Processo de soldagem Tig

Curso de Soldagem Básica

Prof. Antonio Moraes

Conteúdoestudaremos o conceito, as normas, simbologias, fontes de energia para soldagem, equipamentos e ferramentas para soldagem, metais de base e consumíveis, abertura do arco elétrico, preparação de junta, segurança e higiene no processo de soldagem. Buscando oferecer fundamentos básicos para realizar serviços de instalações elétricas, conforme normas padrões.

TECNOLOGIA DA SOLDAGEM CONCEITO

A soldagem ou solda é um processo que visa a união localizada de materiais, similares ou não, de forma permanente, baseada na ação de forças em escala atômica semelhantes às existentes no interior do material e é a forma mais importante de união permanente de peças usadas industrialmente. Existem basicamente dois grandes grupos de processos de soldagem. O primeiro se baseia no uso de calor, aquecimento e fusão parcial das partes a serem unidas, e é denominado processo de soldagem por fusão O segundo se baseia na deformação localizada das partes a serem unidas, que pode ser auxiliada pelo aquecimento dessas até uma temperatura inferior à temperatura de fusão, conhecido como processo de soldagem por pressão ou processo de soldagem no estado sólido.

CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM Os diferentes processos de soldagem podem ser agrupados em dois grandes gurpos: Soldagem por pressão Soldagem por fusão

Soldagem por pressão – Energia é aplicada para produzir calor capaz de fundir o material de base. Diz-se neste caso que a solubilização ocorre na fase líquida que caracteriza o processo de soldagem por fusão. Assim, na fusão, a soldagem é obtida pela solubilização na fase líquida das partes a unir, e subsequentemente, da solubilização da junção.

Soldagem por fusão - Energia é aplicada para provocar uma tensão no material de base, capaz de produzir a solubilização na fase sólida, caracterizando a soldagem por pressão.Há casos onde não é nítida a diferença da soldagem por fusão e por pressão. Abaixo os principais processos de soldagem, considerando os dois grandes grupos:

TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DA SOLDAGEM Terminologia é o campo do conhecimento que estuda a linguagem específica de um campo de conhecimento. No caso da soldagem, apresenta aplicações muito variadas que abrangem deste a construção de itens simples, de baixa sofisticação, até estruturas e componentes sofisticados.

CLASSIFICAÇÃO Metal Base (base metal): Material da peça que passa pelo processo de soldagem. Quando possível procura-se escolher, para uma dada aplicação, o metal base mais “fácil de soldar” (de melhor soldabilidade) que seja adequado para a aplicação. Em alguns casos, por exemplo, na recuperação de uma dada peça por soldagem, esta escolha é impossível. De qualquer forma, o modo como uma solda será produzida (isto é, o procedimento de soldagem usado) deve levar em consideração as características do metal base, particularmente os seus aspectos metalúrgicos.

Metal de Adição (filler metal): Material adicionado, no estado líquido durante a soldagem por fusão (ou a brasagem). O metal de adição deve ser selecionado de acordo com o metal base, as características e a aplicação da junta (ver definição abaixo) a ser soldada.

Poça de Fusão - (weld pool): Região em fusão, a cada instante, durante uma soldagem por fusão. Em alguns processos de soldagem que não usam a fusão, pode-se considerar a existência de uma região de processamento de características similares à poça de fusão.

Penetração - (penetration): Distância da superfície original do metal base ao ponto em quetermina a fusão, medida perpendicularmente à mesma.

Junta - (joint): Região entre duas ou mais peças que serão unidas. Os tipos usuais de junta são: De topo (butt). De ângulo (tee). De canto (corner). Sobreposta (lap).De aresta (edge).

Soldas em juntas de topo e ângulo podem ser de penetração total (penetração em toda a espessura de um dos componentes da junta) ou parcial. Soldas de penetração total apresentam um melhor comportamento mecânico, contudo, tendem a ser de execução mais difícil. Assim, quando o melhor desempenho destas não for necessário, o usual é se trabalhar com soldas de penetração parcial.

Chanfro (groove): Corte efetuado na junta para possibilitar/facilitar a obtenção de uma solda com a penetração desejada. É usado quando a espessura dos componentes da junta impede a obtenção da penetração desejada sem o chanfro. O uso de um chanfro diferente do tipo I (ver figura 6 abaixo) implica na necessidade de se usar metal de adição. A escolha do tipo de chanfro e suas dimensões dependem de muitos fatores como a material base, sua espessura, o tipo de junta, o processo de soldagem, a possibilidade de se acessar os dois lados da junta, a posição de soldagem e as características desejadas para a junta.

SÍMBOLOS DE SOLDAGEM Os símbolos de soldagem constituem um importante meio técnico em engenharia para transmitir informações. Os símbolos fornecem todas as informações necessárias à soldagem, tais como: geometria e dimensões do chanfro, comprimento da solda, se a solda deve ser executada no campo, etc. Este item se baseia nas normas AWS A2.1, AWS A2.4 e NBR 5874, que tratam especificamente deste assunto.

POSICIONAMENTO DOS SÍMBOLOS Os símbolos de soldagem são posicionados acima ou abaixo da linha de referência, dependendo da localização da seta em relação à junta, a saber: Símbolo abaixo da linha de referência corresponde a uma solda realizada no mesmo lado que a seta aponta. Símbolo acima da linha de referência corresponde a uma solda realizada do lado oposto ao que a seta aponta.

SÍMBOLOS BÁSICOS DE SOLDA A simbologia básica referente à soldagem divide as soldas em: solda em chanfro, solda em ângulo, solda de fechamento ou de aresta, solda de suporte e outros tipos de soldas. Em geral, os símbolos são semelhantes à configuração da solda a ser realizada. Os símbolos de solda em ângulo, soldas em chanfros em meio V, em K, e, J, em duplo J e com uma face convexa e soldas de fechamento ou de arestas entre uma peça curva ou flangeada e uma peça plana são, sempre indicados com uma perna perpendicular àesquerda do símbolo.

A figura abaixo apresenta os desenhos dos símbolos básicos de soldagem, os quais, na pratica, podem ser executados por meio de um esquadro e alguns gabaritos correspondentes.

SÍMBOLOS SUPLEMENTARES DE SOLDA Os símbolos suplementares são aqueles que detalham ou explicam alguma característica do cordão de solda. Em geral, são representados na linha de referência junto à linha de chamada. A figura 11 abaixo apresenta os símbolos suplementares de solda.

REPRESENTAÇÃO DOS SÍMBOLOS A linha de referência deve estar na horizontal e a linha de chamada deve fazer um ângulo de 60º com esta, segundo a figura 3.6

Quando a linha é “quebrada”, significa que a mesma aponta para um membro específico da junta que deve ser chanfrado. Veja os exemplos abaixo.

DIMENSIONAMENTO DAS SOLDAS A seguir veremos alguns exemplos práticos do dimensionamento de juntas soldadas:

JUNTAS DE ÂNGULO – SOLDAS EM ÂNGULO

a) A penetração da raiz da solda em ângulo virá indicada entre parênteses.

b) As pernas da solda estão indicadas ao lado do símbolo de solda em ângulo.

c) No caso de pernas desiguais, os valores serão indicados conforme a figura a seguir.

d) A abertura da raiz em todo tipo de solda deve ser representada dentro do símbolo de solda, de acordo com a figura abaixo.

e) Dimensões de solda descontínua são indicadas à direita do símbolo. Indicase primeiro o comprimento da solda, e a seguir o espaçamento entre os centros destas.

POSIÇÕES DE SOLDAGEM

É a disposição que as partes das peças a serem soldadas ficam em relação a um plano de referência. Nem sempre a peça que vai ser soldada pode ser colocada na posição mais cômoda, devido a sua forma, tamanho, etc. É claro que uma solda executada na posição sobre cabeça exige maior habilidade do soldador que uma solda executada na posição plana. A ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), estabeleceu normas e critérios de qualificação de soldadores, baseando-se, em partes, nessas dificuldades. Daí a necessidade do soldador conhecer as posições de soldagem. Existem quatro posições básicas, a saber: plana, horizontal (plano vertical), vertical (descendente ou ascendente) e sobre cabeça.

POSIÇÃO PLANA

É aquela em que o metal base se encontra na posição plana e a deposição também é feita na posição plana (figura 25 abaixo). É a que apresenta menores dificuldades de operação, podendo ser executada com todos os tipos de eletrodos.

POSIÇÃO HORIZONTAL

É aquela em que o metal base se encontra no plano vertical e o depósito é feito no plano horizontal. Não apresenta maiores dificuldades na sua execução podendo ser realizada com quase todos os tipos de eletrodo.

POSIÇÃO VERTICAL (DESCENDENTE)

É aquela em que o metal base se encontra no plano vertical e o depósito também é feito na vertical de cima para baixo. É aplicada onde se pretende pouca penetração e um bom aspecto, sendo muito empregada na soldagem de chapas de pequena espessura.

POSIÇÃO VERTICAL (ASCENDENTE)

É aquela em que o metal base se encontra no plano vertical e o depósito também é feito na vertical, de baixo para cima. Essa posição é adotada com vantagem em trabalhos de grande responsabilidade, por raramente apresentar defeitos (porosidade, inclusões de escória, etc.) e, também pela grande penetração que se consegue

POSIÇÃO SOBRE CABEÇA

Consiste em soldar peças colocadas horizontalmente acima da cabeça É a mais difícil de todas as posições de soldagem, por isso, sempre que possível, deve ser evitada. Para qualquer posição, as peças poderão variar de inclinação até 15º aproximadamente, em todos os sentidos, que ainda serão consideradas na posição.

MOVIMENTOS LATERAIS DO ELETRODO

Na soldagem a arco elétrico, toda posição de solda tem um movimento lateral de melhor aceitação. A seguir, vamos mostrar alguns dos movimentos laterais mais aconselhados. Nessa posição podemos recorrer a vários tipos de movimentos laterais, os mais comuns são vistos nas figuras abaixo. Aplicando movimentos laterais deve-se parar ou diminuir a velocidade de avanço quando chegar à extremidade do cordão, o que é convencionado pelos pontos nas figuras.

Não é aconselhável fazer movimentos laterais maiores que três (3) vezes o diâmetro do eletrodo, principalmente quando se trabalha com eletrodo básico. O movimento mostrado na figura a seguir pode ser usado em alguns casos, porém, não é aconselhável por aquecer demasiadamente a zona da solda, podendo inclusive, ocasionar poros e inclusões de escória na passagem do cordão.

NA POSIÇÃO HORIZONTAL (PLANO VERTICAL)

Esta posição tem seus movimentos laterais definidos.

NA POSIÇÃO VERTICAL (DESCENDENTE)

Nesta posição temos poucos recursos e o movimento aplicado é visto na figura ao lado. Esta posição é especificamente usada em soldagens de chapas finas e em alguns casos especiais, onde o acabamento é o mais importante.

NA POSIÇÃO VERTICAL (ASCENDENTE)

Os movimentos laterais mais usados são: Movimento usado principalmente para primeiros cordões em soldas de canto e, também para unir peça de raiz irregular ou união de raiz.

Movimento usado para cordões intermediários e primeiros cordões.

Movimentos muito usados para cobertura ou acabamento final.

NA POSIÇÃO SOBRE CABEÇA

Essa posição é uma das mais evitadas pela dificuldade que oferece. Os movimentos usados são vistos nas figuras abaixo. Ao soldar nessa posição, devemos nos precaver dos respingos. Para diminuir estes respingos devemos manter o arco elétrico estável e, sempre que possível curto

JUNTAS

Junta é a região onde duas ou mais peças serão unidas por um processo de soldagem.

TIPOS DE JUNTA As juntas podem ser:

De topo. Sobreposta.Em “T” (ou em ângulo). De quina

JUNTA DE TOPO É o tipo em que os dois componentes estão no mesmo plano.

JUNTA SOBRE POSTA Tipo em que um dos componentes se sobrepõe ao outro ou aos outros.

JUNTA EM “T” (OU EM ÂNGULO)

É o tipo em que os dois componentes estão próximos e em ângulo, tendo a secção transversal o formato de um “T”.

JUNTA DE QUINA

Tipo em que os dois componentes estão próximos e em ângulo. Qualquer dos tipos de juntas vistas anteriormente pode

ser sem chanfro ou chanfrada.

JUNTA SEM CHANFRO

É aquela em que as bordas das peças a serem soldadas não necessitam de chanfros. Geralmente essas juntas são usadas em materiais de até 6 mm. Quando a soldagem requer penetração total, deve-se deixar entre uma chapa e a outra uma abertura igual ao diâmetro do núcleo do eletrodo. Verifique na figura abaixo.

JUNTACHANFRADA

É aquela em que as bordas das peças a serem soldadas necessitam de chanfro. Na maioria dos casos, quando a espessura dos materiais tem mais de 6 mm.

PREPARAÇÃO DA JUNTA

Antes de se iniciar uma solda é necessário preparar a junta. Para isso, devemos: Em primeiro lugar, limpar a parte da peça que vai ser soldada, eliminando gordura, tinta, óleo ou qualquer tipo de impureza que possa prejudicar a solda; Em segundo lugar, verificar o tipo da junta conveniente e, se for junta chanfrada, escolher o tipo e dimensão do chanfro que atende à economia, viabilidade, empenamento, etc. Chanfro pode ser preparado por máquinas operatrizes (plaina, frezadora, torno, etc.) ou através de corte oxi-acetilênico.

NOÇÕES DE ELETRICIDADE APLICADA A SOLDAGEM

CORRENTE ELÉTRICA Chamamos de corrente elétrica ao movimento ordenado de cargas elétricas através de um corpo.

TIPOS DE CORRENTE ELÉTRICA

CORRENTE CONTÍNUA ( = ) É aquela que circula sempre no mesmo sentido. A fonte fornecedora de corrente (figura 44 abaixo) mantém constante sua polaridade, ou seja: O borne negativo sempre será negativo; O borne positivo sempre será positivo.

CORRENTE ALTERNADA

É aquela que passa através de um corpo sofrendo inversão de sentido em intervalos regulares de tempo, caminhando primeiro num sentido e depois no outro. Cada borne, ora será negativo, ora será positivo. Vemos nas figuras abaixo, o sentido da corrente em um transformador.

INTENSIDADE DA CORRENTE ELÉTRICA A corrente elétrica, seja ela alternada ou contínua pode ter sua intensidade medida. Para medir a intensidade da corrente usa-se a unidade de medida chamada ampère, que é representada pela letra A. Portanto, é correto dizer que num determinado instante a intensidade da corrente circulante pelo eletrodo é de 200 A.

TENSÃO ELÉTRICA

Já foi visto que corrente elétrico é um movimento ordenado de cargas elétricas através de um corpo. Estas cargas, porém, não se movem sem que haja uma força atuando sobre elas, fazendo-as circular. A essa força atuante dá-se o nome de tensão elétrica. Portanto, tensão elétrica é a força que movimenta as cargas elétricas através de um corpo e que tem como unidade de medida o volt., que é representado pela letra V.

RESISTÊNCIA ELÉTRICA

É a dificuldade que um corpo oferece à passagem da corrente elétrica e sua unidade de medida é o ohm, que é representado pela letra grega W. A corrente elétrica ao atravessar um corpo encontra dificuldade e gera calor. Este calor pode ser desejável, como no caso do chuveiro elétrico, ou indesejável como no caso de um mau contato numa conexão elétrica.

Na soldagem elétrica devemos evitar o aquecimento indesejável em: Mau contato entre o grampo terra e massa.

Mau contato entre o cabo elétrico e o porta-eletrodo.

Mau contato entre os terminais do cabo elétrico e os bornes da máquina.

Seccionamento parcial dos cabos elétricos. Ao fazer uma conexão elétrica deve-se tomar o cuidado de fazê-la corretamente para que não ocorra mau contato e a conseqüente perda de energia elétrica

em geração de aquecimento indesejável.

MATERIAIS CONDUTORES

São corpos que permitem a passagem da corrente elétrica com relativa facilidade.

MATERIAIS ISOLANTES São corpos que, dentro de uma determinada faixa de tensão, não permitem a passagem da corrente elétrica . Os mais usados são a borracha, a mica, a porcelana e a baquelita.

ARCO ELÉTRICO

É a passagem da corrente elétrica de um pólo (peça) para o outro (eletrodo), desde que seja mantido entre eles um afastamento conveniente. Esse afastamento é chamado de comprimento do arco.

O comprimento do arco deve ter aproximadamente o diâmetro do núcleo do eletrodo. O arco elétrico produz calor intenso que funde a ponta do eletrodo e parte da peça tocada por este, formando a solda. Além do seu papel de fonte de calor, o arco elétrico ainda conduz as gotas de metal, depositando-as de encontro à peça, o que permite executar soldas sobre cabeça.

OBTENÇÃO DA CORRENTE ELÉTRICA NA SOLDAGEM Nas soldagens, a corrente elétrica pode ser obtida por meio de:

Máquina de solda geradora.

Máquina de solda transformadora

Máquina de solda retificadora.

EFEITO DE TENSÃO ELÉTRICA

A tensão faz com que a corrente elétrica prossiga circulando, mesmo depois que o eletrodo é afastado da peça, fazendo com que o arco elétrico se mantenha. O arco produz alta temperatura fundindo o material do eletrodo e da peça formando a solda.

SENTIDO DE CIRCULÇÃO DA CORRENTE ELÉTRICA

A corrente sempre circula do pólo negativo (-) para o pólo positivo (+).

POLARIDADES

No processo de soldagem, quando a máquina de solda está operando, a corrente elétrica sai pelo borne A; desloca-se pelo cabo até a peça que está sendo soldada, provoca a fusão do material da peça com o material do eletrodo através do arco elétrico; passa pelo eletrodo e retorna ao borne B através do cabo; entra novamente na máquina e, pelo circuito interno, torna a sair pelo borne A.

SOPRO MAGNÉTICO

Nas soldagens, quando trabalhamos com altas amperagens em corrente contínua, ocorre o efeito chamado de sopro magnético. Este efeito provoca o desvio das gotas de metal fundido para um dos lados da peça que está sendo soldada. O desvio é feito para o lado onde for maior a força do campo magnético, força esta, provocada pela falta de uniformidade da distribuição desse campo. Este problema pode ser resolvido de várias formas. A seguir apresentamos algumas delas:

Mudando o ângulo do eletrodo; Deslocando a fixação terra; Colocando um material de maior condutibilidade elétrica como terra (cobre)

FONTES DE ENERGIA PARA SOLDAGEM

Desde as últimas décadas do século passado, tem ocorrido um vigoroso desenvolvimento (ou mesmo uma revolução) no projeto e construção de fontes para soldagem associados com a introdução de sistemas eletrônicos para o controle nestes equipamentos. Atualmente, podem-se separar as fontes em duas classes básicas: As máquinas convencionais, cuja tecnologia básica vem das décadas de 1950 e 60 (ou antes). As máquinas "eletrônicas", ou modernas, de desenvolvimento mais recente (décadas de 1970, 80, 90 e 2000). No Brasil, ainda a grande maioria das fontes fabricadas são convencionais que são as que abordaremos neste capítulo.

REQUISITOS BÁSICOS DAS FONTES

Existem três requisitos básicos que uma fonte de energia para soldagem a arco deve atender: produzir saídas de corrente e tensão nos valores desejados e com características adequadas para o processo de soldagem;

permitir o ajuste destes valores de corrente e/ou tensão para aplicações específicas;

variar a corrente e tensão durante a operação de acordo com os requerimentos do processo de soldagem e aplicação.

Adicionalmente, o projeto da fonte precisa atender outros requisitos tais como:

estar em conformidade com exigências de normas e códigos relacionados com a segurança e funcionalidade.

apresentar resistência e durabilidade em ambientes fabris, com instalação e operação simples e segura.

possuir controles/interface do usuário de fácil compreensão e uso;

quando necessário, ter interface ou saída para sistemas de automação.

FONTES CONVENCIONAIS

Para produzir os tipos de correntes necessários à soldagem são utilizados três equipamentos, conforme descrito no esquema a seguir:

TRANSFORMADOR

Veja na figura a seguir os componentes dessa fonte de corrente.

REGULAGEM

A regulagem da corrente de soldagem pode ser realizada tanto pelo interruptor gradual quanto por meio do núcleo de dispersão.

Interruptor Gradual – é por meio desse interruptor que se altera o numero de espiras no primário. Dessa forma, a relação entre o primário e o secundário acaba se modificando também.

Núcleo de Dispersão – mediante o movimento desse núcleo, seja para dentro ou para fora, altera-se o fluxo magnético no secundário para mais ou para menos. Veja a figura abaixo.

Ligação – observem na figura abaixo as indicações para efetuar a ligação correta do transformador de solda, sem partes rotativas, tanto pelo eletricista quanto pelo soldador.

RETIFICADOR

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Na figura abaixo se pode observar que o elemento retificador possibilita a passagem da corrente elétrica somente em uma direção e pode ser compreendido como uma válvula elétrica de retenção.

Ligação - o retificador de solda apresenta, quase sempre, com ventilação interna e fendas para ventilação na carcaça. as indicações para efetuar a ligação corretada do equipamento, tanto pela eletricidade quanto pelo soldador.

A passagem do ar não pode ser obstruída. O fluxo da refrigeração deve ser observado. A entrada e a saída do ar devem ser sinalizadas. Caso o fluxo de ar esteja invertido, chame o eletricista

GERADOR

O gerador de soldagem (ou motor-gerador) é um dos tipos mais antigos de fonte de energia para soldagem a arco e é, ainda hoje, uma das fontes mais versáteis. Podem ser projetados para gerar qualquer tipo de curva característica e, embora geralmente produzam corrente contínuas, existem equipamentos de corrente alternada, a qual pode ter uma freqüência diferente de 50 ou 60Hz (valores usuais em redes de alimentação). O motor pode ser elétrico ou de combustão interna, tendo, como combustível, gasolina, óleo diesel, gás natural.

EQUIPAMENTOS E FERRAMENTAS PARA SOLDAGEM

Além da fonte de energia que chamamos de máquina de soldar, outros acessórios e ferramentas são utilizados para executar as operações de soldagem. Uns servem para transportar a corrente da fonte até o local de soldagem, outros para preparação da solda e outros ainda, para a limpeza durante a execução da solda.

São acessórios necessários nas operações de soldagem:

cabo de solda; porta-eletrodo; grampo terra (ligação à massa).

CABO DE SOLDA

É constituído por um núcleo, formado de grande quantidade de fios de cobre, recoberto com material isolante. Serve para fazer a ligação do porta-eletrodo e do grampo terra à fonte de energia.

A grande quantidade de fios de cobre permite ao cabo maior flexibilidade nos movimentos executados nas operações de soldagem. O diâmetro do cabo depende da intensidade da corrente a ser utilizada e da distância entre a máquina e o posto de soldagem. Conhecendo-se a distância entre a máquina e o posto de trabalho e a intensidade da corrente a usar, recorre-se à tabela abaixo para encontrar a bitola conveniente do cabo, evitando, com isso, perda de corrente, aquecimento ou super-dimensionamento do cabo.

Encontrada a bitola do cabo obteremos outras características através da seguinte tabela:

Na coluna Formação você encontrará o número de fios do cabo e o diâmetro em milímetros de cada fio. Exemplo de leitura: 666 = número de fios do cabo 0,254 = diâmetro em mm de cada fio.

PORTA ELETRODO

É um acessório que serve para prender o eletrodo através de suas garras de contato. É construído de cobre com suas partes externas totalmente isoladas. Seu tamanho e isolação variam de acordo com a intensidade da corrente a ser utilizada. O porta-eletrodo é conhecido também como “alicate porta-eletrodo” ou “pinça porta eletrodo

GRAMPO TERRA

É um acessório de conexão do cabo terra à peça, construído de cobre ou alumínio.

MARTELO PICADOR

Ferramenta usada para remover a escória e os respingos da solda, Martelo picador = picadeira ou martelo bate-escória. Em grandes empresas, para remover escória usam-se dispositivos pneumáticos

GABARITO

É uma ferramenta construída de chapa de aço, de forma geométrica variável de acordo com o tipo de trabalho a ser executado. São utilizadas em substituição a instrumentos de precisão, para padronizar dimensões de cordões, filetes, verificação de esquadro, ângulos de chanfros, etc. os principais tipos de gabaritos utilizados nas operações de soldagem e suas aplicações.

ESCOVA DE AÇO

Ferramenta usada para remover o óxido de ferro (ferrugem) das chapas a serem soldadas e também para fazer uma melhor limpeza nos cordões de solda.

METAIS DE BASE E CONSUMÍVEIS

PROCESSO DE FUNDIÇÃO DO AÇO