromo,

cobre/cobalto, etc.) para resistir às forças envolvidas com um mínimo de deformação e

desgaste. Já que os eletrodos são bons condutores de eletricidade, a resistência na região de

contato eletrodo/chapa é bem menor do que entre as chapas (onde o calor se concentra).

Considerando que também é baixa a condutividade térmica dos materiais a soldar, a

temperatura dos eletrodos não deve passar dos 400oC. Isto garante uma maior vida útil.

A forma dos eletrodos é adaptada às condições de soldagem; eletrodos com superfície

abaulada são mais universais no emprego, pois, mesmo com os eixos dos eletrodos não

perfeitamente alinhados, a superfície de contato dos mesmos permanece aproximadamente

constante. Dos dois eletrodos em posições opostas, uma é geralmente fixa e a outra móvel.

Bons resultados de soldagem somente podem ser alcançados se as peças apóiam bem

uma sobre a outra e as superfícies estão limpas. Ferrugem, carepa ou sujeiras nas chapas

dificultam a passagem da corrente e levam a pontos de soldagem de formação e resistência

irregulares. Existindo revestimentos não metálicos torna-se difícil ou impossível uma

soldagem para espessuras de camadas maior que 0,5 µm em virtude do efeito isolante desta

camada à passagem da corrente. Tratando-se de revestimentos metálicos a soldagem é

possível, mas a vida útil dos eletrodos será em parte reduzida por contaminação.


Na soldagem de um sequência de pontos, deve-se observar uma distância mínima

entre eles (de 15 a 20 vezes a espessura da chapa). O diâmetro do ponto (d) é determinado de

forma aproximada pela relação sd ⋅= 5 (s = espessura da chapa).

7.3.2. Soldagem por Costura

A soldagem por costura é uma variante do processo de resistência elétrica, onde os

eletrodos na forma de rolos são usados para transmitir a corrente e forçar a peça de trabalho.

Normalmente, um dos eletrodos é usado como agente motor para alimentação da peça de

trabalho. As correntes podem ser alternadas ou contínuas, e a soldagem pode ser executada

continuamente ao longo ou ao redor da peça.

A soldagem por costura exige correntes muito maiores que a soldagem por pontos, já

que uma parcela maior da corrente elétrica circula pela região já soldada. A força do eletrodo

permanece constante durante toda a operação de soldagem. Uma variante deste processo é a

soldagem múltipla por costura onde vários pares de rolos eletrodos operam lado a lado.

As juntas sobrepostas são de longe o tipo de junta mais comumente usado na soldagem

por costura. Entretanto, muitos outros tipos de junta usados na soldagem por pontos também

podem ser usados neste processo. A profundidade mínima de sobreposição das partes

normalmente pode ser expressa pela relação de 5 . t (t = espessura de uma única chapa).

Um processo alternativo da soldagem por costura permite a utilização de juntas de

topo em chapas finas, produzindo uma solda não mais espessa do que o metal de base. O

processo consiste em inserir uma fina chapa metálica do mesmo material das peças a soldar

entre os rolos eletrodos, na região de aquecimento, a qual age como um metal de adição.


A soldagem por costura é limitada à soldagem de chapas. De forma a utilizar

completamente a capacidade do processo na obtenção de soldas contínuas, a máxima

espessura de chapas de aço é de aproximadamente 3 mm, mesmo para aqueles metais que

apresentam melhor condutividade elétrica. A corrente de fuga que passa através da solda

acabada não permite soldagem de alta qualidade para metais mais espessos.

Este processo de soldagem é usado principalmente para juntas contínuas impermeáveis

a gases e líquidos, em aplicações como tanques de combustível para automóveis, extintores de

incêndio, fabricação de tubos, etc.

7.4. Equipamentos

O equipamento para soldagem por resistência deve apresentar três sistemas básicos:

elétrico, mecânico e de controle.

O sistema elétrico consiste de uma fonte de energia, conexões e eletrodos. As fontes

de energia elétrica podem ser do tipo "energia direta" ou "energia armazenada", e fornecer

corrente contínua ou alternada.

As máquinas de corrente alternada são do tipo energia direta, sendo que a corrente de

soldagem é fornecida diretamente por um transformador monofásico. Sua capacidade é

limitada, uma vez que este tipo de equipamento provoca um forte desbalanceamento na rede


de distribuição de energia elétrica no momento de sua utilização, além de apresentar um baixo

fator de potência, devido a alta indutância do transformador.

As máquinas de corrente contínua do tipo energia armazenada são baseadas num

banco de capacitores, alimentado por uma fonte de tensão contínua, que armazena a energia

necessária para a soldagem.

Os eletrodos são feitos de ligas que têm elevada condutividade térmica e elétrica,

geralmente à base de cobre, além de serem resistentes à deformação e ao desgaste, mesmo a

temperaturas relativamente elevadas. A geometria dos eletrodos tem grande influência na

qualidade da solda produzida e deve ser otimizada para cada aplicação.

O sistema mecânico consiste de um chassi, que suporta o transformador de soldagem e

outros componentes dos sistemas elétrico e de controle, e de um dispositivo para fixação das

peças e aplicação de pressão.

O dispositivo de aplicação de pressão pode ser acionado manualmente, através de um

motor elétrico, ou ainda por dispositivos pneumáticos ou hidráulicos. As máquinas de

acionamento manual são usadas normalmente quando a produção é muito variável, devido à

facilidade de se alterarem as condições ou parâmetros de soldagem. As máquinas hidráulicas

ou pneumáticas são geralmente usadas quando a fabricação é mais ou menos homogênea,

podendo ser bastante especializadas para uma determinada tarefa. As máquinas com

acionamento por motor elétrico são normalmente usadas quando não se dispõe de ar

comprimido perto do local de operação.

A soldagem por resistência não utiliza consumíveis. Apenas os eletrodos são peças

que se desgastam com o tempo e devem ser substituídas eventualmente.

7.5. Variáveis Operacionais

As principais variáveis da soldagem por resistência são a corrente elétrica, a

resistência elétrica do circuito de soldagem, o tempo, a força nos eletrodos e a forma e

preparação destes.

7.5.1. Corrente de soldagem

A corrente de soldagem possui um limite inferior, abaixo do qual o aquecimento e

eventual fusão adequados não são obtidos na interface de união. Este valor depende da área de


contato entre os eletrodos e as peças ou das peças entre si, do material a ser soldado e da

espessura deste. Aumentando-se a intensidade da corrente, pode-se diminuir o tempo de fluxo

desta. Entretanto, existe um limite superior que, se excedido, provocará o aquecimento de

toda a espessura do material entre os eletrodos, de tal forma que haverá deformação plástica

de toda a seção sob ação dos eletrodos, com possíveis penetrações excessivas destes na

superfície do material, deformação excessiva das peças ou expulsão também excessiva de

material. A resistência mecânica máxima na junta é obtida, de modo geral, para valores de

corrente ligeiramente abaixo deste limite superior. Condições ótimas de operação e resultados

são, em geral, obtidas nesta situação.

7.5.2. Tempo de passagem da corrente

A quantidade de calor gerado na junta é diretamente proporcional ao tempo de

passagem da corrente elétrica. Assim, este tempo deve ser otimizado em função dos outros

parâmetros de soldagem. De acordo com a equação de Joule, quantidades iguais de calor

podem ser geradas na junta, com diferentes parâmetros de operação, desde que o produto I2t

seja mantido constante. Isto significa que, em princípio, soldas equivalentes podem ser

obtidas para diferentes níveis de corrente, se o tempo de passagem desta for variado de forma

conveniente. Entretanto, isto não é totalmente verdadeiro, pois um aumento no tempo de

soldagem diminui a eficiência do processo, já que uma perda maior de calor ocorrerá, através

de condução pelas peças e pelos eletrodos, antes da fusão da interface. Assim, para reduzir a

extensão da zona termicamente afetada, é preferível se trabalhar com correntes elevadas e

tempos curtos. Isto é particularmente interessante na soldagem de materiais de alta

condutividade térmica.

Na soldagem por costura, além do tempo de passagem da corrente, deve-se controlar a

relação entre o intervalo de tempo das descargas e a velocidade de deslocamento das peças, de

modo a se obter uma superposição adequada dos pontos de solda que formarão o cordão.

Neste processo, devido à condução de corrente pela parte metálica já soldada, a corrente de

soldagem deve ser 30% a 50% superior àquela usada na soldagem por pontos nas mesmas

condições.


7.5.3. Resistência total do circuito

A resistência total do circuito de soldagem é dada pela soma das resistências dos

eletrodos, das resistências de contato eletrodo/peças, da resistência interna das peças e da

resistência de contato entre as peças, desprezando-se a resistência interna do equipamento. O

aquecimento em cada uma destas regiões é proporcional ao valor local da resistência elétrica.

R1 e R2: A resistência de contato entre eletrodos e chapa deve ser a mais baixa

possível, pois a corrente de soldagem não deve encontrar resistência à sua passagem nestes

pontos. Se a resistência entre eletrodos e chapa for muito alta poderá ocorrer:

a) Os eletrodos se soldam às chapas.

b) Desgaste e deformação nas pontas dos eletrodos.

c) O super aquecimento provocará depósitos de partículas de cobre do eletrodo na

superfície das chapas.

R3: Resistência de contato entre as peças. Esta resistência deve ser a maior delas, de

modo que o aquecimento se dê principalmente nesta interface. Corresponde à região onde

ocorre a solda. Esta resistência pode ser controlada pela condição superficial das peças a unir

e pela força aplicada.


R4 e R5: Resistência elétrica das peças a serem soldadas. Dependem da espessura e

composição das ligas.

No caso de soldagem de metais dissimilares ou de peças de diferentes espessuras, a

variação da resistividade dos materiais ou a variação de resistência com a espessura deve ser

compensada pela geometria dos eletrodos. Assim, eletrodos com maior área devem ser

colocados em contato com as peças de maior resistência, para promover um balanço térmico.

Em solda de chapas de espessuras diferentes, a mais fina aquece primeiro, sendo que essa

diferença é compensada usando-se eletrodo com área de contato maior no lado da chapa de

espessura menor.

7.5.4. Força aplicada pelos eletrodos

A força aplicada pelos eletrodos ou outros dispositivos apropriados não influencia

diretamente na quantidade de calor gerado no processo, mas indiretamente, através de seu

efeito na resistência de contato entre as peças. Quanto maior a força aplicada, melhor o

contato, e portanto menor a resistência na interface peça/peça. Por outro lado, a aplicação de

uma força muito pequena pode causar flutuações na resistência de contato, levando a

flutuações na qualidade dos pontos obtidos e, em casos extremos, à abertura de arco entre as

peças.

A escolha dos parâmetros de soldagem é feita em função do material e da espessura

das peças a serem unidas. Algumas tabelas com parâmetros típicos de soldagem para diversas

situações podem ser encontradas na literatura.

7.6. Aplicações Industriais

A soldagem por resistência é um dos métodos de soldagem mais versáteis de união de

metais, tanto do ponto de vista das peças a serem soldadas, como espessuras, formas,

materiais, etc., como do equipamento que, com pequenas alterações, pode ser adaptado para

soldagem de diferentes peças.



1. A soldagem por resistência pode ser considerada um processo de soldagem por fusão?

Justifique.

2. Estes processos podem produzir uma zona afetada pelo calor na junta soldada? Explique.

3. Eletrodos para a soldagem por resistência podem ser refrigerados a água?

4. Explique por que na soldagem por resistência de chapas de aço carbono muito oxidadas,

os valores da corrente de soldagem são normalmente superiores àqueles utilizados na

soldagem de chapas não oxidadas.

5. Por que as ligas de alumínio e de magnésio são mais difíceis de serem soldadas pelo

processo de resistência elétrica?

6. Relacione as ligas seguintes segundo o grau de dificuldade para serem soldadas pelo

processo de resistência elétrica: ouro, zinco, aço carbono, alumínio, aço inoxidável

austenítico, cobre e ferro puro.

7. Cite alguns segmentos da indústria que fazem uso da soldagem por resistência,

enumerando os produtos da soldagem e respectivo processo utilizado.

8. Explique por que na soldagem de uma sequência de pontos, deve ser observada uma

distância mínima entre estes.

9. Você realizaria uma união de duas chapas pelo processo de resistência elétrica utilizando

uma junta de topo? Justifique.

10. Explique o motivo da existência de um limite inferior e superior para a corrente de

soldagem nos processos por resistência elétrica.


8. FALHAS INTRODUZIDAS PELO SERVIÇO

8.1. Deformação na Soldagem

A deformação é um dos mais sérios problemas a ser enfrentado na fabricação de

estruturas e equipamentos soldados. O grande número de variáveis associadas à operação de

soldagem faz com que a previsão acurada da deformação seja um assunto que apresenta

dificuldades.

Os equipamentos e estruturas são projetados para serviços, dimensões e tolerâncias

específicas. A menos que a deformação seja prevista e controlada ou corrigida, as dimensões

requeridas podem não serem obtidas, as premissas de projeto podem ser invalidadas, e a

aparência do produto pode ser afetada.

8.1.1. Causas da Deformação na Soldagem

Existem diversos fatores que podem contribuir para a deformação durante a soldagem,

e, destes, o aquecimento não uniforme da junta soldada pelo arco ou chama, é o mais

importante.

Contudo, a previsão acurada da deformação se torna difícil uma vez que as

propriedades físicas e mecânicas nas quais se baseariam os cálculos de deformação, variam

com a temperatura, que depende da energia de soldagem aplicada.

Com o aumento da temperatura, o limite de escoamento, o módulo de elasticidade e a

condutividade térmica do aço decrescem e o coeficiente de dilatação térmica aumenta. Estas

variáveis, por sua vez, afetam o escoamento e a uniformidade de distribuição do calor,

tornando difícil o cálculo preciso da deformação.

Os principais fatores de influência na deformação são os seguintes:

a) Energia de Soldagem

Se, a partir da temperatura ambiente, duas chapas fossem aquecidas uniformemente e

com completa liberdade para se mover em todas as direções, elas retornariam a sua forma

original se lhes fosse permitido resfriar uniformemente até a temperatura ambiente. Contudo,

durante a soldagem o aquecimento não é uniforme, e, no resfriamento, ocorre a contração

desigual do metal de solda e das chapas. Se o cordão de solda não estivesse ligado às chapas,

este ao se resfriar, se contrairia. Dessa forma, para que ele se ligasse às chapas seria


necessário esticá-lo longitudinalmente e transversalmente por forças que excederiam a tensão

de escoamento do material. O que ocorre, porém na realidade, é que as tensões internas que

surgem na solda e metal base durante o resfriamento encontram alívio na deformação, e a

forma e dimensões da peça terão sido mudadas quando ela retornar à temperatura ambiente.

A variação do tamanho e da forma das peças soldadas depende portanto da energia de

soldagem, da natureza da fonte da energia de soldagem e da maneira na qual esta energia é

aplicada.

O calor, além daquele aplicado pelo processo de soldagem, pode também influir na

deformação. O pré-aquecimento é um exemplo disto, e o pré-aquecimento local mal aplicado

pode aumentar a deformação.

b) Grau de restrição

A restrição imposta à acomodação das tensões internas pela deformação, pode tornar-

se muito séria, no caso de grandes espessuras, onde o surgimento de trincas tornar-se-ia

inevitável.

c) Tensões Internas

Tensões internas estão geralmente presentes nos componentes de uma estrutura

mesmo antes de sua fabricação e são causadas por vários processos como laminação,

dobramento, corte, conformação e oxi-corte. A magnitude destas tensões vai depender da

severidade do processo empregado.

O calor aplicado durante a soldagem tende a aliviar estas tensões e a deformação final

é uma combinação daquela devida à soldagem, com a devida às tensões internas. Muitas

vezes estas tensões se opõem à deformação causada pela soldagem e assim reduzem a

deformação resultante, outras vezes os efeitos são exatamente o oposto.

É extremamente difícil antecipar como seções conformadas reagem ao calor de

soldagem, uma vez que o arranjo das tensões internas é desconhecido. Não é um assunto

simples medir estas tensões internas, nem é usualmente prático removê-las.

d) Propriedades Mecânicas

Quanto à sua natureza, sabemos que metais diferentes expandem de quantidades

diferentes quando aquecidos. Os coeficientes de dilatação do metal de base e do metal de

solda tem uma influência importante na deformação. A deformação não ocorreria se o


material tivesse coeficiente zero de dilatação, mas, como isto não acontece, quanto maior o

coeficiente de dilatação, maior a tendência à deformação durante a soldagem. Por exemplo,

uma estrutura ou equipamento fabricado em aço inoxidável deforma sempre mais que uma

estrutura ou equipamento similar fabricado em aço carbono, devido ao maior coeficiente de

dilatação do aço inoxidável.

Condutividade térmica é a medida da facilidade do calor escoar através de um

material. Metais com relativamente baixas condutividades térmicas não dissipam calor

rapidamente. Soldagem em metais de baixa condutividade térmica resulta num maior

gradiente de temperatura entre o metal base e a solda, o que aumenta os efeitos da contração

na solda e áreas adjacentes.

A tensão de escoamento do metal da solda é outro parâmetro que afeta o grau de

deformação de uma peça soldada. Para acomodar a contração da junta soldada no

resfriamento, as tensões devem atingir a tensão de escoamento do metal da solda. Depois que

a solda é alongada e afinada, a solda e o metal base adjacente ficam tensionados próximos às

suas tensões de escoamento. Quanto maior a tensão de escoamento na área de solda, maiores

as tensões residuais que podem agir para deformar a peça.

A tensão de escoamento de metais pode ser mudada por tratamentos térmicos ou

mecânicos. Para minimizar o empenamento, os metais devem ser soldados e então submetidos

a tratamento térmico, quando possível.

8.1.2. Tipos de Deformação na Soldagem

Contração Transversal

Trata-se de uma redução de dimensão perpendicular ao eixo do cordão de solda.

Quanto maior a secção transversal da zona plastificada, maior a contração. Em primeira

aproximação, cada 1 in2 de seção transversal de zona fundida provoca uma contração

transversal de ¼ in.

O pré aquecimento aumenta a contração pelo alargamento da zona plastificada,

entretanto, proporciona um resfriamento mais regular que tende a reduzir as deformações. O

número de passes pode aumentar a contração, mas, à medida que a solda é depositada, o grau

de restrição tende a conter esta tendência.


Uma previsão mais exata, para chapas de espessura maior que 25 mm, soldadas sem

restrição, pode ser feita com a aplicação da fórmula:

dt

A⋅+

⋅ 05,02,0 , onde:

A = área da secção transversal da zona fundida (in2)

t = espessura das chapas (in)

d = abertura da raiz (in)

O coeficiente 0,2 deve ser reduzido a 0,18 para chapas de espessura inferior a 25 mm.

A fórmula não se aplica, para espessuras inferiores a 6 mm.

Contração Longitudinal

A contração longitudinal – redução do comprimento do cordão de solda – depende da

relação entre a seção transversal da zona plastificada e o restante da peça.

Quando em seção transversal, a área das peças não excede em 20 vezes a área da zona

fundida, é válida a relação:

Contração Longitudinal = p

s

A

A⋅025,0 , onde:

As = área da zona fundida (in2)

Ap = área das peças (in2)

Deformação Angular

A disposição irregular da zona fundida em relação à linha neutra da peça é a principal

razão da deformação angular. Observar que a assimetria do chanfro, determina uma contração

maior na região do reforço do que na raiz da solda.

Para peças finas, a deformação angular pode ser calculada pela seguinte fórmula:


I

dLAs ⋅⋅⋅=∆

2005,0, onde:

∆ = Deflexão (in)

As = Área total, em seção transversal, dos cordões de solda (in2)

(As = A1 + A2 + A3)

d = Distância do centro de gravidade do grupo de cordões

de solda à linha neutra da peça (in)

L = Comprimento da peça (in). Considerando-se a

soldagem ao longo de toda a peça.

I = Momento de inércia da peça

A fórmula evidencia as medidas preventivas da deformação angular. Quando soldas de

tamanhos diferentes devem ser depositadas em distâncias também diferentes da linha neutra,

deve-se procurar equilibrar os esforços de contração soldando, por exemplo, em primeiro

lugar, os cordões mais próximos da linha neutra. Quando possível, durante o projeto, os

cordões maiores devem ser localizados próximos à linha neutra.

8.1.3. Prevenção e Controle da Deformação na Soldagem

As medidas de prevenção e controle da deformação na soldagem devem ser tomadas

desde o projeto até a montagem final de um equipamento ou de uma estrutura.

As medidas devem atender aos seguintes requisitos:

a) Evitar soldagem excessiva → reduzir ao mínimo a quantidade de metal depositado

numa junta, pois quanto maior a quantidade de metal depositado numa junta

maiores serão as forças de contração. Os chanfros devem ter abertura e

espaçamento pequenos, compatíveis com a penetração completa. Em chapas

relativamente espessas, o ângulo do chanfro pode ser diminuído se o espaçamento

da raiz for aumentado ou se o chanfro J ou V for usado.


b) Usar chanfros duplos → uma junta com chanfro em X requer cerca de metade da

quantidade de metal depositado da necessária para uma junta com chanfro em V

numa chapa de mesma espessura. Além disso, a solda em ambos os lados

possibilita o equilíbrio dos esforços de contração.

c) Usar soldas intermitentes → sempre que possível usar soldas intermitentes ao

invés de solda contínua pois permite balancear as contrações.

d) Minimizar o número de passes → usar sempre que possível poucos passes. É

preferível usar poucos eletrodos de grande diâmetro a muitos eletrodos de pequeno

diâmetro, quando a contração transversal puder ser um problema. A contração


causada em cada passe tende a ser cumulativa, aumentando desse modo a

contração total quando muitos passes são usados.

e) Posicionar a solda próxima à linha neutra → a deformação é minimizada quando

se tem o menor braço de alavanca possível para as forças de contração puxarem o

perfil fora do seu alinhamento. Tanto o projeto das soldas quanto a seqüência de

soldagem podem efetivamente serem utilizados para controlar este tipo de

deformação.

f) Balancear as soldas em torno da linha neutra → esta prática compensa uma força

de contração com uma outra força para efetivamente minimizar a deformação da

soldagem.


g) Utilizar a soldagem com passe a ré → na técnica de soldagem com passe a ré, a

progressão geral da soldagem pode ser, por exemplo, da esquerda para a direita,

mas cada segmento do cordão é depositado da direita para a esquerda. À medida

em que cada cordão é colocado, a extremidade aquecida se expande, o que

temporariamente separa as chapas na junta. Mas, como o calor se escoa através

das chapas para a borda, a expansão ao longo da borda total leva as chapas a se

juntarem. Esta separação é mais pronunciada quando o primeiro cordão é

depositado. Com os cordões sucessivos, as chapas se expandem cada vez menos

devido à restrição das soldas anteriores.

h) Usar a pré-deformação → colocar as partes a serem soldadas fora de posição pode

fazer com que a contração trabalhe de maneira construtiva. Diversos conjuntos

soldados, são pré-deformados desta maneira. A quantidade requerida de pré-

deformação para que a contração puxe as chapas no alinhamento pode ser

determinada a partir de poucas soldas experimentais.


i) Pré-encurvamento ou pré-tensionamento das peças a serem soldadas é um exemplo

simples do uso de forças mecânicas opostas para interagir com a deformação

devido à soldagem. O topo da solda – a qual conterá o maior volume de metal de

adição – é esticado quando as chapas são encurvadas. Assim a solda pronta é um

pouco maior do que se ela tivesse sido feita com a chapa plana. Quando os

grampos são retirados após a soldagem, as chapas retornam à forma plana,

permitindo à solda aliviar suas tensões de contração longitudinal endireitando-se e

diminuindo o seu comprimento. As duas ações se superpõem e as chapas soldadas

assumem a forma plana desejada.

j) Planejar a sequência de soldagem → uma sequência de soldagem bem planejada

envolve a deposição da solda em diferentes pontos de um conjunto que está sendo

soldado, assim, à medida que o conjunto contrai num ponto, ele irá interagir com

forças de contração de soldas já executadas. Um exemplo disto é a soldagem

alternada em ambos os lados da linha neutra de uma junta com chanfro simétrico.

Um outro exemplo, para soldas em ângulo, consiste em se executar soldas

intermitentes. Quando se torna inviável a aplicação de vários cordões alternados, o

chanfro assimétrico é empregado.


8.2. Técnicas Especiais de Reparo

8.2.1. Correção de Deformações

Nem sempre é possível controlar as deformações dentro de limites aceitáveis,

especialmente quando nos deparamos com um novo produto, fabricado pela primeira vez. Em

certos casos é mais prático ou econômico permitir que a deformação ocorra e corrigi-la após a

soldagem. Também existem situações onde deformações intoleráveis ocorrem, apesar de se

ter pensado e planejado o controle das deformações antes de se iniciar a soldagem.

Em tais circunstâncias, normalmente é possível retificar a deformação por um dos

métodos abaixo referidos, contanto que a peça não tenha que se contrair muito e que a

deformação resultante seja bastante pequena para satisfazer as dimensões requeridas da peça.

a) Ressoldar

Se uma junta de topo permanece embicada após a soldagem, e se o embicamento é

suficientemente grande para garantir a correção, um chanfro pode ser aberto por goivagem

com eletrodo de carvão ou oxi-corte ao longo do embicamento da junta no lado convexo do

embicamento e reenchido com metal de solda. O tamanho do chanfro deve ser determinado de

forma que as forças de contração causadas pelo calor de goivagem ou oxi-corte e da

ressoldagem subsequente seja suficiente para remover o embicamento.


b) Uso de Prensas e Martelos

Partes de uma estrutura ou equipamento que estejam empenadas ou com sua forma

mudada podem se corrigidas por meios mecânicos ou por meio do martelamento com

marretas e martelos. Muitas vezes, um conjunto inteiro que esteja empenado pode ser

endireitado numa prensa; neste caso deve-se inserir calços entre o conjunto e as mesas da

prensa.

Quando permitido, o uso de martelos e marretas deve ser criterioso para não se

provocar mais deformação do que se pretende retirar; as regiões da estrutura ou equipamento

que sofrerão o impacto da marreta deverão ser protegidas para se evitar a formação de

deformações localizadas.

c) Uso do Aquecimento Localizado

O uso do aquecimento localizado através de maçarico, é muito difundido para corrigir

deformações. Quando um componente metálico é aquecido localmente, a região aquecida

tenderá se expandir e a expansão será contida pelo metal mais frio da vizinhança. Uma vez

que a região aquecida é relativamente mais fraca, as forças que se opõem à expansão irão

comprimir a região aquecida, que se deformará. No resfriamento, esta região se contrairá, e a

contração endireitará a peça.

Quando uma chapa, relativamente fina de um painel com uma armação robusta a ela

soldada, se encontra empenada, o empenamento da chapa normalmente pode se removido

pelo aquecimento de pontos no lado convexo da chapa. Em tais casos a deformação devida à

soldagem é razoavelmente regular, de modo que os pontos podem ser dispostos

simetricamente, iniciando-se no centro da “barriga” e prosseguindo em direção ao vigamento.

O aquecimento em linha reta é frequentemente usado para corrigir a deformação

angular causada por soldas em ângulo de juntas de ângulo. O aquecimento geralmente segue a

linha da junta soldada, mas é aplicado ao componente da junta do lado oposto àquele que foi

soldado.

O aquecimento pode ser acompanhado pelo resfriamento com jatos de água no lado

oposto. Desta forma a contração devida à soldagem é contrabalanceada pela contração

causada pelo aquecimento do maçarico.



1. Explique como a energia de soldagem e as propriedades mecânicas dos materiais a serem

soldados podem contribuir para a ocorrência de deformações na soldagem.

2. Você necessita efetuar uma soldagem de reparo em um dispositivo constituído por uma

chapa plana de 6 mm de espessura e de 2 metros de comprimento. O material é um aço

inoxidável austenítico tipo 304 e o comprimento total do cordão de solda é de 1,5 metros.

Cite pelo menos duas técnicas de soldagem que podem ser utilizadas com o objetivo de se

evitar as deformações. Faça um desenho esquemático da sequência de passes utilizada.

3. Quais são os tipos de deformações possíveis de ocorrer durante a execução de uma

soldagem de reparo num componente metálico?

4. Cite e comente algumas das medidas de prevenção e controle da deformação na soldagem.

5. Após realizar a soldagem de um componente de uma estrutura metálica, em ângulo reto, o

mesmo apresentou uma ligeira deformação. Como você efetuaria a correção desta

deformação?

6. Considerando que as propriedades mecânicas podem afetar o grau de deformação da

estrutura soldada, faça uma análise da deformação prevista na soldagem de aço carbono

comparada com as seguintes ligas metálicas: aço inoxidável, alumínio e aço de alta

resistência.

7. Estime a contração (distorção) transversal para a junta indicada na figura abaixo (aço

carbono).

ft

AwCT ⋅+⋅= 05,02,0


9. CUSTOS EM SOLDAGEM

9.1- Premissas Básicas

A soldagem é, em geral, como parte de um processo de fabricação que também utiliza

outras operações como corte, usinagem, conformação mecânica, montagem, tratamentos

térmicos e superficiais. Além disso, a soldagem pode englobar etapas de pré aquecimento, de

remoção da raíz da solda e outras. Numa situação real, o custo de uma operação não será, em

geral, analisado de uma forma isolada. Assim, por exemplo, a adoção de um procedimento de

soldagem mais sofisticado (e mais caro) pode levar a uma redução de custo pela eliminação

de uma etapa no processo de fabricação (por exemplo, pode tornar desnecessário o uso de pré

aquecimento ou de um tratamento térmico posterior).

A definição de custos em soldagem engloba diversos aspectos que vão desde a escolha

do processo até o treinamento do soldador, passando por etapas como definição da junta, dos

equipamentos, etc..

A palavra "custo" tanto pode significar dados anteriores ou posteriores à fabricação,

caracterizando-se como estimativa de custo. A determinação dos custos associados com os

consumíveis de soldagem e a mão de obra é baseada no cálculo da massa de metal depositado

em um cordão de solda e do tempo de soldagem. Este cálculo será apresentado nos itens

seguintes para o caso mais simples de um único tipo de junta soldada e de uma única estação

de trabalho.

A operação de soldagem envolve um grande número de aspectos que podem ter algum

impacto em seu custo final como o uso de consumíveis (metal de adição, gás, fluxo e outros),

o custo de pessoal e outros custos fixos, o gasto de energia elétrica, os custos de manutenção e

a depreciação dos equipamento e o custo dos equipamentos e materiais de proteção, de peças,

ferramentas e outros materiais. Consideraremos somente os três primeiros itens citados.

O custo de uma operação de soldagem será, em geral, calculado para:

a) preparar o orçamento de um serviço,

b) comparar procedimentos de soldagem entre si e com métodos alternativos de

fabricação,

c) determinar a quantidade de consumíveis necessária para a execução de um serviço.


9.2- Cálculo da Massa de Metal Depositado (ms)

A quantidade de solda na junta é o material a ser depositado para o preenchimento do

chanfro, devendo ser considerado os reforços da solda.

Ms = As . L . ρ

Onde: ρ é a densidade da solda (g/cm3)

As é a área transversal do cordão associada ao metal depositado (cm2)

L é o comprimento do cordão de solda (cm)

Densidade (g/cm3) aproximadas de algumas ligas:

Liga Densidade (g/cm3)

Aço Carbono 7,8

Aço Inoxidável 8,0

Ligas de Cobre 8,6

Ligas de Níquel 8,6

Ligas de Alumínio 2,8

Ligas de Titânio 4,7


A seção reta da junta pode ser decomposta em figuras geométricas elementares, calculando-se

a área de cada uma delas. Quando possível, pode-se utilizar um analisador de imagens para a

determinação da área total do metal de solda.

9.3- Cálculo do Tempo de Soldagem ou Tempo de Arco Aberto (tARC)

A) Com base na velocidade de soldagem (νννν)

vL

ARCt =

Para uma soldagem com vários passes, a velocidade ν na equação anterior está

definida como:

1 / ν = Σ (1 / νi), onde νi é a velocidade de soldagem por passe.

B) Com base na taxa de deposição do processo (zm)


A taxa de deposição (zm), isto é, a quantidade de material depositado por unidade de

tempo, depende de vários fatores, incluindo o processo de soldagem, o tipo e o diâmetro e o

comprimento do eletrodo e o tipo, a polaridade e o nível da corrente (ver exemplo na figura

abaixo). Se possível, zm deve ser determinada em condições similares à da aplicação.

m

s

zm

ARCt =

Observação: O número de passes necessário para o preenchimento de uma junta pode

ser estimado, para uma velocidade média νim por passe, como:

Lz

vmn

m

imsp ⋅

⋅=

O tempo total da operação de soldagem (tT), incluindo o tempo de arco aberto e o

tempo necessário para outras operações (remoção de escória e respingos, troca de eletrodos,

posicionamento de cabeçotes, etc.) é dado por:

φARC

T

tt =

onde φ é o fator de ocupação ou de marcha.


O fator de ocupação é a razão entre tARC e tT. Valores de referência φ são apresentados

na tabela 6. Contudo, como já comentamos, valores a serem usados em cálculos para uma

dada aplicação devem ser, sempre que possível, medidos em condições similares à desta

aplicação.

Tabela 6 - Valores do fator de ocupação (φ)

para diferentes modos de operação

Modo de Operação Fator de Ocupação (%)

Manual 5 – 30

Semi-automático 10 – 60

Mecanizado 40 – 90

Automático 50 - 100

9.4- Cálculo de Custos em Soldagem

9.4.1. Custos com Eletrodos (Ce)

ϕ

eUs CmCe

⋅=

Onde ϕ é a eficiência prática de deposição (rendimento do metal de adição), ou seja,

são as perdas resultantes de pontas, respingos, etc. e, CeU é o preço por peso do eletrodo (por

exemplo, R$/kg). Apresenta-se na tabela 7, valores típicos de ϕ para diferentes processos.

Tabela 7 - Valores típicos de ϕ

Processo ϕ (%)

Eletrodo Revestidos:

Comprimento: 350 mm 55 - 65

450 mm 60 - 70

Arames:

Arco Submerso 95 –100

Eletro Slag 95 – 100

MIG / MAG 90 - 95

Arames Tubulares 80 - 85


9.4.2. Custos com Fluxo (Cf)

ϕfUsf Cmk

Cf⋅⋅

=

Onde kf é a razão entre o consumo de fluxo e de eletrodo, variável entre 1,0 e 1,3 e,

CfU é o preço por peso do fluxo. Se o fluxo não fundido durante a soldagem for corretamente

reaproveitado, kf tem um valor próximo de 1,0. Contudo, este parâmetro varia bastante com

as condições específicas de operação. Este tende, por exemplo, a aumentar com a tensão e a

diminuir com a corrente de soldagem.

9.4.3. Custos com Gás de Proteção (Cg)

GUARCGg CtVC ⋅⋅=

Onde VG é a vazão de gás usada (l/min) e CGU é o preço por volume de gás (por

exemplo, R$/m3). Esta equação supõe que exista um dispositivo elétrico ou mecânico para a

abertura e fechamento do fluxo de gás sincronizado com o tempo de operação do arco e que

não hajam vazamentos no sistema de alimentação de gás. Sem essas condições, o consumo de

gás pode aumentar bastante.

9.4.4. Custos com Mão de Obra e Custos Fixos (Cl)

( )OMtCl T +⋅=

Onde M e O são, respectivamente, os custos por unidade de tempo com mão de

obra/encargos sociais e gastos fixos. Estes parâmetros são variáveis no tempo e no espaço,

sendo mantido aqui com sua expressão literal.

9.4.5. Custos com Energia Elétrica (Cel)

el

elUARC CtPCel

ϕ⋅⋅

=


Onde CelU é o preço da energia elétrica (R$/kWh), P é a potência elétrica média

desprendida durante a soldagem (kW) e ϕel é a eficiência elétrica do equipamento de

soldagem. Apresenta-se na tabela 8, valores típicos da eficiência elétrica para alguns

equipamentos de soldagem. Por exemplo, a eficiência de um transformador gira em torno de

80%.

Tabela 8 - Valores típicos de ϕel

Equipamento ϕel (%)

Transformador: 80

Retificador Trifásico:

I ≤ 400 A 75

I > 400 A 80

Retificador Monofásico 75

Gerador 65

9.4.6. Custos Total (CT)

CelClCgCfCeCT ++++=

O custo total de soldagem é obtido com a somatória de todos os custos envolvidos na

execução de uma dada tarefa.

Exemplo:

Desenvolva as equações para o cálculo do custo de um metro de solda para a junta

(dimensões em mm) e as condições mostradas abaixo:

Material : aço carbono

Processo de Soldagem: MAG

Corrente: 220 A

Tensão: 25 V

Vazão de Gás de Proteção: 15 l/min (CO2)

Eletrodo ER 70S - Diâmetro de 1,2 mm

Fonte de Soldagem: Retificador Monofásico

Preço por kg de eletrodo : R$ 4,88

60o

10

2


Preço por m3 CO2: R$1,31

Preço kWh: R$ 0,39

a) Cálculo de As e ms:

As = 2 x 10 x [10 tan(60o)] / 2 = 173 mm2 = 1,73 cm2

L = 1 m = 100 cm → ms = 1,73 cm2 x 100 cm x 7,8 g/cm3 = 1350 g = 1,35 kg

b) Cálculo de tARC:

tARC = ms / zm = 1,35 kg / 2,3 kg/h (tabela 11) = 0,587 h = 35,22 min

tT = tARC / φ = 35,22 min / 0,40 (tabela 6) = 88,05 min = 1,47 h

c) Custos para um metro de solda:

Ce = (1,35 kg x R$4,88) / 0,90 (tabela 7) → Ce = R$ 7,32

Cg = 15 l/min x 35,22 min x CGU → Cg = 528,3 l x CGU → Cg = 0,52831 m3 x R$ 1,31

→ Cg = R$ 0,69

Cl = 1,47 h x (M + O) → Cl = R$ [1,47 x (M + O)]

Cel = (220 A x 25 V x 0,587 h x R$ 0,39) / 1000 x 0,75 (tabela 8) → Cel = R$ 1,68

d) Custo Total

CT = Ce + Cg + Cl + Cel

CT = 7,32 + 0,69 + 1,47 x (M + O) + 1,68

CT = R$ 9,69 + R$ [1,47 (M + O)]

9.5. Tabelas Auxiliares

Tabela 9 -Taxa de deposição (kg/h). Eletrodo Revestido. CC+

Tipo de Eletrodo Diâmetro do Eletrodo (mm) E6010 E7018 E7024

3,2 0,95 1,05 1,80 4,0 1,45 1,50 2,60 5,0 1,80 2,30 3,4 5,3 - 3,70 4,8


Tabela 10 -Taxa de deposição (kg/h). Arco submerso. CC+ . Stickout de 30 mm

Intensidade da Corrente (A) Diâmetro do Eletrodo (mm) 300 400 500 600 700 800 900

3,2 2,6 4,0 5,6 7,2 8,4 - -

4,0 - 3,6 5,2 6,3 7,9 10,2 -

5,0 - - 5,2 6,3 8,0 9,8 11,1

Tabela 11 -Taxa de deposição (kg/h). Eletrodo Nu. CC+ .

Intensidade da Corrente (A)

Com Argônio Com CO2 Diâmetro do Eletrodo (mm)

100 200 300 400 100 200 300 400

0,8 1,3 3,4 - - 0,9 3,1 - -

1,2 1,3 2,9 5,2 - 0,9 2,3 4,0 -

1,6 - 2,5 4,5 6,3 - 3,2 4,5 6,8

Tabela 12 -Taxa de deposição (kg/h). Eletrodo Tubular. CC+ .

Intensidade da Corrente (A) Diâmetro do Eletrodo (mm) 150 260 300 400 500

1,2 1,8 2,7 3,9 - -

1,6 - 2,3 3,6 - -

2,4 - - 4,0 5,5 8,2

3,2 - - 4,3 6,5 9,8


10. FUNDIÇÃO

Os objetos em metal mais antigos conhecidos até agora datam de 10000 anos a.C..

Eram pequenos enfeites feitos de cobre nativo e batidos no formato desejado. No período de

5000 - 3000 a.C. aparecem os primeiros trabalhos com cobre fundido sendo os moldes feitos

de pedra escavada. Na seqüência inicia-se a Era do Bronze.

O processo de fundição do ferro tem lugar na China em 600 a.C., sendo que o

processo de fundição em aço é bem mais recente, em 1740, atribuído a Benjamin Huntsman

da Inglaterra.

Fundição é o processo de fabricação de peças metálicas que consiste essencialmente

em encher com metal líquido a cavidade de um molde com formato e medidas

correspondentes aos da peça a ser fabricada. A fundição é um dos processos mais antigos e

também um dos mais versáteis, principalmente quando se considera os diferentes formatos e

tamanhos das peças que se pode produzir por esse processo.

Dependendo das exigências de uma determinada peça fundida, quanto ao tamanho,

acabamento superficial, precisão dimensional ou custo, haverá um determinado processo de

fundição mais adequado.

Os processos mais comuns são os abaixo descritos, embora existam outros:

* Fundição em sintética também chamada areia verde ou areia preta

* Fundição em areia cura-frio

* Fundição em areia Shell

* Fundição em cerâmica

* Fundição em cera perdida (também chamado como “investment casting” ou

microfusão.

A qualidade de um fundido com relação às características citadas anteriormente,

cresce no sentido areia sintética – microfusão. Porém, o custo também cresce nesse sentido e

de forma bem acentuada. Além disso, para os processos Shell, cerâmica e microfusão existe

uma limitação quanto ao tamanho das peças (normalmente com peso abaixo de 20 kg).

Vantagens e desvantagens:

Sua principal vantagem é obter, de maneira econômica, peças de geometria complexa.

As fundições podem ser de materiais ferrosos ou não-ferrosos. A fundição é um processo de


fabricação inicial, porque permite a obtenção de peças com formas praticamente definitivas,

com mínimas limitações de tamanho, formato e complexidade, e também é o processo pelo

qual se fabricam os lingotes. É a partir do lingote que se realizam os processos de

conformação mecânica para a obtenção de chapas, placas, perfis, etc.

O processo de fundição aplica-se a vários tipos de metais, tais como aços, ferros

fundidos, alumínio, cobre, zinco, magnésio e respectivas ligas. Porém existem também

desvantagens. Os aços fundidos, por exemplo, podem apresentar elevadas tensões residuais,

microporosidade, zonamento e variações de tamanho de grão. Tais fatores resultam em menor

resistência e ductilidade, quando comparados aos aços obtidos por outros processos de

fabricação como conformação a quente.

Usos:

Exemplos de peças fundidas: acessórios de tubulações, peças de um forno, bloco do

motor de automóveis e aviões, pistões, anéis dos pistões, bases de máquina ferramenta, rodas,

e eixos de manivela.

10.1- Fenômenos que ocorrem durante a solidificação

Esses fenômenos são : cristalização, contração de volume, concentração de impurezas e

desprendimento de gases.

10.1.1 – Cristalização

Consiste no aparecimento das primeiras células cristalinas unitárias, que servem como

"núcleos" para o posterior desenvolvimento ou "crescimento" dos cristais, dando, finalmente,

origem aos grãos definitivos e à "estrutura granular" típica dos metais. Esse crescimento dos

cristais não se dá, na realidade, de maneira uniforme, originando grãos cristalinos com os

aspectos representados na Figura 11.


Figura 11 – (a) Dendrita originada na solidificação. (b) Aspectos típicos

da secção de um lingote mostrando algumas formas adquiridas durante a

solidificação no interior de uma lingoteira. (c) Efeito dos cantos na

cristalização

10.1.2 - Contração de volume

Os metais, ao solidificarem, sofrem uma contração. A contração dá origem a uma

heterogeneidade conhecida por vazio ou rechupe, ilustrada na Figura 12

Inicialmente, tem-se (a) o metal inteiramente no estado líquido; (b) a solidificação tem

início na periferia, onde a temperatura é mais baixa e caminha em direção ao centro; (c) fim

da solidificação e (d) contração sólida.

Figura 12 – Representação esquemática do fenômeno de contração, com

o vazio ou rechupe resultante.


A diferença entre os volumes no estado líquido e no estado sólido final dá como

conseqüência o vazio ou rechupe, indicados nas panes (c) e (d) da figura. A pane (d) dá a

entender também que a contração sólida ocasiona uma diminuição geral das dimensões da

peça solidificada.

Os vazios citados podem eventualmente ficar localizados na parte interna das peças,

próximos da superfície; porém, invisíveis externamente. Além dessa conseqüência (vazio ou

rechupe) a contração verificada na solidificação pode ocasionar :

- aparecimento de trincas a quente

- aparecimento de tensões residuais.

As tensões residuais podem ser controladas por um adequado projeto da peça, como

se verá, e podem ser eliminadas pelo tratamento térmico de "alívio de tensões". Os vazios ou

rechupes que constituem a conseqüência direta da contração podem também ser controlados

ou eliminados, mediante recursos adequados, seja no caso de lingoteiras, seja no caso de

moldes para peças fundidas (Figura 13).

Figura 13 – Dispositivo utilizados para controle de vazios

em lingotes e peças fundidas.

No caso da fundição de um lingote, o artifício adotado para controlar o vazio é colocar

sobre o topo da lingoteira - que é feita de material metálico - uma peça postiça de material

refratário, denominada "cabeça quente"ou "massalote"; essa peça, por ser de material

refratário, retém o calor por um tempo mais longo e corresponderá à seção que solidifica por

último; nela, portanto, vai se concentrar o vazio. Resulta assim um lingote são, pela

eliminação de sua cabeça superior. Massalotes são reservatórios de metal líquido que irão

compensar a contração do metal na peça quando da mudança do estado líquido – sólido.


No caso de peças fundidas, utiliza-se um "alimentador". No exemplo apresentado na

Figura 13, o molde foi projetado de tal maneira que a entrada do metal líquido, através de

canais, é feita na seção mais grossa que alimenta as menos espessas; ao mesmo tempo, o

"alimentador" ficará convenientemente suprido de excesso de metal líquido, nele se

concentrando o vazio.

10.1.3 - Concentração de impurezas

Algumas ligas metálicas contêm impurezas normais, que se comportam de modo

diferente, conforme a liga esteja no estado líquido ou sólido. O caso mais geral é o das ligas

ferro-carbono que contêm, como impurezas normais, o fósforo, o enxofre, o manganês, o

silício e o próprio carbono. Quando essas ligas estão no estado liquido, as impurezas estão

totalmente dissolvidas no líquido, formando um todo homogêneo. Ao solidificar, entretanto,

algumas das impurezas são menos solúveis no estado sólido.

A Figura 14 representa esquematicamente como a segregação (concentração de

impurezas) pode se dispor em peças laminadas e forjadas. O inconveniente dessa segregação é

que o material acaba apresentando composição química não uniforme, conforme a seção

considerada, e conseqüentes propriedades mecânicas diferentes. Esse inconveniente pode ser

evitado pelo controle mais rigoroso da composição química das ligas e controle da própria

velocidade de resfriamento.

Figura 14 – Segregação em peças laminadas e forjadas

10.1.4 - Desprendimento de gases

Esse fenômeno ocorre, como no caso anterior, principalmente nas ligas ferro-carbono.

O oxigênio dissolvido no ferro, por exemplo, tende a combinar-se com o carbono dessas ligas,

formando os gases CO e CO2 que escapam facilmente à atmosfera, enquanto a liga estiver no

estado liquido. À medida, entretanto, que a viscosidade da massa líquida diminui, devido à


queda de temperatura, fica mais difícil a fuga desses gases, os quais acabam ficando retidos

nas proximidades da superfície das peças ou lingotes, na forma de bolhas.

10.2 - Fundição passo-a-passo

A matéria-prima metálica para a produção de peças fundidas é constituída pelas ligas

metálicas ferrosas (ligas de ferro e carbono) e não-ferrosas (ligas de cobre, alumínio, zinco e

magnésio).

O processo de fabricação dessas peças por meio de fundição pode ser resumido nas

seguintes operações:

• Confecção do modelo - Essa etapa consiste em construir um modelo com o formato

aproximado da peça a ser fundida. Esse modelo vai servir para a construção do molde e suas

dimensões devem prever a contração do metal quando ele se solidificar bem como um

eventual sobremetal para posterior usinagem da peça. Ele é feito de isopor, madeira, resina

plástica e metal (alumínio – ferro – bronze). A qualidade e custo do modelo crescem em

direção ao modelo em metal.

• Confecção do molde - O molde é o dispositivo no qual o metal fundido é colocado

para que se obtenha a peça desejada. Ele é feito de material refratário composto de areia e

aglomerante. Esse material é moldado sobre o modelo que, após retirado, deixa uma cavidade

com o formato da peça a ser fundida.

As principais variáveis relacionadas às areias são: granulometria (refere-se ao tamanho

do grão de areia, sendo que quanto mais fina melhor será o acabamento); permeabilidade (é a

facidade com que os gases passam pela areia, sendo mais fácil a saída dos gases quanto maior

for a granulometria da areia); perda ao fogo (medida do % de materiais voláteis na areia e

relacionada com a sua resistência mecânica); teor de óxido de ferro (responsável pela

resistência a quente da areia) e teor de umidade (na areia sintética, terá influência na

resistência mecânica da areia e da moldabilidade).

As resinas são responsáveis pela aglomeração dos grãos de areia, conferindo

resistência mecânica ao molde e macho. Suas principais variáveis são: porcentagem de resina

(peso em relação às areias para macho e para moldes em processos de cura a frio e Shell);


resistência a frio (resistência mecânica da areia aglomerada com resina em temperatura

ambiente); tempo de banca (tempo em que se pode trabalhar com a areia após a mistura com a

resina); tempo de cura (tempo após o qual o modelo pode ser extraído); resistência a quente

(resistência mecânica da areia aglomerada com resina durante o preenchimento do molde com

metal líquido) e colapsibilidade (facilidade com a areia entra em colapso no início da

solidificação do metal dentro do molde).

• Confecção dos machos - Macho é um dispositivo, feito também de areia, que tem a

finalidade de formar os vazios, furos e reentrâncias da peça. Eles são colocados nos moldes

antes que eles sejam fechados para receber o metal líquido.

• Fusão - Etapa em que acontece a fusão do metal que irá formar a peça. Para cada

liga existe uma faixa de composição química permitida por norma; fora disso o material é

sucatado.

O metal é obtido em fornos de indução eletromagnética a partir de uma mistura de

sucatas, ferro-ligas e ligas metálicas de composição conhecida; nesta etapa as variáveis são:

∗ composição da carga para se obter a análise química desejada;

∗ limpeza da sucata;

∗ correção da composição química do metal para dentro dos limites da norma;

∗ inoculação e nodularização do metal (para ferros fundidos);

∗ acerto da temperatura do metal líquido para vazamento na panela.

• Vazamento - O vazamento é o enchimento do molde com metal líquido. Na figura

15 é mostrado a etapa de vazamento do metal no molde.

Figura 15 – Etapa de vazamento no molde


O vazamento é a operação que compreende a transferência do metal líquido do forno

de indução para o recipiente denominado “panela” que levará o metal até o molde.

Nesta etapa é fundamental o controle:

∗ da limpeza das panelas de vazamento, para não haver inclusões de material refratário

na peça;

∗ da temperatura do metal líquido a ser vazado: se for muito baixa, a peça sairá com

falhas; se for muito alta, irá provocar sinterização de areia nas peças. Para os ferros varia de

1300 a 1500oC e para aços de 1500 a 1700oC;

∗ da velocidade de vazamento do metal liquido: se for muito baixa, provocará defeitos

de expansão da areia devido à irradiação de calor do próprio metal preenchendo o molde; se

for muito alta, provocará erosão na areia do molde e consequentemente grande número de

inclusões de areia.

• Desmoldagem - Após determinado período de tempo em que a peça se solidifica

dentro do molde, e que depende do tipo de peça, do tipo de molde e do metal (ou liga

metálica), ela é retirada do molde (desmoldagem) manualmente ou por processos mecânicos.

É importante que a desmoldagem ocorra numa temperatura adequada e com manuseio

cuidadoso. Por exemplo: uma peça quente em Ni-Hard se desmoldada ainda quente irá trincar

pelo choque térmico com o ar ambiente; da mesma forma irá trincar se sofrer alguma batida

durante o manuseio.

Nesta etapa, o número da corrida que estava marcado numa etiqueta metálica

parcialmente imersa no canal de vazamento será puncionado na peça, permitindo a

rastreabilidade da mesma em qualquer instante.

• Corte de canais e massalotes – Nesta etapa são removidos os canais de vazamento e

os massalotes. A remoção pode ser realizada com corte por disco abrasivo quando o material

não suportar gradientes térmicos elevados, ou por fusão localizada via arc-air.

São importantes: tratamentos térmicos prévio quando necessário, linha de referência

para corte, cuidados para não danificar as identificações da peça, identificação dos canais e

massalotes para reaproveitamento posterior deste material.

• Rebarbação - A rebarbação é a retirada de rebarbas que se formam durante a

fundição. Ela é realizada quando a peça atinge temperaturas próximas às do ambiente. Após o


corte dos massalotes e canais de vazamento, estas áreas ficam com acabamento superficial

irregular, necessitando de uma operação complementar para obtenção das dimensões originais

do modelo. Esta operação envolve e depende da habilidade do operador para garantir as

dimensões desejadas na peça acabada.

• Limpeza - A limpeza é necessária porque a peça apresenta uma série de incrustações

da areia usada na confecção do molde. Geralmente ela é feita por meio de jatos abrasivos.

• Tratamento térmico – Esta etapa não é normalmente necessária para os ferros

fundidos, porém se aplica à maioria dos aços. Consiste em aquecer as peças até uma

determinada temperatura e resfria-las com determinada velocidade. Para cada liga existe um

ciclo térmico específico. O resultado é uma mudança na estrutura interna do material

melhorando suas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão.

São variáveis importantes: o tempo e a temperatura de cada etapa do ciclo térmico, as

velocidades de resfriamento, a montagem da carga dentro do forno para não haver

empenamentos ou gradientes térmicos.

• Inspeção – Nesta etapa marcam-se os defeitos observados na peça durante os ensaios

de inspeção visual, líquido penetrante, partícula magnética, ultra som ou radiografia que não

atendem à norma especificada pelo cliente.

Estes defeitos são removidos e reparados por solda, para serem novamente

inspecionados até atenderem os requisitos dos clientes. Para que os defeitos relevantes sejam

removidos das peças são importantes o treinamento, a perícia e a qualificação do inspetor,

bem como a qualidade dos equipamentos usados.

Além da inspeção das peças propriamente ditas, é feito também a inspeção do material

quanto às propriedades físicas após tratamento térmico: dureza, ensaio de tração e ensaio de

impacto e outros conforme solicitado.

Essa seqüência de etapas é a que normalmente é seguida no processo de fundição por

gravidade em areia, que é o mais utilizado. Um exemplo bem comum de produto fabricado

por esse processo é o bloco dos motores de automóveis e caminhões.


10.3 - Características e defeitos das peças fabricadas

A fundição parte diretamente do metal líquido para fabricar uma peça economizando

uma série de etapas dentro do processo de fabricação. Na figura 16 é mostrado exemplos de

peças fabricadas pelo processo de fundição.

Figura 16 – Peças fabricadas pelo processo de fundição

Vamos, então, ver mais algumas vantagens desse processo.

a) As peças fundidas podem apresentar formas externas e internas desde as mais

simples até as bem complicadas, com formatos impossíveis de serem obtidos por outros

processos.

b) As peças fundidas podem apresentar dimensões limitadas somente pelas restrições

das instalações onde são produzidas. Isso quer dizer que é possível produzir peças de poucos

gramas de peso e com espessura de parede de apenas alguns milímetros ou pesando muitas

toneladas.

c) A fundição permite um alto grau de automatização e, com isso, a produção rápida e

em série de grandes quantidades de peças.

d) As peças fundidas podem ser produzidas dentro de padrões variados de acabamento

(mais liso ou mais áspero) e tolerância dimensional[1] (entre ± 0,2 mm e ± 6 mm) em função

do processo de fundição usado. Por causa disso, há uma grande economia em operações de

usinagem.

e) A peça fundida possibilita grande economia de peso, porque permite a obtenção de

paredes com espessuras quase ilimitadas.


Defeitos dos produtos fundidos

Alguns defeitos comuns no processo de fundição são:

∗ Inclusão da areia do molde nas paredes internas ou externas da peça. Isso causa

problemas de usinagem: os grãos de areia são abrasivos e, por isso, estragam a

ferramenta. Além disso, causam defeitos na superfície da peça usinada.

∗ Defeitos de composição da liga metálica que causam o aparecimento de partículas

duras indesejáveis no material. Isso também causa desgaste da ferramenta de

usinagem.

∗ Rechupe, ou seja, falta de material devido ao processo de solidificação, causado por

projeto de massalote malfeito.

∗ Porosidade, ou seja, a existência de "buraquinhos" dentro de peça. Eles se originam

quando os gases que existem dentro do metal líquido não são eliminados durante o

processo de vazamento e solidificação. Isso causa fragilidade e defeitos superficiais

na peça usinada.

10.4 - Tipos de fundição

O molde é fundamental para a qualidade da peça fundida. A qualidade da peça fundida

está diretamente ligada à qualidade do molde. É usual classificar os processos de fundição

quanto ao material ou quanto ao método pelo qual o molde é fabricado. Portanto, é possível

classificar os processos de fundição em dois grupos:

a) Fundição em moldes de areia;

b) Fundição em moldes metálicos.

10.4.1 - Fundição em areia

A fundição em areia é a mais usada, não só na produção de peças de aço e ferro

fundido, porque os moldes de areia são os que suportam melhor as altas temperaturas de fusão


desses dois metais, mas também para a produção de peças de ligas de alumínio, latão, bronze

e magnésio.

O processo em areia, particularmente a moldagem em areia verde é o mais simples e

mais usado nas empresas do ramo. A preparação do molde, neste caso, consiste em compactar

mecânica ou manualmente uma mistura refratária plástica chamada areia de fundição, sobre

um modelo montado em uma caixa de moldar. Este processo é representado

esquematicamente na figura 17.

Figura 17 – Representação esquemática de uma fundição em areia

O processo em areia segue as seguintes etapas:

1. A caixa de moldar é colocada sobre uma placa de madeira ou no chão. O modelo,

coberto com talco ou grafite para evitar aderência da areia, é então colocado no

fundo da caixa. A areia é compactada sobre o modelo manualmente ou com o

auxílio de marteletes pneumáticos.

2. Essa caixa, chamada de caixa-fundo, é virada de modo que o modelo fique para

cima.


3. Outra caixa de moldar, chamada de caixa-tampa, é então posta sobre a primeira

caixa. Em seu interior são colocados o massalote e o canal de descida. Enche-se a

caixa com areia que é socada até que a caixa fique completamente cheia.

4. O canal de descida e o massalote são retirados e as caixas são separadas.

5. Abre-se o copo de vazamento na caixa-tampa.

6. Abre-se o canal de distribuição e canal de entrada na caixa-fundo e retira-se o modelo.

7. Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo. Para prender uma na outra, usam-se presilhas ou grampos.


Depois disso, o metal é vazado e após a solidificação e o resfriamento, a peça é

desmoldada, com o canal e o massalote retirados. Obtém-se, assim, a peça fundida, que depois

é limpa e rebarbada.

A seqüência da preparação do molde que descrevemos é manual. Nos casos de

produção de grandes quantidades, usa-se o processo mecanizado com a ajuda de máquinas de

moldar conhecidas como automáticas ou semi-automáticas que permitem a produção maciça

de moldes em reduzido intervalo de tempo.

Para que um produto fundido tenha a qualidade esperada, os moldes devem apresentar

as seguintes características essenciais:

a) resistência suficiente para suportar a pressão do metal líquido.

b) resistência à ação erosiva do metal que escoa rapidamente durante o vazamento.

c) mínima geração de gás durante o processo de vazamento e solidificação, a fim de

impedir a contaminação do metal e o rompimento do molde.

d) permeabilidade suficiente para que os gases gerados possam sair durante o

vazamento do metal.

e) refratariedade que permita suportar as altas temperaturas de fusão dos metais e que

facilite a desmoldagem da peça

f) possibilidade de contração da peça, que acontece durante a solidificação.

A fundição em moldes de areia verde não tem nada a ver com a cor verde. O processo

tem esse nome somente porque a mistura com a qual o molde é feito mantém sua umidade

original, quer dizer, não passa por um processo de secagem. A matéria-prima para esse tipo de

moldagem é composta basicamente por um agregado granular refratário chamado de areia-

base que pode ser sílica, cromita ou zirconita, mais argila (como aglomerante) e água.


Tanto metais ferrosos quanto não-ferrosos podem ser fundidos nesse tipo de molde. Os

moldes são preparados, o metal é vazado por gravidade, e as peças são desmoldadas durante

rápidos ciclos de produção. Após a utilização, praticamente toda a areia (98%) pode ser

reutilizada. Esse processo de moldagem é facilmente mecanizável, sendo realizado por meio

de máquinas automáticas.

Vantagens e Desvantagens

Vantagens:

1. A moldagem por areia verde é o mais barato dentre os outros métodos de produção

de moldes.

2. Há menor distorção de formato do que nos métodos que usam areia seca, porque

não há necessidade de aquecimento.

3. As caixas de moldagem estão prontas para a reutilização em um mínimo espaço de

tempo.

4. Boa estabilidade dimensional.

5. Menor possibilidade de surgimento de trincas.

Desvantagens:

1. O controle da areia é mais crítico do que nos outros processos que também usam

areia.

2. Maior erosão quando as peças fundidas são de maior tamanho.

3. O acabamento da superfície piora nas peças de maior peso.

4. A estabilidade dimensional é menor nas peças de maior tamanho.

10.4.2 - Fundição de Precisão ( Cera perdida )

Como você já sabe, produzir peças por fundição é basicamente fazer um modelo, fazer

um molde a partir desse modelo, e vazar (despejar) metal líquido dentro do molde


O que diferencia um processo do outro é tanto o modo como o metal líquido é vazado

(pode ser por gravidade ou pressão) quanto o tipo de moldagem utilizado (em moldes de areia

ou em moldes metálicos).

Por outro lado, a escolha do processo é determinada principalmente pelo tipo de

produto final que você quer obter. Assim, se você quiser produzir um produto fundido com

determinado peso máximo de 5 kg, formato complexo, melhor acabamento de superfície e

tolerâncias mais estreitas em suas medidas, ou seja, um produto com características aliadas à

qualidade do produto usinado, será necessário usar o processo de fundição de precisão.

Por esse processo, pode-se fundir ligas de alumínio, de níquel, de magnésio, de cobre,

de cobre-berílio, de bronze-silício, latão ao silício, ligas resistentes ao calor, além do aço e do

aço inoxidável para a produção de peças estruturais para a indústria aeronáutica, para motores

de avião, equipamentos aeroespaciais, de processamento de dados, turbinas a gás, máquinas

operatrizes, equipamentos médicos, odontológicos, ópticos etc.

Em qual aspecto a fundição de precisão se diferencia dos outros processos de

fundição? Exatamente na confecção dos modelos e dos moldes. Enquanto nos processos por

fundição em areia que estudamos na aula anterior o modelo é reaproveitado e o molde é

destruído após a produção da peça, na fundição de precisão tanto o modelo quanto o molde

são destruídos após a produção da peça.

Em primeiro lugar, devemos saber que os modelos para a confecção dos moldes são

produzidos em cera a partir de uma matriz metálica formada por uma cavidade com o formato

e dimensões da peça desejada. A cera, que não se assemelha àquela que usamos no assoalho

da nossa casa, é um material que derrete com o calor. E é no estado líquido que ela é injetada

dentro da matriz para formar os modelos.

O molde é produzido a partir de uma pasta ou lama refratária feita com sílica ou

zirconita, na forma de areia muito fina, misturada com um aglomerante feito com água,

silicato de sódio e / ou silicato de etila. Esta lama endurece em contato com o ar e é nela que o

modelo de cera ou plástico é mergulhado. Quando a lama endurece em volta do modelo,

forma-se um molde rígido. Após o endurecimento da pasta refratária, o molde é aquecido, o

modelo derretido, e destruído. Essa casca endurecida é o molde propriamente dito e é nele que

o metal líquido é vazado. Assim que a peça se solidifica, o molde é inutilizado. Por causa das


características desse processo, ele também pode ser chamado de fundição por moldagem em

cera perdida.

Resumindo, a fundição por moldagem em cera perdida apresenta as seguintes etapas:

1. A cera fundida é injetada na matriz para a produção do modelo e dos canais de vazamento.

2. Os modelos de cera endurecida são montados no canal de alimentação ou vazamento.

3. O conjunto é mergulhado na lama refratária.

4. O material do molde endurece e os modelos são derretidos e escoam.

5. O molde aquecido é preenchido com metal líquido por gravidade, centrifugação ou a vácuo.


6. Depois que a peça se solidifica, o material do molde é quebrado para que as peças sejam retiradas.

7. As peças são rebarbadas e limpas.

Em muitos casos, as peças obtidas por esse processo chegam a dispensar a usinagem

devido à qualidade do acabamento de superfície obtido. Mesmo quando a usinagem faz-se

necessária, demanda acabamento mínimo e isso reduz os custos de produção.

Não se esqueça de que, apesar das desvantagens, o que comanda a escolha é, em

última análise, o produto que se quer produzir. E, no caso da fundição de precisão, seu

emprego é indicado para aplicações bem específicas que compensam os altos custos da

produção.

10.4.3 - Molde Permanente ou Coquilha

Manuais ou mecanizados, de precisão, não importa qual o processo de fundição que

tenhamos estudado até agora, todos tinham em comum duas coisas: o fato de que o material

básico para a confecção dos moldes era, na maioria dos casos, areia e que após a produção da

peça o molde era destruído

Acontece que, ao lado de todas as vantagens que a areia apresenta na confecção de

moldes, existem sempre os problemas comuns à sua utilização para a fundição: quebras ou

deformações dos moldes, inclusões de grãos de areia na peça fundida, problemas com os

materiais aglomerantes e com as misturas de areia, e assim por diante.

Dependendo do trabalho que se quer realizar, da quantidade de peças a serem fundidas

e, principalmente, do tipo de liga metálica que será fundida, o fabricante tem que fundir suas

peças em outro tipo de molde: os moldes permanentes, que dispensam o uso da areia e das

misturas para sua confecção.

Os processos de fundição por molde permanente usam moldes metálicos para a

produção das peças fundidas. Por esses processos realiza-se a fundição por gravidade ou por

pressão.


Usar um molde permanente significa que não é necessário produzir um novo molde a

cada peça que se vai fundir. A vida útil de um molde metálico permite a fundição de até 100

mil peças. Um número tão impressionante deveria possibilitar a extensão de seu uso a todos

os processos de fundição. Só que não é bem assim.

A utilização dos moldes metálicos está restrita aos metais com temperatura de fusão

mais baixas do que o ferro e o aço. Esses metais são representados pelas ligas com chumbo,

zinco, alumínio, magnésio, certos bronzes e, excepcionalmente, o ferro fundido. O motivo

dessa restrição é que as altas temperaturas necessárias à fusão do aço, por exemplo,

danificariam os moldes de metal.

Os moldes permanentes são feitos de aço ou ferro fundido ligado, resistente ao calor e

às repetidas mudanças de temperatura. Moldes feitos de bronze podem ser usados para fundir

estanho, chumbo e zinco.

Os produtos típicos da fundição em moldes permanentes são: bases de máquinas,

blocos de cilindros de compressores, cabeçotes, bielas, pistões e cabeçotes de cilindros de

motores de automóveis, coletores de admissão.

Esses produtos, se comparados com peças fundidas em moldes de areia, apresentam

maior uniformidade, melhor acabamento de superfície, tolerâncias dimensionais mais estreitas

e melhores propriedades mecânicas.

Por outro lado, além de seu emprego estar limitado a peças de tamanho pequeno e

produção em grandes quantidades, os moldes permanentes nem sempre se adaptam a todas as

ligas metálicas e são mais usados para a fabricação de peças de formatos mais simples, porque

uma peça de formas complicadas dificulta não só o projeto do molde, mas também a extração

da peça após o processo de fundição.


Para fundir peças em moldes metálicos permanentes, pode-se vazar o metal por

gravidade. Nesse caso, o molde consiste em duas ou mais partes unidas por meio de grampos

para receber o metal líquido. Isso pode ser feito manualmente.

A montagem dos moldes também pode ser feita por meio de dispositivos mecânicos

movidos por conjuntos hidráulicos, que comandam o ciclo de abertura e fechamento dos

moldes.

Tanto os moldes quanto os machos são cobertos com uma pasta adesiva rala feita de

material refratário cuja função, além de proteger os moldes, é impedir que as peças grudem

neles, facilitando a desmoldagem.

A fundição com moldes metálicos também é feita sob pressão. Nesse caso, o molde

chama-se matriz.

10.4.4 - Fundição sob Pressão

Os moldes metálicos também são usados no processo de fundição sob pressão. Este

consiste em forçar o metal líquido a penetrar na cavidade do molde, chamado de matriz.


1. Cite uma vantagem e uma desvantagem do processo shell molding sobre o de areia verde.

2. Defina molde e modelo. Explique qual é a importância dos massalotes na fundição de

uma peça.

3. Cite três propriedades requisitáveis aos moldes em areia.


4. Comente a afirmativa: “Os moldes permanentes são normalmente fabricados em ligas de

aço ou ferro fundido. Mas sua utilização está restrita a ligas metálicas com ponto de fusão

mais baixo que ligas de aço, como chumbo, zinco, alumínio, magnésio, bronze e

excepcionalmente, o ferro fundido”.

5. Porque se diz que tanto o molde quanto o modelo não são permanentes no processo por

cera perdida? Explique.

6. Cite os principais defeitos associados à fabricação de peças e componentes por processo

de fundição. Descreva um deles.

7. Cite 3 (três) fatores a considerar para a escolha de um processo de fundição.

8. Cite exemplos de peças que podem ser fabricadas por processo de fundição em cera

perdida e por Shell Molding.

9. Explique por que o processo de fundição por areia verde possui esse nome.

10. Qual o processo de fundição mais recomendado para a fabricação de uma peça de

pequeno ou médio porte de aço carbono, em pequena quantidade (2 peças) e que passará

por um processo posterior de usinagem? Justifique

11. Diferencie os processos de fundição por cera perdida e por Shell molding.

12. Selecione a alternativa correta sobre a aplicação do aglomerante e desmoldante,

respectivamente.

a) O aglomerante é aplicado na mistura para que ela se torne plástica. O desmoldante é

aplicado no momento em que se deseja retirar o molde.

b) O aglomerante é aplicado somente no macho para que ele possa catalisar. O

desmoldante é aplicado no momento em que se deseja retirar o molde.

c) O aglomerante é aplicado somente no modelo para que ele possa catalisar. O

desmoldante é aplicado no momento em que se deseja retirar o molde.

d) O aglomerante é aplicado na mistura para que a mesma se torne plástica. O

desmoldante é aplicado no molde, antes do vazamento.

e) O aglomerante é aplicado somente no macho para que ele possa catalisar. O

desmoldante é aplicado no molde, antes do vazamento.

13. Com relação aos materiais listados abaixo qual apresenta a maior facilidade para ser

produzido por fundição. Justifique a sua resposta.

- Ferro fundido cinzento, - Aço inox, - Ferro fundido nodular,

- Cobre - Aço carbono SAE 1020

14. Quais são as propriedades que uma areia de fundição deve possuir?


15. Comente três características que um bom molde deve ter no processo de fundição.

16. Qual processo consome menos areia: fundição em areia verde ou fundição Shell

Molding? Explique.

17. O que é a árvore na fundição em cera perdida?

18. Quando se deve utilizar mais do que um canal de vazamento? Explique porquê.

19. Em qual estado encontra-se o metal para fundição sob pressão em máquina tipo câmara

quente?

20. Defina quais são os principais materiais a serem fundidos no processo de cera perdida.

Justifique por que?

21. Qual é o objetivo dos fornos de reaquecimento da matéria prima antes do vazamento?

22. Qual é a diferença entre fundição em coquilha e fundição sob pressão?

23. Em qual região das peças fundidas há maior probabilidade de acúmulo de impurezas?

Essas regiões são críticas?

24. Por que as peças obtidas por processos de fundição não podem ter cantos vivos?

25. Como o rechupe pode ser evitado ou controlado?

26. Por que é possível obter peças de paredes mais finas com o processo de fundição sob

pressão quando comparadas com as obtidas por fundição em areia?

27. Apesar de oferecer pior acabamento superficial o método de fundição em areia verde é o

mais utilizado. Por que?


11. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1 - FBTS, “Inspetor de Soldagem”, Fundação Brasileira de Tecnologia da Soldagem, vol. 1,

fascículo 1, Norma PETROBRÁS N-1737, Rio de Janeiro, 1983.

2 - BRANDI, S. Et alii (Coordenação). “Soldagem - Processos e Metalurgia”, Editora Edgard

Blücher Ltda, São Paulo, 1992, 494 p.

3 – LACERDA, José Carlos & FONSECA, Marcelo Alves. “Apostila Tecnologia de Soldagem”,

Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais (Campus do Vale do Aço), Cel.

Fabriciano, Vol. 1, 62 p.

4 – CARVALHO, Messias José de, “Manual Prático de Soldagem de Aço Inox”, ACESITA

S.A., São Paulo, 1999, 65 p.

5 – BUSSINGER, E. R. "Soldagem dos Aços Inoxidáveis", Petróleo Brasileiro (PETROBRÁS),

SEPES-DIVEN, Rio de Janeiro, 1978, 105 p.

6 – MODENESI, P. "Apostila sobre Soldagem dos Aços Inoxidáveis", Fundação Christiano

Ottone, UFMG, Belo Horizonte, 1995, 48 p.

7 – MARQUES, P. V. "Tecnologia da Soldagem", ESAB/UFMG, Belo Horizonte, 1991, 352 p.

8 – SENAI/RJ "Curso de Especialização para Engenheiros na Área de Soldagem: Soldagem por

Resistência", 1a fase, Rio de Janeiro, 1992, 18 p. il.

9 – SENAI/RJ "Processos e Equipamentos de Soldagem: Processo de Soldagem por Resistência

Elétrica", 1a fase. Rio de Janeiro, 1990, 8 p. il. (Especialização para Engenheiros na Área

de Soldagem)

10 – SANDVIK AB "Pressure Welding: Resistance Welding", Goteborg/Sweden, 1977. Page

72-87 (Sandvik Welding Handbook)

11 – MODENESI, P. J. "Introdução à Física do Arco Elétrico" (apostila), UFMG, Belo

Horizonte, 2001, 53 p.

12 – MODENESI, P. J. "Estimativa de Custos em Soldagem" (apostila), UFMG, Belo

Horizonte, 2001.

13 – ROSSITI, S. M. "Processos e Variáveis de Fundição" (apostila), Grupo Metal, 19 p.

14 – ARRUDA PENTEADO, F. A. C. de "Processos de Fundição" (apostila), CET, 16 p.

apostila processo fabricação jul 2014

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