introdução à tecnologia da soldagem - fbts

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___________________________________________________________1 Introdução à Tecnologia da Soldagem

1 - UM BREVE HISTÓRICO DA TECNOLOGIA DA SOLDAGEM A união dos metais vem de um passado longínquo. Os historiadores traçam esse percurso através dos tempos até milênios a.C. Há evidências de brasagem de ligas cobre-ouro e chumbo-estanho em períodos anteriores a 3000 a.C. Alguns arriscam afirmar um possível 4000 a.C. Também existem evidências de trabalho artesanal em ferro e aço, para ferramentas e armas, no período de 1000 a.C. Entretanto, a única fonte de energia disponível naqueles tempos era oriunda da queima de carvão e madeira. A relativa baixa temperatura obtida limitava os tipos e aplicações de processos de soldagem.

Apesar das limitações e recursos algumas obras nos foram legadas e ainda permanecem alguns enigmas quanto à construção das mesmas. Uma das mais marcantes é a dos pilares de ferro na cidade de Delhi. Estruturas sólidas, de cerca de 40 centímetros de diâmetro por 20 metros de altura, soldadas por forjamento há quase 2000 anos atrás. O desenvolvimento da moderna tecnologia da soldagem tem seu início em meados do século XIX quando a energia elétrica se tornou mais facilmente disponível. 1.1 - DESENVOLVIMENTO DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM A maioria das mais importantes descobertas que acarretaram os modernos processos de soldagem ocorreram entre 1880 e 1900. Em 1881, um francês, MOISSAM, utilizou um arco entre eletrodos de carvão para fundir metais. BERNARDOS, um russo, baseado no mesmo princípio, patenteou na Alemanha, em 1885, o processo de soldagem a arco elétrico por eletrodo de carvão. Pouco mais tarde, um outro russo, SLAVIANOFF, conduziu experimentos em soldagem por arco. Nos Estados Unidos a primeira patente de soldagem a arco é devida a COFFIN em 1889. Também na América um outro processo é patenteado, a Soldagem por resistência elétrica, devido a Elihu THOMSOM, em 1886. Finalmente, em 1895, Le CHATELIER, um francês, inventou o maçarico oxi-acetilênico. O mais interessante é que este último processo, tomou vulto e se impôs como uma nascente solução industrial. As soldagens em metais ferrosos, por processos a arco, careciam, até então, de um melhor entendimento dos constituintes da zona fundida a qual era severamente contaminada pela atmosfera. As soldas eram frágeis e de difícil execução. Então, em 1907, um sueco, OSCAR KJELLBERG, revolucionou a soldagem a arco pela introdução dos eletrodos revestidos. Este melhoramento deu um enorme impulso a este processo já que passaram a ser obtidas soldagens com características mecânicas muito boas e freqüentemente superiores àquelas oriundas de soldagens por chamas. Os esforços desenvolvidos para mecanizar o processo tiveram como conseqüência natural o aparecimento de novas técnicas e equipamentos, cujo representante principal foi o processo a Arco Submerso criado em 1930. Em 1933, dois outros americanos HOBART e DENVER desenvolveram o processo conhecido por soldagem “TIG”. Anos mais tarde, baseado no mesmo sistema de proteção gasosa, desenvolveu-se o processo “MIG”, limitado, inicialmente, à soldagem de não ferrosos.

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A partir da II grande guerra (39-45) diversos outros processos foram desenvolvidos: soldagem por proteção de CO2 (“MAG”), Eletroescória, Fricção, Feixe de Elétrons, Arco plasma, etc.. Nos dias que correm, pode-se quase afirmar que não existe metal ou liga metálica que não possa ser soldada (ou brasada) por pelo menos um dos, cerca de 50 processos de soldagem, atualmente desenvolvidos. Na Figura 1.1 é mostrado um gráfico com a cronologia dos processos de soldagem conhecidos.

Figura 1.1 – Evolução dos processos de soldagem. "Processo de junção de metais por fusão ". (Deve-se ressaltar que não só metais são soldáveis e que é possível soldar metais sem fusão). "Operação que visa obter a união de duas ou mais peças, assegurando, na junta soldada, a continuidade de propriedades físicas , químicas e metalúrgicas ". (Aqui, o termo "continuidade" tem o mesmo significado da continuidade das funções matemáticas). "Operação que visa obter a coalescência localizada, produzida pelo aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a aplicação de pressão e de metal de adição ." (Esta definição é meramente operacional e é a adotada pela AWS - American Welding Society). "Processo de junção de materiais no qual as forças de união estabelecidas entre as partes sendo unidas são de natureza similar àquelas existentes no interior das partes e responsáveis pela própria existência destas como sólido (isto é, as forças de ligação química)". (http://www.demet.ufmg.br/labs/soldagem/textos/)

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2 - TERMINOLOGIA BÁSICA DA SOLDAGEM E DAS DESCONTIN UIDADES 2.1 - TERMINOLOGIA DA SOLDAGEM Solda (weld) – união localizada de metais ou não-metais, produzida pelo aquecimento dos materiais a temperatura adequada, com ou sem aplicação de pressão, ou pela aplicação de pressão apenas, e com ou sem a utilização de metal de adição. Processo de soldagem (welding process) – processo utilizado para unir materiais pelo aquecimento destes à temperaturas adequadas, com ou sem aplicação de pressão e com ou sem a participação de metal de adição. Equipamento de soldagem – máquinas, ferramentas, instrumentos, estufas e dispositivos empregados na operação de soldagem. Consumível - material empregado na deposição ou proteção da solda, tais como: eletrodo revestido, vareta, arames, anel consumível, gás, fluxo, entre outros. Soldador (welder) – profissional capacitado a executar soldagem manual e/ou semi-automática Técnica de soldagem (welding technique) – detalhes de um procedimento de soldagem que são controlados pelo soldador ou operador de soldagem. Junta (joint) – região onde duas ou mais peças serão unidas por soldagem. Junta de topo (butt joint) – junta entre dois membros alinhados aproximadamente no mesmo plano (Figura 2.1).

Figura 2.1 - Juntas de Topo

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Junta de ângulo (corner joint, T-joint) – junta em que, numa seção transversal, os componentes a soldar apresentam-se sob forma de um ângulo (Figura 2.2). As juntas podem ser: Junta de ângulo em quina; Junta de ângulo em L;

Figura 2.2 - Junta de ângulo Ângulo do bisel (bevel angle) - ângulo formado entre a borda preparada do componente e um plano perpendicular à superfície do componente. (Figura 2.3).

Figura 2.3 - Ângulo do Bisel; Bisel

Ângulo do Bisel

Bisel

Abertura de raiz Profundidade do Bisel

Raio do chanfro

Ângulo do Bisel Bisel

Profundidade do Bisel

Ângulo do chanfro

Ângulo do chanfro

Ângulo do chanfro

Ângulo do Bisel

Ângulo do Bisel

Ângulo do Bisel

Profundidade do Bisel

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Bisel( bevel ) – borda do componente a ser soldado, preparado na forma angular. Representado na figura 2.3 a e 2.3 b. Chanfro (groove) - abertura ou sulco na superfície de uma peça ou entre dois componentes, que determina o espaço para conter a solda. Os principais tipos de chanfros são os seguintes. (Figura 2.4).

- Chanfro em J (single-J-groove) - Chanfro em duplo J (double-J-groove) - Chanfro em U (single-U-groove) - Chanfro em duplo U (double-U-groove) - Chanfro em V (single-V-groove) - Chanfro em X (double-V-groove) - Chanfro em meio V (single-bevel-groove) - Chanfro em K (double-bevel-groove) - Chanfro reto ou sem chanfro (square-groove)

Fig 2.4 – Tipos de Chanfros

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Junta soldada (welded joint) – união obtida por soldagem, de dois ou mais componentes incluindo zona fundida, zona de ligação, zona afetada termicamente e metal de base nas proximidades da solda. Metal de adição (filler metal) – metal ou liga a ser adicionado para a fabricação de uma junta soldada ou brasada. Metal de base (base metal) – metal ou liga a ser soldado, brasado ou cortado. Diluição (dilution) - modificação na composição química de um metal de adição causado pela mistura do metal de base ou do metal de solda anterior. É medido pela percentagem do metal de base ou do metal de solda anterior no cordão de solda. (Figura 2.5)

Figura 2.5 - Diluição Metal de solda (weld metal) – porção da junta soldada que foi completamente fundida durante a soldagem. Zona afetada termicamente (heat-affected zone) – região do metal de base que não foi fundida durante a soldagem, mas cujas propriedades mecânicas e microestrutura foram alteradas devido à geração de calor, imposta pela soldagem, brasagem ou corte. (Figura 2.6). Zona de fusão (fusion zone) – região do metal de base que sofre fusão durante a soldagem. (Figura 2.6). Zona fundida – região da junta soldada que sofre fusão durante a soldagem. (Figura 2.6). Zona de ligação – região da junta soldada que envolve a zona que sofre fusão durante a soldagem. (Figura 2.6).

Diluição (%) Onde:

A – Metal de solda

B – Metal de base ou Metal de Solda do cordão anterior.

Cordão de Solda Metal de

Base

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Figura 2.6 - Zonas de uma junta soldada Camada (layer) - deposição de um ou mais passes consecutivos situados aproximadamente num mesmo plano. (Figura 2.7).

Figura 2.7 - Camada, cordão de solda ou passe e seqüência de passes 2.2 - TERMINOLOGIA DAS DESCONTINUIDADES EM JUNTAS S OLDADAS Descontinuidade consiste na interrupção de estruturas típicas de uma peça quanto a homogeneidade de características físicas, mecânicas ou metalúrgicas. Dependendo da descontinuidade (tipo, dimensões, acúmulo/ distribuição), a mesma poderá ser considerada defeito quando não atende os requisitos mínimos da norma técnica aplicável. Ângulo excessivo de reforço - Ângulo excessivo entre o plano da superfície do metal de base e o plano tangente ao reforço de solda, traçado a partir da margem da solda. (Figura 2.8)

Figura 2.8 – Ângulo excessivo de reforço

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Desalinhamento - Junta soldada de topo, cujas superfícies das peças, embora paralelas, apresentam-se desalinhadas, excedendo à configuração de projeto (Figura 2.9).

Figura 2.9 – Desalinhamento

Embicamento - Deformação angular da junta soldada de topo (Figura 2.10).

Figura 2.10 - Embicamento

Falta de Fusão - Fusão incompleta entre a zona fundida e o metal de base, ou entre passes da zona fundida, podendo estar localizada:

(a) na zona de ligação (Figura 2.11a); (b) entre os passes (Figura 2.11b); (c) na raiz da solda (Figura 2.11c e 2.11d).

Figura 2.11 – Falta de Fusão

Falta de Penetração - Insuficiência de metal na raiz da solda (Figura 2.12).

Figura 2.12 – Falta de penetração

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Inclusão de escória - Material sólido não metálico retido no metal de solda ou entre o metal de solda e o metal de base podendo ser:

(a) alinhada (Figura 2.13a e 2.13b); (b) isolada (Figura 2.13c); (c) agrupada (Figura 2.134d).

Figura 2.13 – Inclusão de escória

Inclusão metálica - Metal estranho retido na zona fundida. Mordedura - Depressão sob a forma de entalhe, no metal de base acompanhando a margem da solda (Figura 2.14).

Figura 2.14 – Mordedura

Penetração excessiva - Metal da zona fundida em excesso na raiz da solda (Figura 2.15).

Figura 2.15 – Penetração excessiva Poro - Vazio arredondado, isolado e interno à solda. Poro superficial - Poro que emerge à superfície da solda.

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Porosidade - Conjunto de poros distribuídos de maneira uniforme, entretanto não alinhado (Figura 2.16).

Figura 2.16 – Porosidade

Porosidade agrupada - Conjunto de poros agrupados (Figura 2.17).

Figura 2.17 – Porosidade agrupada

Porosidade alinhada - Conjunto de poros dispostos em linha, segundo uma direção paralela ao eixo longitudinal da solda (Figura 2.18).

Figura 2.18 – Porosidade alinhada Respingos - Glóbulos de metal de adição transferidos durante a soldagem e aderidos à superfície do metal de base ou à zona fundida já solidificada. Sobreposição - Excesso de metal da zona fundida sobreposto ao metal de base na margem da solda, sem estar fundido ao metal de base. Trinca - Tipo de descontinuidade planar caracterizada por uma ponta aguda e uma alta razão entre comprimento e largura. Trinca sob cordão - Também conhecida como trinca a frio, é uma trinca localizada na zona afetada termicamente não se estendendo à superfície da peça.

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Trinca longitudinal - Trinca com direção aproximadamente paralela ao eixo longitudinal do cordão de solda, podendo estar localizada:

(a) na zona fundida (Figura 2.19a); (b) na zona de ligação (Figura 2.19b); (c) na zona afetada termicamente (Figura 2.19c); (d) no metal de base (Figura 2.19d).

Figura 2.19 – Trinca longitudinal

Trinca transversal - Trinca com direção aproximadamente perpendicular ao eixo longitudinal do cordão de solda, podendo estar localizada:

(a) na zona fundida (Figura 2.20a); (b) na zona afetada termicamente (Figura 2.20b); (c) no metal de base (Figura 2.20c).

Figura 2.20 – Trinca transversal

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3 - SIMBOLOGIA DE SOLDAGEM E END 3.1 - INTRODUÇÃO 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 A 2.1, AWS A 2.4 e NBR 5874, que tratam especificamente deste assunto. A figura 3.1 mostra os locais padronizados para os vários elementos de um símbolo de soldagem.

Figura 3.1 - Localização dos elementos no símbolo de soldagem

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3.2 - 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.

A figura 3.2 ilustra o posicionamento dos símbolos de soldagem.

Figura 3.2 - Exemplos do posicionamento dos símbolos de soldagem para soldas realizadas em apenas um lado da junta.

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NOTA: Soldas envolvendo operações em ambos os lados da junta, possuem símbolo nos dois lados da linha de referência (ver figura 3.3).

Figura 3.3 - Exemplo do posicionamento do símbolo de soldagem para solda realizada em ambos os lados da junta.

3.3 - 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, em 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 à esquerda do símbolo. A figura 3.4 apresenta os desenhos dos símbolos básicos de soldagem, os quais, na prática, podem ser executados por meio de um esquadro e alguns gabaritos correspondentes.

Figura 3.4 - Símbolos básicos de solda

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3.4 - 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.

Figura 3.5 - Representação das linhas

3.5 - REPRESENTAÇÃO DOS SÍMBOLOS A linha de referência deve estar na horizontal e a linha de chamada deve fazer um ângulo de 30o com esta, segundo a figura 3.6.

Figura 3.6 - Representação das linhas

Quando a linha de chamada é “quebrada”, significa que a mesma aponta para um membro específico da junta que deve ser chanfrado (Ver exemplos da figura 3.7).

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Figura 3.7 - Exemplos de aplicações de seta quebrada

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Referências, tais como: especificações, processos de soldagem, número do procedimento, direções e outros dados, quando usados com um símbolo de soldagem, devem ser indicados na cauda do símbolo. Se tais referências não são usadas, a cauda poderá ser dispensada (ver figura 3.8).

Figura 3.8 - Emprego da cauda no símbolo

3.6 - JUNTAS DE ÂNGULO - SOLDAS EM ÂNGULO A penetração da raiz da solda em ângulo virá indicada entre parênteses (conforme figura 3.9).

Figura 3.9 – Exemplo de dimensionamento de soldas em ângulo

3.7 - JUNTAS DE TOPO

Figura 3.10 - Exemplo de dimensionamento de soldas em chanfro

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3.8 - JUNTAS DE ÂNGULO EM “L” E EM “T” - SOLDAS EM CHANFRO COMBINADA COM SOLDA EM ÂNGULO

Figura 3.11 - Exemplos de dimensionamento de soldas em chanfro combinadas com solda em ângulo.

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4 - Introdução aos Processos de Soldagem

4.1 – Classificação dos Processos de Soldagem

Soldagem a arco elétrico, com proteção de gás inerte (MIG)

Com proteção gasosa (GMA)

Soldagem a arco elétrico, com proteção de CO2

(MAG)

Com proteção gasosa Soldagem a arco elétrico, e fluxo (fundente) com arame tubular e

proteção de CO2 Com eletrodo consumível

Soldagem a arco elétrico, com eletrodo revestido

Com proteção Soldagem a arco elétrico, por meio de fluxo com arame tubular

(soldagem non-gas) Soldagem a arco elétrico

Soldagem por arco submerso

Sem proteção efetiva Soldagem a arco

elétrico, com arame nu

Soldagem Com eletrodo não-consumível – Soldagem a arco elétrico, com proteção por fusão gasosa e eletrodo de tugstênio (TIG ou

GTA) Soldagem a gás Soldagem por eletroescória Soldagem por eletrogás Soldagem térmite Soldagem por feixe de elétrons Soldagem a plasma

PROCESSOS Soldagem a pontos DE Soldagem por costura SOLDAGEM Soldagem por resistência Soldagem a topo por fluência Soldagem a gás por pressão Soldagem a topo por descarga elétrica

Soldagem por forjamento Soldagem Soldagem por atrito por Soldagem por explosão pressão Soldagem por indução de alta freqüência

Soldagem por ultra-som

Brasagem Brasagem Soldagem fraca

Classificação dos Processos de Corte

Corte oxiacetilênico Corte a gás Corte com pó de ferro

Usinagem a chama Goivagem Chanframento

PROCESSOS DE CORTE Corte a arco com eletrodo de carvão

Corte a arco elétrico Corte a arco com eletrodo metálico Corte a plasma Goivagem a arco e ar

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4.2 - SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO COM ELETRODO REVESTI DO É o processo de soldagem no qual um arco elétrico é estabelecido entre a extremidade de um eletrodo revestido consumível e o metal de base na junta que esta sendo soldada, sendo assim estabelecida a poça de fusão. O metal de adição é transferido para a poça de fusão através do arco, constituindo o metal de solda ao solidificar-se (diluição, entre o metal de base e metal depositado), ver figura 4.1.

Figura 4.1 – Detalhe da soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido. O equipamento completo é mostrado na figura 4.2.

Figura 4.2 – Equipamento para soldagem elétrica com eletrodo revestido. O processo é aplicado para a soldagem da maioria de materiais metálicos em espessuras variando entre 2,0 e 200 mm, e em todas as posições de soldagem. Apresenta baixo custo de equipamento, porém, exige considerável habilidade manual por parte do soldador e resulta em uma produtividade relativamente baixa se comparado aos processos automáticos e semi-automáticos.

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4.3 - SOLDAGEM A ARCO COM PROTEÇÃO POR GÁS E ELETRO DO NÃO CONSUMÍVEL (TIG) Processo de soldagem no qual a união entre peças metálicas é produzida pelo aquecimento e fusão destas por meio de um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo de tungstênio, não consumível, e as peças a unir. A poça de fusão e o arco elétrico são protegidos contra a contaminação dos gases da atmosfera por um gás inerte, ou misturas de gases inertes, injetados através do bocal da pistola, ver figura 4.3.

Figura 4.3 – Detalhe da soldagem TIG. A soldagem TIG, usualmente manual, poderá ser feita com ou sem emprego de metal de adição sendo aplicada a maioria dos metais e suas ligas na soldagem em qualquer posição. Entretanto, dado ao custo relativamente alto do equipamento e a baixa velocidade de soldagem (manual), o processo resulta em pouca produtividade. Por essas razões, o seu principal emprego é na soldagem de metais não ferrosos e aços inoxidáveis, na soldagem de pequenas espessuras (da ordem de milímetros) e, no passe de raiz na soldagem de tubulações. O equipamento completo é apresentado na figura 4.4. As fontes de energia para o processo fornecem corrente mínima em torno de 5 a 10 A e corrente máxima de 200 a 500 A.

Figura 4.4 – Esboço do Equipamento para soldagem TIG.

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4.4 - SOLDAGEM A ARCO COM PROTEÇÃO POR GÁS E ELETRO DO CONSUMÍVEL (MIG/MAG) O processo de soldagem MIG/MAG produz a união de peças metálicas pelo aquecimento e fusão destas, com um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo nu (arame) consumível, e as referidas peças na junta de solda. O metal de adição é transferido para a poça de fusão através da coluna do arco, sendo o mesmo e a própria poça protegidos contra a contaminação dos gases da atmosfera por um gás ou mistura de gases que podem ser inertes ou ativos. Na figura 4.5 é apresentado o detalhe do processo.

Figura 4.5 – Processo MIG/MAG. A soldagem MIG/MAG é um processo normalmente semi-automático, em que a alimentação do arame eletrodo é feita mecanicamente e o soldador controla o movimento da pistola além da iniciação e interrupção do arco. O processo é empregado na soldagem de materiais numa ampla faixa de espessuras tanto em ferrosos quanto em não ferrosos e em todas as posições de soldagem. O mesmo propicia uma alta taxa de deposição aliada a elevado fator de trabalho. Como desvantagens podem-se considerar o ajuste rigoroso dos parâmetros para soldagem isenta de defeitos e também o custo do equipamento comparativamente ao do processo de soldagem com eletrodos revestidos. Na figura 4.6 consta o esquemático do equipamento para soldagem MIG/MAG.

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Figura 4.6 – Esquemático do equipamento do processo MIG/MAG. 4.5 - SOLDAGEM A ARCO COM ARAME TUBULAR Processo de soldagem em que um arco elétrico se forma entre um eletrodo tubular alimentado continuamente (arame bobinado com o interior preenchido com fluxo), e o metal de base na junta de solda. O metal de adição é então transferido na forma de gotas para a poça de fusão através do arco elétrico, sendo ambos protegidos, contra a contaminação do ar atmosférico, pelos gases gerados na combustão e decomposição do fluxo. Adicionalmente, pode-se utilizar gás de proteção, o qual flui pelo bocal da pistola. A taxa de deposição do processo é bastante elevada podendo alcançar até 11 kg/h. Quanto aos materiais normalmente soldados temos os aços ao carbono, baixa liga, inoxidáveis e ligados, além de diversos tipos de revestimentos protetores, de maneira semi-automática, a mais usual, ou completamente mecanizada. O equipamento de soldagem do processo arame-tubular é bastante próximo do utilizado no processo MIG/MAG. Como principais diferenças consideram-se capacidade da fonte de energia quanto à intensidade de corrente gerada (até 600 A) e, em alguns casos a refrigeração à água da pistola. Na opção sem utilização de gás de proteção adicional o processo é denominado auto-protegido e, na que utiliza gás adicional, denomina-se arame tubular com proteção adicional. 4.6 - SOLDAGEM POR ARCO SUBMERSO O processo consiste em um arame-eletrodo nu, continuamente alimentado, o qual produz arco elétrico com a peça, formando assim a poça de fusão, sendo ambos recobertos por uma camada de fluxo granular fusível, que protege o metal da contaminação atmosférica e possui outras funções metalúrgicas. O arco e a poça de fusão não são visíveis, daí a denominação – “arco submerso”, ver detalhe na figura 4.7.

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Figura 4.7 – Detalhe do processo a arco submerso. O equipamento para soldagem a arco submerso (ver esquemático da figura 4.8) utiliza fonte de energia capaz de gerar altas correntes, a faixa vai de 350 A até 2000 A, com arames maciços com diâmetro variando entre 1,6 a 6,4 mm. A taxa de deposição atinge valores altos próximos a 20 kg/hora com um único arame, podendo ser aumentada caso sejam utilizados múltiplos arames. Existe também a variação em que o consumível está na forma de fita. Quanto ao emprego, a grande penetração resultante das elevadas correntes não recomenda o processo para espessuras inferiores a 6,0mm. O processo é limitado às posições de soldagem plana e horizontal em ângulo, as quais oferecem sustentação para o fluxo. Os materiais soldados são praticamente todos os metais ferrosos e alguns não ferrosos incluindo ligas de níquel, cobre e outras.

Figura 4.8 – Equipamento para soldagem a arco submerso. 4.7 - SOLDAGEM A GÁS É o processo no qual a união das partes é devido ao aquecimento produzido por uma chama, usando ou não metal de adição, com ou sem aplicação de pressão. A chama empregada no processo resulta da mistura entre um gás combustível, o gás comburente (oxigênio), na presença de ignição.

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Entre os gases combustíveis, o gás acetileno é o que apresenta melhor desempenho para operação de soldagem. Esta característica se deve as propriedades físicas de sua chama, oxi-acetilênica, quanto a alta Temperatura (T MÁX. = 3120 0 C) e elevado Poder Calorífico Concentrado junto ao cone interno. Estas propriedades são essenciais a soldagem por permitirem a fusão do metal de base e constituição da poça de fusão. Na figura 4.9, consta, respectivamente, o esquemático da chama e do equipamento completo para soldagem oxi-acetilênica.

(a) (b)

Figura 4.9 – (a) Equipamento para soldagem oxi-acetilênica (b) Chama oxi-acetilênica O processo de soldagem oxigás apresenta vantagens sobre os demais assim como também algumas desvantagens. São elas: Vantagens: baixo custo, emprega equipamento portátil, não necessita de energia elétrica, é empregado para soldagem de diversos materiais em todas as posições de soldagem. Além disso, apresenta alta versatilidade pois, com pequena alteração do equipamento poderá ser utilizado para o corte, brasagem e aquecimento de metais. Desvantagens: requer grande habilidade manual do soldador, baixa taxa de deposição, promove grande aquecimento do metal de base (ZTA extensa)/ empenamento, apresenta riscos de acidente com cilindros de gases.

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5 - NOÇÕES BÁSICAS DE CONSUMÍVEIS DE SOLDAGEM 5.1 - DEFINIÇÃO E SELEÇÃO Consumível de Soldagem são todos os materiais empregados na deposição ou proteção da solda, tais como: eletrodos revestidos, varetas, arames sólidos e tubulares, fluxos, gases e anéis consumíveis. Os consumíveis são selecionados com base no processo de soldagem ( ver a relação dos diversos processos no Capítulo 4 (item 4.7) – Classificação dos Processos de Soldagem) que se pretenda utilizar. Na escolha do processo mais adequado, devem ser considerados os seguintes fatores: - material de base (composição química, dimensões); - posição de soldagem; - produtividade (taxa de deposição); - disponibilidade do equipamento de solda; - disponibilidade e qualificação da mão de obra (soldador / operador);e outros. 5.2 - ESPECIFICAÇÃO DOS CONSUMÍVEIS: Os consumíveis são agrupados em Especificações , inclusive os gases de proteção para soldagem. Os referidos agrupamentos são função de:

- composição química do metal depositado ou do consumível; - processo de soldagem.

A Especificação indica os requisitos para os consumíveis de acordo com seu emprego. Para enquadrarem-se numa especificação AWS (American Welding Society), os consumíveis devem atender a requisitos como:

- propriedades mecânicas do metal depositado; - composição química do metal depositado; - sanidade do metal depositado, verificada por meio de exame radiográfico.

Além destes, são também determinados:

- requisitos de fabricação; - critérios de aceitação; - embalagem; - identificação; - garantia e etc.

A Especificação estabelece as condições de testes a serem realizados pelo fabricante a fim de verificar e assegurar que as soldas produzidas apresentam as propriedades mínimas exigidas. Em cada Especificação encontra-se a padronização quanto as dimensões dos corpos de teste e de prova para os ensaios pertinentes como: análise química, tração (“all weld metal”), hidrogênio difusível e etc., bem como os padrões radiográficos.

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Alguns exemplos de Especificações : - AWS A 5.1: Eletrodos de aço ao carbono para a soldagem manual a arco com

eletrodo revestido. - AWS A 5.5: Eletrodos de aço baixa liga para soldagem manual a arco com eletrodo

revestido. - AWS A 5.4: Eletrodos de aço inoxidável para soldagem manual a arco com eletrodo

revestido. - AWS A 5.17: Eletrodos de aço ao carbono e fluxos para soldagem a arco submerso. - AWS A 5.18: Metais de adição de aços ao carbono para soldagem a arco com gás

de proteção. - AWS A 5.32: Gases de Proteção para soldagem a arco com arame tubular,TIG,

MAG. 5.3 - CLASSIFICAÇÃO DOS CONSUMÍVEIS: A classificação AWS apresenta uma maneira lógica de designar um consumível. A respeito do mesmo, a classificação fornece, em valores aproximados, algumas de suas propriedades mecânicas (limite de resistência, impacto), como também sua composição química e particularidades relativas ao revestimento. Os consumíveis são designados por um conjunto de algarismos e letras com os seguintes prefixos:

E – eletrodo para soldagem ao arco elétrico; R – vareta para soldagem a gás; B – Metal de adição para brasagem; F – fluxo para arco submerso; ER – indica a possibilidade de aplicação como eletrodo nu (arame) ou vareta.

Exemplo: Na especificação (AWS A5.5: Eletrodos de aço baixa liga para soldagem manual a arco com eletrodo revestido), existe entre outras classificações, a do eletrodo (AWS E 8018 B2). O significado da designação AWS E 8018 - B 2 é: E 80 1 8 - B2

E XXX X X - X Dígito → 1 2 3 4 5

Dígito 1: A letra E designa um eletrodo; Dígito 2: Estes dígitos, em número de dois ou três, indicam o limite de resistência a tração mínimo do metal de solda em “ksi” (1ksi = 1000 psi). No exemplo: LRT mín = 80.000 psi. Dígito 3: Designa a posição de soldagem na qual o eletrodo revestido pode ser empregado com resultados satisfatórios: 1-todas as posições; 2- plana e horizontal e 4- todas as posições (especialmente a vertical descendente para os eletrodos de baixo hidrogênio). No exemplo: 1 – todas as posições.

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Dígito 4: Este dígito pode variar de 0 (zero) a 9 (nove). Os dois últimos dígitos designam: - tipo de revestimento; e - tipo de corrente com o qual o eletrodo pode ser usado. No exemplo: 18 – revestimento básico baixo hidrogênio. Corrente CC + ou CA Dígito 5: Este sufixo indica a composição química do metal depositado, sendo que o mesmo somente é utilizado nesta especificação (AWS A5.5 ). No exemplo: B2 – eletrodo para aço Cromo-Molibidênio cuja composição química contém além de C, Mn, Si, P e S, os elementos de liga: Cromo (1,0 – 1,5%) e Molibidênio (0,40 – 0,65% ). O código ASME (American Society for Mechanical Engineering), quando utiliza da especificação AWS, ela emprega a abreviatura SF (do inglês, “Specification”) antes do código de especificação AWS.

Tabela 5.1 - Exemplo de Especificações ASME/AWS

DESIGAÇÃO: ASME Seção II Parte C

- AWS -

ESPECIFICAÇÃO PARA:

SFA-5.1 / A-5.1 Eletrodos de Aço ao Carbono para Soldagem Manual a Arco com Eletrodo Revestido (SMAW)

SFA-5.2 / A-5.2 Varetas de Aços ao Carbono e Baixa Liga para Soldagem Oxi-Gás (OFW)

SFA-5.4 / A-5.4 Eletrodos de Aço Inoxidável para Soldagem Manual a Arco com Eletrodo Revestido (SMAW)

SFA-5.5 / A-5.5 Eletrodos de Aço Baixa Liga para Soldagem Manual e Arco com Eletrodo Revestido (SMAW)

SFA-5.9 / A-5.9 Eletrodos Nus e Varetas para Soldagem de Aço Inoxidável

SFA-5.12 / A-5.12 Eletrodos de Tungstênio e suas Ligas para Soldagem e Corte a Arco

SFA-5.17 / A-5.17 Eletrodos de Aço ao Carbono e Fluxos para Soldagem a Arco Submerso (SAW)

5.4 – Tipos de Revestimento Em função da constituição química do revestimento, podem-se distinguir os seguintes tipos de eletrodos revestidos: básico, ácido, celulósico e rutílico. 5.4.1 - Revestimento Básico: Apresenta as melhores propriedades mecânico - metalúrgicas entre todos os eletrodos,destacando-se a tenacidade, elevados teores de carbonato de cálcio e fluorita, gerando um metal de solda altamente desoxidado e com muito baixo nível de inclusões complexas de sulfetos e fosfetos. Quando o teor de fluorita é elevado, o eletrodo não opera bem em CA. Produz uma escória fluida e facilmente destacável, além de cordão de média penetração e perfil plano ou convexo.

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5.4.2 - Revestimento Ácido: Este revestimento é constituído, principalmente, por óxido de ferro (Fe2O3 - Hematita), elementos escorificantes à base de sílica (SiO2) na forma de caulim, feldspato e quartzo, e ferro-ligas. Pode conter pó de ferro no revestimento, o que contribui para o aumento do rendimento do eletrodo. É de fácil manuseio, principalmente nas posições plana (junta de topo e solda em ângulo), como também na posição horizontal (solda em ângulo). Produz uma escória volumosa, de fácil remoção e porosa, em seu interior. O depósito com este eletrodo tem boas propriedades mecânicas, sempre que utilizado em aços de boa qualidade, do contrário são suscetíveis a formar trincas. Hoje, nenhum fabricante de eletrodos revestidos no Brasil produz este tipo de revestimento. 5.4.3 - Revestimento Celulósico: Este tipo de revestimento é constituído de matérias orgânicas sob a forma de celulose (C6H10O5) [composto mais importante, usualmente excedendo 30% do peso total do revestimento], dióxido de titânio, escorificantes à base de sílica, entre outros. Visto que o volume de escória líquida é pequeno, isto produz uma escória fina, o que possibilita o uso deste eletrodo na posição vertical descendente. A remoção desta escória é relativamente fácil. Vantagens deste tipo de revestimento: produz um cordão de solda com uma grande penetração e confere ao eletrodo boa facilidade de uso. Dadas as características apresentadas, o eletrodo com revestimento celulósico é o preferido na soldagem de oleodutos e gasodutos. Desvantagem: introduz grande quantidade de hidrogênio no metal de solda, o que limita a aplicação desses eletrodos somente aos aços doces. As correntes máximas recomendadas para eletrodos celulósicos são inferiores às dos outros tipos, devido à queima precoce da celulose e à elevada perda por salpicos que ocorreriam nas altas intensidades de corrente. 5.4.4 - Revestimento Rutílico: O constituinte mais importante na composição deste revestimento é o dióxido de titânio (TiO2), conhecido como “rutilo”. Há também em sua composição ferro-ligas e escorificantes à base de sílica. Duas das principais características deste material são: facilitar a abertura do arco elétrico, como também manter o arco estável durante a transferência metálica seja em corrente alternada como contínua. Este tipo de revestimento é indicado na união de componentes que apresentam problemas de montagem, ou seja, fornece boas condições em unir componentes que tenham grandes aberturas de raiz. A penetração do arco é relativamente baixa, o que pode acarretar em falta de penetração nas soldas em ângulo; esta característica torna este revestimento ideal na soldagem de chapas finas. Produz cordões de solda com ótima aparência, sendo por isso indicado para passes de acabamento. O mesmo é de fácil manuseio, podendo ser utilizado em todas as posições. A sua escória não apresenta resistência ao destacamento, principalmente, os eletrodos da classe AWS E7014, cuja escória pode ser auto-destacável. São especialmente indicados para a soldagem em ângulo com posição horizontal, com um só passe, em altas intensidades de corrente e alta velocidade, devido ao seu fácil manuseio e habilidade em cobrir frestas provenientes de má preparação de juntas.

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5.5 - Sistemas de Classificação A classificação genérica de um eletrodo tem a seguinte forma:

E X X X X ---- ------------- ---- ----

1 2 3 4 onde: Dígito 1: A letra E designa um eletrodo; Dígito 2: Este dígito, composto por 2 algarismos, indica o limite de resistência à tração mínimo do metal de solda em "ksi" (1 ksi = 1.000 psi). Alguns exemplos podem ser vistos na Tabela 5.2. Tabela 5.2 - Exemplos na representação do Dígito 2 na codificação para classificação AWS

LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (Mínimo) (1) ELETRODO REVESTIDO psi (lb/pol 2) MPa

E60XX 60.000 414 E70XX 70.000 482

(1) Toda a preparação da chapa de teste, envolvendo desde a escolha do metal de base, do tipo e dimensões do cobre-junta até as condições de soldagem (intensidade de corrente, geometria do chanfro, posição de soldagem, diâmetro do eletrodo, etc.) são padronizadas, cujas informações se encontram na especificação em questão. Dígito 3: Designa a posição de soldagem na qual o eletrodo revestido pode ser empregado com resultados satisfatórios. Ver tabela 5.3.

Tabela 5.3 - Significado do Dígito 3 na codificação para classificação AWS

ELETRODO POSIÇÃO DE SOLDAGEM

E-XX1X

E-XX2X

E-XX4X

Todas as posições. Plana e Horizontal (especialmente solda em ângulo-horizontal). Todas as posições (especialmente a vertical descendente para os eletrodos de baixo hidrogênio).

Apesar dos eletrodos do tipo E-XX1X e E-XX4X serem indicados em todas as posições, na prática, isto não é muito recomendado. Eletrodos com diâmetros maiores do que 4 mm não são indicados na soldagem fora-de-posição. Esta informação serve para todos os eletrodos revestidos, independentemente do tipo de material que está sendo soldado.

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Dígito 4: Este dígito pode variar de 0 (zero) a 9 (nove). Em combinação com o Dígito 3 designam:

- Tipo de corrente elétrica, com a qual o eletrodo pode ser usado; - Tipo de revestimento.

Tabela 5.4 - Significado da combinação dos Dígitos 3 e 4 na codificação para classificação de especificação AWS 5.1.91.

Caracterís-

tica 10 11 12 13 14 15 16 18 18M

Tipo de Corrente

CC+

CC+ CA

CC- CA

CC+/-

CA

CC+/-

CA

CC+

CC+ CA

CC+ CA

CC+

Tipo de Arco e Transferência

Forte, Salpicos (elevada

corr.) spray

Forte, Salpicos (elevada

corr.) spray

Médio, poucos Salpicos

spray

Suave sem

Salpicos spray

Suave sem

Salpicos spray

Médio, poucos Salpicos globular

Médio, poucos Salpicos globular

Suave, poucos

salpicos, globular

Suave, muito pouco

salpico, globular

Penetração Profunda Profunda Pouca Pouca Pouca Média Média Média Média

Tipo de Revestimento

Celulósico com Silicato de Na

Celulósico com Silicato

de K

Rutílico com

Silicato de Na

Rutílico com

Silicato de K

Rutílico com

Silicato de K e 25-40%

de Pó de Ferro

Básico com

Silicato de Na

Básico com

Silicato de K

Básico com

Silicato de K e

25-40% de Pó de

Ferro

Básico com Pó de Ferro

Teor de Hidrogênio

d Alto

20 ml /100g

Alto 20 ml /100g

Médio 15 ml /100g

Médio 15 ml /100g

Médio 15 ml /100g

Baixo 2 ml / 100g

Baixo 2 ml / 100g

Baixo 2 ml / 100g

Baixo 2 ml / 100g

a) Para passe único; b) Para solda em ângulo posição Horizontal; c) Para solda em ângulo posição Plana; d) Volume do Hidrogênio Difusível em 100 g de metal depositado

5.6 – Principais Características dos diversos Tipos de Eletrodos Revestidos E6013: eletrodo com revestimento rutílico, sendo um dos mais utilizados na indústria. Outros componentes fazem parte do revestimento, a saber: celulose, ferro-manganês, silicato de potássio (como aglutinante) e outros silicatos; os compostos de potássio permitem que o eletrodo seja operado com corrente alternada com baixa intensidade de corrente e baixa tensão de arco aberto; este eletrodo também pode ser operado com corrente contínua com polaridade direta (CC-) e polaridade inversa (CC+). Comparando este eletrodo com o E6012, têm-se: sua escória é mais fácil de ser removida; produz um arco mais estável e um cordão de solda quase isento de inclusões de escória e de óxidos; não suporta altas intensidades de correntes, quando utilizados nas posições plana e horizontal. O E6013 foi projetado especialmente para ser utilizado em chapas finas.

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E7015, E7016, E7018, E7018M, E7028, E7048: estes eletrodos fazem parte da família dos eletrodos básicos, também conhecidos como “eletrodos de baixo hidrogênio”. São conhecidos dessa forma, tendo em vista seus revestimentos serem constituídos por materiais inorgânicos que contém uma quantidade mínima de umidade, que por sua vez, produzem metais de solda de baixo teor de hidrogênio. Para manter os eletrodos básicos com um teor de umidade mínimo em seus revestimentos, os mesmos devem ser armazenados e manuseados com muito cuidado. Eletrodos que foram expostos à umidade podem absorver uma quantidade considerável de umidade, perdendo desta forma suas características de “baixo hidrogênio”. Após a realização de uma ressecagem, conforme estabelecida pelo fabricante do eletrodo ou por uma norma técnica aplicável, eles podem exibir novamente sua condição de baixo hidrogênio. Outros materiais que fazem parte do revestimento básico: fluorita (CaF2), carbonato de cálcio (CaCO3 ) e sílica (SiO2 ). 5.7 - CLASSIFICAÇÃO DOS ELETRODOS DE AÇO CARBONO E FLUXOS

PARA SOLDAGEM A ARCO SUBMERSO DE ACORDO COM A ESPECIFICAÇÃO AWS A5.17-97

5.7.1 - Critério de Classificação: Os arames e fluxos cobertos por esta especificação são classificados tendo como base: 1. Propriedades mecânicas do metal de solda, usando o fluxo em combinação com

qualquer um dos eletrodos classificados nesta especificação. 2. Condição do tratamento térmico no qual as propriedades mecânicas são obtidas. 3. Composição química do eletrodo, para o caso de arames sólidos, ou do metal de solda

(utilizando um determinado fluxo) para os eletrodos compósitos (exemplo: arame tubular).

Nota: Importante salientar que, quando um fluxo é fabricado, ele não tem, a princípio, uma classificação AWS. Quando este fluxo é utilizado com um determinado arame, este fluxo terá uma classificação AWS de acordo com os resultados alcançados nesta combinação (fluxo – arame). Combinando este fluxo em questão com um novo arame (outra classificação AWS), uma nova classificação AWS para este fluxo será designada, visto que este segundo arame usado possuía diferente composição química daquele primeiro arame. 5.7.2 - Sistema de Classificação A classificação de uma combinação genérica de um fluxo com um arame tem a seguinte forma:

F X X X - E X X ---- ---- ---- ---- ---- --- ---- ------------- ----

1 2 3 4 5 6 7 8 9 onde: Dígito 1 - A letra F designa um fluxo;

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Dígito 2 - A letra S indica se o fluxo em uso foi produzido pela trituração de uma escória previamente fabricada ou produzido por uma mistura formada por uma parte triturada e uma parte “virgem”. A omissão da letra S significa que o fluxo em questão é do tipo “virgem”.

Dígito 3 - Este dígito refere-se ao limite de resistência à tração mínimo do metal

depositado proveniente de uma combinação entre fluxo e arame. Exemplos: FX6X - EXXX - Faixa do limite de resistência à tração entre 60.000 e 80.000 psi (430 e 560

MPa), onde o algarismo 6 indicado tem relação com o limite mínimo da faixa. FX7X - EXXX - Faixa do limite de resistência à tração entre 70.000 e 95.000 psi (480 e 660

MPa), onde o algarismo 7 indicado tem relação com o limite mínimo da faixa. Dígito 4 - Designa a condição de tratamento térmico no qual os testes foram

conduzidos: “A” refere-se à condição “Como Soldado” e “P” ao tratamento térmico após soldagem. O tempo e a temperatura deste tratamento térmico estão contemplados no corpo da especificação A5.17.

Dígito 5 - Este dígito refere-se à maior temperatura em que se efetuou o ensaio de

impacto (charpy com entalhe em V), obtendo-se valores de no mínimo 27J para o metal de solda.

Exemplos: - FXXXZ - EXXX - A letra Z refere-se a ensaio de impacto não requerido; - FXXX0 - EXXX - O algarismo 0 (zero) refere-se à temperatura mínima de 0ºC para o

ensaio; - FXXX2 - EXXX - O algarismo 2 refere-se à temperatura mínima de -20ºC para o ensaio; - FXXX3 - EXXX - O algarismo 3 refere-se à temperatura mínima de -30ºC para o ensaio; - FXXX4 - EXXX - O algarismo 4 refere-se à temperatura mínima de -40ºC para o ensaio; - FXXX5 - EXXX - O algarismo 5 refere-se à temperatura mínima de -50ºC para o ensaio; - FXXX6 - EXXX - O algarismo 6 refere-se à temperatura mínima de -60ºC para o ensaio. Dígito 6 - A letra E designa um eletrodo, e as letras EC indicam eletrodo composto

(similar ao arame tubular). A omissão da letra “C” indica que o consumível em questão é um arame sólido.

Dígito 7 - As letras L, M e H, que podem aparecer neste campo, referem-se a:

L (low) - Eletrodo com baixo teor de manganês (faixa: 0,25% - 0,60%); M (medium) - Eletrodo com médio teor de manganês (faixa: 0,80% - 1,40%); H (high) - Eletrodo com alto teor de manganês (faixa: 1,30% - 2,20%).

Dígito 8 - Este dígito, representado por 1 ou 2 algarismos, refere-se ao teor de

carbono do eletrodo conforme Tabela 4.20;

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Dígito 9 - A letra K indica que o eletrodo foi fabricado com aço acalmado ao silício. 5.7.3 - Eletrodos A especificação prevê 12 tipos de eletrodos agrupados em 3 classes como mostrado na Tabela 4.20. Tabela 4.20 - Composição química dos eletrodos para soldagem a arco submerso de classificação AWS A 5.17-97.

COMPOSIÇÃO QUÍMICA - PERCENTUAL EM PESO (a) (b) CLASSIFICAÇÃO AWS Carbono Manganês Silício Enxofre Fósforo Cobre (c)

EL8 EL8K EL12

0,10 0,10

0,04 a 0,14

0,25 a 0,60 0,25 a 0,60 0,25 a 0,60

0,07

0,10 a 0,25 0,10

0,030 0,030 0,030

0,030 0,030 0,030

0,35 0,35 0,35

EM11K EM12 EM12K EM13K EM14K (d) EM15K

0,07 a 0,15 0,06 a 0,15 0,05 a 0,15 0,06 a 0,16 0,06 a 0,19 0,10 a 0,20

1,00 a 1,50 0,80 a 1,25 0,80 a 1,25 0,90 a 1,40 0,90 a 1,40 0,80 a 1,25

0,65 a 0,85

0,10 0,10 a 0,35 0,35 a 0,75 0,35 a 0,75 0,10 a 0,35

0,030 0,030 0,030 0,030 0,025 0,030

0,025 0,030 0,030 0,030 0,025 0,030

0,35

0,35 0,35 0,35 0,35 0,35

EH11K EH12K EH14

0,06 a 0,15 0,06 a 0,15 0,10 a 0,20

1,40 a 1,85 1,50 a 2,00 1,70 a 2,20

0,80 a 1,15 0,25 a 0,65

0,10

0,030 0,025 0,030

0,030 0,025 0,030

0,35 0,35 0,35

EC1 (e) 0,15 1,80 0,90 0,035 0,035 0,35

NOTAS: a) Os valores individuais expressam as percentagens máximas; b) Devem ser feitas análises para se determinar o teor dos elementos, cujos valores estão

especificados na tabela. Se no decorrer da análise for detectada a presença de outros elementos, estes devem ser registrados, não sendo permitido que o somatório de seus teores seja superior a 0,50%;

c) O limite para o Cobre inclui qualquer tipo de revestimento de cobre que pode ser aplicado

ao eletrodo; d) Titânio: faixa - 0,03 a 0,17%Ti; e) Eletrodo composto trata-se de arames tubulares para aplicação em soldagem a arco

submerso.

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5.7.4 - Fluxos

Os fluxos são compostos do tipo granular, mineral fusível de várias proporções e quantidades, podendo ser fabricado por diferentes métodos existentes. Os seguintes compostos normalmente são encontrados na composição química dos fluxos: aluminato-rutilo, aluminato-básico, ou fluoreto básico. São homogeneizados e granulometricamente controlados. As misturas variam segundo formulação de cada fabricante. Alguns fluxos podem conter ingredientes metálicos para desoxidar a poça de fusão. Mudanças na tensão do arco durante a soldagem iram alterar a quantidade de fluxo consumido; quanto maior a tensão, maior o consumo de fluxo. Isto significa que alterações na tensão do arco iram modificar a composição química do metal de solda. As funções básicas dos fluxos são: proteger a poça de fusão do contato com os gases integrantes do ar atmosférico pela geração de gases; proteger o metal de solda recém solidificado pela escória fundida; purificar a poça de fusão; modificar a composição química do metal depositado e influenciar no acabamento do cordão de solda, como também suas propriedades mecânicas. De acordo com o processo de fabricação, os fluxos podem ser dos seguintes tipos:

- Fundido (fused flux): é formado por óxidos de Mn, Al, Si, Zr. Para a obtenção deste tipo de fluxo, toda a mistura é aquecida a altas temperaturas, quando é resfriada para produzir um material vítreo metálico. Quando resfriado, o material é então moído até que se atinja a partículas com uma granulometria previamente determinada.

- Aglomerado (agglomerated flux): é composto por diferentes minerais como óxidos de

Si, de Mn, de Zr, de Al, por elementos desoxidantes encontrados nas ligas Fe-Mn e Fe-Si, como também de silicatos de potássio ou de sódio, com a função de agentes aglutinantes. Para a obtenção deste tipo de fluxo, todo o material é reduzido a um tamanho adequado e é misturado a seco. Após esta ação, um aglutinante cerâmico é introduzido na mistura e, logo em seguida, uma quantidade de água também é adicionada ao material. Este é aquecido a temperaturas inferiores àquelas estabelecidas para a fabricação de fluxos fundidos, até que pelotas (pellets) sejam produzidas.

- Misturado mecanicamente (mechanically mixed flux): é composto por uma mistura

mecânica de dois ou mais tipos dentre aqueles apresentados anteriormente. A desvantagem deste tipo de fluxo é que não se consegue garantir uma perfeita homogeneização entre os diferentes materiais presentes na mistura, o que pode gerar metais de solda, de uma mesma junta, com diferentes composições químicas.

Desses, os mais utilizados são os fluxos aglomerados e, os menos empregados, os misturados. Os fluxos também podem ser do tipo:

- Neutro: fluxo que não produz qualquer alteração significante na composição química do metal de solda, mesmo que haja alterações nos valores da tensão e do comprimento do arco elétrico;

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- Ativo: fluxo que contém pequenas quantidades de manganês e silício (de forma isolada ou juntos). Como o Mn e o Si são elementos do tipo “desoxidantes”, eles são adicionados ao fluxo objetivando aumentar a resistência do metal de solda à produção de poros, como também na geração de trincas na solda.

- Ligado: fluxo que pode ser usado na soldagem de aço carbono cujo objetivo é

introduzir elementos de liga no metal de solda. Como já foi visto, há uma flexibilidade no critério de classificação dos fluxos, pois essa classificação depende de condições específicas de testes, resultante da avaliação do desempenho do fluxo em combinação com um determinado tipo de arame. Alguns dos fatores de avaliação de desempenho são:

- Controle da composição química do metal depositado; - Controle da tenacidade ao entalhe do metal depositado; - Capacidade de conduzir altas correntes e com isto soldar juntas de grande

espessura em apenas um passe; - Capacidade de soldar pequenas espessuras em altas velocidades.

5.8 – Algumas Definições Importantes sobre qualific ação de soldagem 5.8.1 – P Number (N° P) O código ASME agrupa os metais de base, baseado nas propriedades mecânicas, composição química e soldabilidade do material. 5.8.2 – F Number (F N°) O código ASME agrupa os consumíveis de soldagem, baseado nas propriedades mecânicas, composição química e usabilidade. 5.8.3 - Especificação de Procedimento de Soldagem A Especificação de Procedimento de Soldagem (EPS) é um documento preparado para fornecer aos soldadores e operadores de soldagem as diretrizes para a produção de soldas. Tabela 4.21. 5.8.4 - Registro da Qualificação de Procedimento de Soldagem A qualificação do procedimento de soldagem é feita observando todos os parâmetros e condições estabelecidas na EPS, seguida de ensaios e exame da chapa ou tubo de teste. 5.8.5 - Instruções de Execução e Inspeção da Soldag em Este documento técnico é elaborado para cada um dos equipamentos. Deve conter, para cada junta a ser soldada, os parâmetros principais dos procedimentos de soldagem qualificados e a indicação dos exames e ensaios exigidos. Por suas características, é um instrumento de uso diário do Inspetor, para o controle da execução e inspeção da soldagem. 5.8.6 - ASME Section IX - Welding and Brazing Quali fications É uma norma aplicada à equipamentos como caldeiras, tubulações, vasos de pressão, componentes nucleares. Todas as seções da norma "ASME Boiler and Pressure Vessels" referenciam a "Section IX" para as qualificações.

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Tabela 4.21 - ESPECIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM ( COM BASE NA NORMA ASME SEÇÃO IX) EMPRESA: Welding Montagens e Construções Aprovado por: S. da Silva Especificação de Procedimento de Soldagem : Nº001/98 Data 18/02/98 RQPS Nº 001/98 Processo(s) de Soldagem : Eletrodo Revestido Tipo : Manual

JUNTAS(QW- 402) DETALHE DA JUNTA Projeto da Junta: Todas Backing : � Sim X Não Material do Backing: � Metal � Metal não fusível � Não metálico � Outros ______________ - Croquis, desenhos de produção, símbolos de solda ou descrição escrita devem mostrar o arranjo geral das partes a serem soldadas. Onde for aplicável. a abertura da raiz e os detalhes do chanfro podem ser especificados. (Como opção do fabricante, os croquis podem ser anexados para ilustra os projetos de juntas, camadas de solda e seqüência de cordões, por exemplo, para procedimentos de tenacidade ao impacto, para procedimentos de processos múltiplos, etc.)

DETALHE

METAIS DE BASE(QW- 403) P-Nº 1 Group Nº 1 com P-Nº 1 Group Nº 1 OU Tipo de Especif. e Grau ____ com Tipo de Especif. e Grau________ OU Anál. Quím. e Prop. Mec._____ com Anál. Quím. e Prop. Mec._____ Espessura Qualificada: Metal de Base: Chanfro: 4,8 a 25,4 mm Filete: Todas Diâmetro Qualificado: Chanfro: Todos Filete: Todos

POSIÇÕES(QW 405) Posição(s) do Chanfro: Todas Progressão de Soldagem: Ascendente Posição(s) do Filete: Todas PRÉAQUECIMENTO(QW-406) Temperatura de Preaquecimento(Mín.): 100ºC Temperatura de Interpasse(Máx.): 250ºC Manutenção do Preaquecimento: 100 a 250ºC (Aquecimento contínuo ou especial deve ser registrado)

METAIS DE ADIÇÃO(QW-404) Especificação (SFA) 5.1 FNº 4 ANº 1 Dimensão(mm): 2,5 e 3,25 Espessura Qualificada: Metal de Solda: Chanfro: Máx. 25,4 mm Filete: Todas Combinação Eletrodo-Fluxo(Classificação): N/A Marca Comercial do Fluxo: N/A Inserte Consumível: N/A Outro:

TRATAMENTO TÉRMICO APÓS SOLDAGEM (QW-407) Temperatura de Patamar : 620º ± 20ºC Tempo de Patamar: 1:00 h/Pol, mínimo 15 minutos. Velocidade de Aquecimento(ºc/h): Máx. 200 Velocidade de Resfriamento (ºc/h): Máx. 250 Temperatura de tratamento Inicial(ºC): 300 Final(ºC): 300

GAS(QW-408) Percentual de Composição Gás(es) Mistura(s) Fluxo(L/min) Proteção N/A N/A N/A Adicional N/A N/A N/A Purga N/A N/A N/A

CARACTERISTICAS ELÉTRICAS (QW-409) Corrente: AC ou DC: DC Polaridade: Positiva Intens. de Corrente(faixa): 80 a 130 Tensão(faixa): 22 a 28

TECNICA (QW-410) Cordão Retilíneo ou Oscilante: Retilíneo e Oscilante Orifício ou dimensão do bico de cerâmica : N/A Limpeza inicial e interpasse (escovamento, esmerilhamento, etc.): Esmerilhamento e/ou Escovamento Método de Goivagem: N/A Oscilação: 3 X Ø Distância entre o Tubo de Contato e a Peça(mm): N/A Passe único ou Multipasse: Multipasse Eletrodos Simples ou Múltiplos: Simples Velocidade de Soldagem: 15 a 25 cm/min

(Intensidade de Corrente e Tensão deve ser registrado por cada dimensão de eletrodo, posição, espessura, etc. Esta informação deve ser listada numa forma tabular similar ao mostrado abaixo) Dimensão e Tipo de eletrodo de Tungstênio: N/A (Tungstênio puro, 2% toriado, etc.) Modo de Transferência Metálica para GMAW: N/A (Spray, Curto-Circuito, etc.) Faixa de Velocidade de Alimentação do Arame(cm/min): N/A

Metal de Adição Corrente Amper. Tensão Veloc. de Outros Passe Camada Processo Especific

. Classific Ø(mm) Polarid (I) (V) Sold. (cm/min)

Raiz 1 ER 5.1 E7018 2,5 CC+ 80 a 110

22 a 28 15 a 25

Enchim. 2 a 5 ER 5.1 E7018 3,25 CC+ 90 a 130

22 a 28 15 a 25

Acabam. 6 ER 5.1 E7018 3,25 CC+ 90 a 130

22 a 28 15 a 25

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6 - PRINCÍPIOS DE METALURGIA GERAL 6.1 - SISTEMAS CRISTALINOS Os metais no estado sólido apresentam estrutura cristalina, formada a partir da reprodução de uma disposição típica de átomos (célula unitária). Na temperatura ambiente os átomos ocupam as suas posições determinadas pela célula unitária e se mantém vibrando em torno destas posições de equilíbrio. Com o aumento da temperatura as vibrações aumentam até que ocorre a quebra das ligações metálicas. São dois os arranjos atômicos de ordenação dos metais: 6.1.1 - Sistema cristalino cúbico de corpo centrado (CCC) O sistema Cristalino Cúbico de Corpo Centrado está representado na figura 6.1.

Figura 6.1 - Célula Unitária do Sistema Cristalino Cúbico do Corpo Centrado (CCC) O cubo tem oito átomos dispostos nos vértices e um no centro. Exemplos de Metais CCC: ferro à temperatura ambiente, o titânio a alta temperatura e o cromo em qualquer temperatura. 6.1.2 - Sistema cristalino cúbico de face centrada (CFC) O Sistema Cristalino Cúbico de Face Centrada está representado na figura 6.2.

Figura 6.2 - Célula Unitária do Sistema Cristalino Cúbico de Face Centrada (CFC)

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O cubo tem oito átomos dispostos nos vértices e seis átomos dispostos no centro das faces. Exemplo de metais CFC: níquel, alumínio e cobre. Uma vez que as deformações plásticas ocorrem nos planos com maior densidade atômica, os metais do sistema cristalino CFC possuem maior tenacidade que os metais do sistema CCC. 6.2 - LIGAS METÁLICAS A estrutura cristalina, rede, de um metal puro é, teoricamente, uniforme em todas as direções. À medida que existam impurezas num metal puro, a estrutura cristalina passa a formar uma solução sólida, que poderá ser: Substitucional: formada por átomos de natureza diferente porém com dimensões semelhantes aos átomos do metal puro. Estes vão deslocar os átomos de metal puro de seus lugares originais substituindo-os (ver figuras 6.3a e 6.3 b). Intersticial: Formada por átomos de natureza e dimensões diferentes do metal puro. Por exemplo: átomos de carbono, oxigênio e hidrogênio ocupam posições intersticiais aos átomos da rede de ferro.

(a) (b)

Figura 6.3 - Soluções Sólidas: (a) Substitucional e (b) intersticial

As distorções geradas pela introdução de átomos de diferente natureza dificultam o deslocamento dos átomos tornando o metal mais resistente. Este mecanismo, explica o aumento de resistência dos aços pela adição de elementos de liga. 6.3 - DIFUSÃO Aumentando-se a temperatura de um metal ou liga metálica no estado sólido, ocorrerá uma maior vibração dos átomos em torno da sua posição de equilíbrio. Cada átomo, ao vibrar, pode se deslocar de sua posição inicial trocando inclusive a posição com outro átomo. A movimentação atômica no estado sólido é um fenômeno denominado difusão, sendo esta tanto maior quanto maior a temperatura.

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6.4 - NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS A estrutura cristalina dos metais presente no estado sólido deixa de existir no estado líquido. Quando um metal no estado líquido sofre resfriamento lento e contínuo, os átomos do mesmo, que neste estado não estão ordenados, começam abaixo da temperatura de solidificação, a novamente se ordenarem a partir de núcleos. Com o rebaixamento da temperatura, os núcleos formados crescem surgindo também novos núcleos. As partículas sólidas originadas nos núcleos são denominadas grãos. (ver figura 6.4).

Figura 6.4 - Nucleação e crescimento de grãos Os grãos, os quais possuem a mesma estrutura cristalina e espaçamento atômico, crescem com orientações diferentes de forma independente. A interseção entre as diferentes orientações gera os contornos dos grãos, os quais são regiões onde a ordenação atômica é repentinamente modificada. O tamanho do grão influencia a resistência dos materiais. Materiais com granulação fina são mais resistentes na temperatura ambiente, enquanto que em altas temperaturas resistem mais os materiais com granulação grosseira. Por esse motivo, as estruturas dos metais e ligas são freqüentemente classificadas de acordo com o tamanho do grão. O arranjo e o tamanho dos grãos e as fases presentes em uma liga constituem o que se chama de microestrutura que é responsável pelas propriedades físicas e mecânicas da liga. A microestrutura é afetada pela composição química e pelo ciclo térmico imposto à liga. 6.5 - DIAGRAMA DE FASE FERRO - Fe 3C Na Figura 6.5 é apresentado o diagrama de fases Ferro - Fe3C. O ferro puro solidifica-se a 1535º C em um sistema cristalino CCC, chamado de ferro delta. A 1390º C o sistema CCC transforma-se em CFC sendo conhecido como ferro gama. A estrutura CFC permanece até a temperatura de 910º C quando volta a ser CCC, sendo então denominada de ferro alfa. Chama-se de aço, fundamentalmente, uma liga de ferro-carbono com menos que 2% de C. Nos aços, a solução sólida de carbono em ferro delta chama-se de ferrita delta, a solução sólida de carbono em ferro gama chama-se de austenita e a solução sólida de carbono em ferro alfa chama-se ferrita alfa ou simplesmente, ferrita. A presença de carbono, assim como de outros elementos de liga, altera as temperaturas de mudança de fase, que são modificadas a cada composição química.

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Os diagramas de fase utilizados em Metalurgia apresentam as fases em equilíbrio a uma dada temperatura e à pressão atmosférica normal. O equilíbrio quase sempre é o estável, isto é, a fase apresentada é a mais estável. O diagrama Fe-Fe3C será estudado entre 0%C a 6,7%C. A composição de 6,7%C corresponde ao composto Fe3C chamado de cementita. Deve-se observar que a cementita não representa a fase mais estável. A fase mais estável seria a grafita. Como, porém, a decomposição da cementita em grafita é muito lenta, o diagrama Fe-Fe3C é mais útil e preciso. Com relação às transformações no diagrama, vide as observações abaixo: 1) A austenita pode dissolver até 2% de carbono em solução sólida. Entretanto, a ferrita pode dissolver no máximo 0,025%C. Como abaixo de A1, toda a austenita se transforma, o carbono precipitado, isto é, que não ficou dissolvido na ferrita, se combina com o ferro formando um composto intermetálico denominado de cementita (Fe3C). 2) As transformações mostradas no diagrama Fe-Fe3C se processam quando a velocidade de resfriamento é muito baixa, isto é, as transformações se processam lentamente. Quando ocorre um resfriamento rápido de material com microestrutura austenítica pode-se obter uma fase super saturada em carbono chamada de martensita. A martensita é uma fase meta-estável formada durante o resfriamento rápido a partir da austenita. Chama-se de têmpera ao resfriamento rápido que permite a formação da martensita. A martensita cristaliza-se no sistema tetragonal de corpo centrado, possuindo uma microestrutura acicular. A martensita é muito frágil e apresenta dureza muito elevada.

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Figura 6.5 - Diagrama de equilíbrio Fe-Fe3C

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7 - PRINCÍPIOS DE METALURGIA DA SOLDAGEM 7.1 - ASPECTO TÉRMICO DA SOLDAGEM 7.1.1 - Energia de soldagem A energia de soldagem é a razão entre a quantidade de energia despendida na soldagem e a velocidade de avanço da poça de fusão. A velocidade de avanço exprime o comprimento de solda executado em cada passe na unidade de tempo. A energia de soldagem é uma característica do processo de soldagem empregado. Para soldagem a arco elétrico:

E fV I

v= × ×

7.1.2 - Ciclo térmico Para um dado ponto, por exemplo o ponto A (Figura 7.1), o calor da soldagem provocara um aquecimento seguido de um resfriamento, ambos ocorrendo em um determinado intervalo de tempo. A variação de temperatura em função do tempo, θ = f(t), num determinado ponto da junta soldada, é denominada ciclo térmico de soldagem no ponto considerado. TEMPERATURA (θ)

Figura 7.1 - Ciclo térmico no ponto A Da análise do gráfico, é possível obter:

θm - temperatura máxima atingida tp - tempo de permanência acima de uma certa temperatura, por exemplo: θc Vθ - velocidade de resfriamento à temperatura θ tr - tempo de resfriamento entre as temperaturas θ1 e θ2

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7.1.3 - Repartição térmica Considerando-se todos os pontos de uma reta perpendicular ao eixo central da solda no plano do material de base, é possível obter as temperaturas máximas atingidas nos mesmos em função da distância ao citado eixo. A função, θm = f(x) (figura 7.2), é a repartição térmica para a reta considerada.

Figura 7.2 - Repartição térmica

Analisando-se em conjunto o ciclo térmico e a repartição térmica de uma junta soldada, pode-se obter informações importantes quanto as transformações metalúrgicas ocorridas no estado sólido.

Fator Informação Ciclo térmico Transformações metalúrgicas (mudanças de

fases, formação de precipitados e etc.) Repartição térmica Extensão das zonas que sofreram

transformações Na figura 7.3 consta a variação da temperatura vs. Tempo nos pontos O, A e B da junta soldada. É importante observar que quanto mais afastado o ponto do eixo da solda:

- a temperatura máxima decresce; - aumenta o tempo necessário para atingir a temperatura máxima; - diminui o tempo de permanência acima de uma dada temperatura .

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Figura 7.3 - Ciclos térmicos em diversas distâncias da solda

8 - CONTROLE DE DEFORMAÇÃO 8.1 - CAUSAS DA DEFORMAÇÃO

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.

O cálculo da deformação promovida pela operação de soldagem torna-se difícil, tendo em vista a influência da temperatura nas propriedades físicas e mecânicas dos materiais (ver fig. 8.1)

Figura 8.1 - Variação das propriedades com a temperatura

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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 variações, por sua vez, afetam o escoamento e a uniformidade de distribuição de calor, tornando difícil o cálculo preciso da deformação.

Os principais fatores de influência na deformação são os seguintes: • Energia de Soldagem

Durante a soldagem o metal adjacente à solda é aquecido até quase o ponto de fusão. A temperatura do metal de base a pouca distância da solda é consideravelmente mais baixa. Esta grande diferença de temperatura causa expansões não uniformes seguidas de um movimento do metal base ou deformação no metal, se as partes a serem unidas estiverem com sua movimentação restringida. À medida que a poça de fusão avança, o metal base resfria e contrai, da mesma forma como ocorre com o metal de solda. Se o metal ao redor da poça restringe, isto é, dificultam ao metal de base aquecido de se contrair novamente, tensões residuais se desenvolvem. O volume de metal de base adjacente à solda que contribui para a deformação, pode ser controlado pela quantidade de energia de soldagem introduzida pela soldagem. Quanto menor a energia de soldagem, menor será a quantidade de metal de base adjacente à solda aquecida e consequentemente menor será a deformação. • Grau de Restrição Quanto maior o grau de restrição, maior o nível de tensões residuais, menor a possibilidade de deformação, porém muito maior a possibilidade de aparecimento de trincas. • Tensões residuais A energia de soldagem aplicada durante a soldagem tende a aliviar estas tensões e a deformação final é uma combinação daquela 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 e elas se somam. É extremamente difícil antecipar como secções conformadas reagem a energia de soldagem, uma vez que o arranjo das tensões residuais é desconhecido; um trecho de uma secção pode se comportar de maneira inteiramente diferente de um outro trecho da mesma secção. No caso de chapas e barras, entretanto, as tensões que o trabalho de conformação causa são conhecidas, e o comportamento do material pode ser previsto. Por exemplo, uma chapa que tenha sido conformada para um formato curvo tende ao endireitamento, quanto às tensões de conformação são aliviadas localmente pelo calor da soldagem, mas, no resfriamento, podem acabar produzindo um maior encurvamento. É, portanto difícil estimar precisamente em que extensão o movimento ocorre. • Propriedades dos Materiais Quanto à natureza dos metais, sabemos que metais diferentes expandem de quantidades diferentes quando aquecidos. Os coeficientes de dilatação do metal de base e do metal de solda têm 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 valor do coeficiente de dilatação maior será a tendência à deformação durante a soldagem. Por

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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. A tabela 8.1 lista estas propriedades que são importantes na análise das deformações em aço carbono, aço inoxidável, alumínio e cobre.

Tabela 8.1 - Propriedades de Metais Típicos *

METAL MÓDULO DE

ELASTICIDADE (106 psi)

LIMITE DE ESCOAMENTO

(103 psi)

COEF. DE DILATAÇÃO TÉRMICA

(micro pol./pol./0F)

CONDUTIVIDADE (cal/cm2/cm/0C/seg.)

Aço Carbono 30 38 7 0,12 Aço Inoxidável 29 45 10 0,04 Ligas de Alum. 10 20 12 0,50 Ligas de Cobre 15 10 9 0,90

* Os dados apresentados são aproximados, além de serem valores para temperatura próxima à ambiente e servem somente para comparações. Os dados reais para diferentes graus e ligas destes metais variam consideravelmente; por exemplo, pequenas quantidades de elementos de liga variam a condutividade térmica do alumínio e cobre. Pela tabela, podemos perceber que para as mesmas condições de soldagem o aço inoxidável vai se deformar mais que o aço carbono, pois apesar do módulo de elasticidade e da tensão de escoamento dos dois estarem na mesma faixa, a condutividade térmica do aço inoxidável é um terço da do aço carbono e o coeficiente de dilatação térmica é de 50% maior que o aço carbono, o que conduz o aço inoxidável a uma maior deformação. As formas nas quais a deformação pode aparecer são principalmente: - Contração transversal - Contração longitudinal - Deformação angular

- Empenamento (principalmente em materiais finos)

8.2 - Contração Transversal

Trata-se de uma redução de dimensão perpendicular ao eixo do cordão de solda. Quanto maior a seção transversal da zona fundida, maior a contração. 8.3 - Contração Longitudinal

A contração longitudinal - redução do comprimento do cordão de solda - depende da relação entre a seção transversal da zona fundida e a seção restante da peça.

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8.4 - Deformação angular

A disposição irregular da zona plastificada em relação à linha neutra da peça a principal razão da deformação angular. Para peças finas, a deformação angular pode ser calculada pela seguinte fórmula:

Figura 8.2 – Cálculo da deflexão devida à deformação angular

8.5 - Empenamento

O empenamento é o resultado da flambagem da peça, provocada pela contração longitudinal do cordão de solda.

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9 - PREVENÇÃO E CONTROLE DA DEFORMAÇÃO

9.1 - Evitar soldagem excessiva

Reduzir ao mínimo a quantidade de metal depositado numa junta, pois quanto maior a quantidade de metal depositado numa junta maior será à força de contração.

Figura 8.3 - Exemplo de soldagem excessiva

9.2 - 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

Figura 8.4 – Esquema de solda para chanfros em V e X.

9.3 - Usar soldas intermitentes

Figura 8.5 - Soldas intermitentes

9.4 - Posicionar e balancear as soldas próximas à l inha 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, logo há necessidade de compensar uma força de contração com uma força para efetivamente minimizar a deformação da soldagem.

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Figura 8.6 - Soldagem próxima à linha neutra

9.5 - Utilizar a pré-deformação Colocar as partes a serem soldadas fora de posição pode fazer com que a contração trabalhe de maneira construtiva. Diversos conjuntos, são pré-deformados desta maneira, como mostra a figura 8.7a. A quantidade requerida de pré-deformação para que a contração puxe as chapas no alinhamento pode ser determinada a partir de poucas soldas experimentais. O pré-encurvamento ou pré-tensionamento das peças a serem soldadas, figura 8.7b, é um exemplo simples do uso de forças mecânicas opostas para interagir com a deformação devida 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 seu comprimento. As duas ações se superpõem e as chapas soldadas assumem a forma plana desejada.

a) Peças pré-deformadas b) Pré-encurvamento

Figura 8.7 - Pré-deformação

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9.6 - Gabaritos e dispositivos auxiliares de fixaçã o e montagem

A solda do dispositivo auxiliar de fixação e montagem, o ponteamento e outras soldas provisórias são consideradas como definitivas para efeito de aplicação dos requisitos do procedimento de soldagem. Deve-se levar em conta que, na hora da soldagem do dispositivo auxiliar de montagem existe mais um componente para dissipação do calor, fato que, algumas vezes, pode alterar a temperatura de preaquecimento. Os dispositivos auxiliares de fixação e montagem não devem ser removidos por impacto e a área da solda provisória não deve apresentar mordedura, poro, trinca, redução de espessura ou remoção incompleta.

Figura 8.8 - Dispositivos de fixação e montagem

9.7 - Planejar a seqüência de soldagem

Uma seqüência de soldagem bem planejada envolve a deposição de material 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 conforme a figura 9.3.

Figura 8.9 – Planejamento da Seqüência de Soldagem

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9.8 - Martelamento (“peening”) e tratamento térmic o

O martelamento é uma maneira de se interagir com as forças de contração de um cordão de solda quando este está resfriado. Essencialmente, o martelamento deforma o cordão de solda, aliviando assim (por deformação plástica) as tensões induzidas pela contração no metal frio. Porém, este método deve ser usado com muito cuidado. Por exemplo, o passe de raiz nunca deve ser martelado, por causa do perigo de nele se produzir uma trinca, que pode ficar oculta. Geralmente, o martelamento não é permitido no passe final, por causa da possibilidade dele encobrir uma trinca pelo fechamento desta e assim interferir com a inspeção, e também devido ao efeito indesejável do encruamento.

Antes do martelamento ser empregado, deve-se obter um procedimento aprovado. 9.9 - Minimizar o tempo de soldagem

Uma vez que complexos ciclos de aquecimento e resfriamento se passam durante a soldagem, e como é necessário um tempo para a transmissão de calor, é natural que o tempo de soldagem afete a deformação. O processo de soldagem usado, o tipo e bitola dos eletrodos, a corrente de soldagem, a velocidade de deslocamento, tudo isso afeta desta forma o grau de contração e deformação dos conjuntos soldados, apesar do processo raramente ser escolhido tendo em vista as deformações. O uso de eletrodos com revestimento de pó de ferro e os processos automáticos reduzem o tempo de soldagem, provocando menos deformação. 9.10 - Planejar a seqüência de montagem dos equipam entos e estruturas.

Na determinação da seqüência de montagem de equipamentos e estruturas, todas as observações feitas anteriormente devem ser consideradas para minimizar as deformações ou obter com as deformações o efeito desejado.

Figura 8.10 – Disposição das chapas do fundo, sob o costado em um tanque de armazenamento

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10 - 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. 10.1 - 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 oxicorte 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 da goivagem ou oxicorte e da ressoldagem subseqüente seja suficiente para remover o embicamento. 10.2 - Uso de prensas e martelos

Partes de uma estrutura ou equipamento que estejam empenadas ou com sua forma mudada podem ser corrigidas 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. 10.3 - Uso do aquecimento localizado

O uso do aquecimento localizado através de um maçarico, é muito difundido para corrigir deformações. Quando um componente metálico é aquecido localizadamente, a região aquecida tenderá se expandir e a expansão será contida pelo metal mais frio da vizinhança. 11 - FUNDAMENTOS DO CONTROLE DA QUALIDADE EM SOLDAG EM

11.1 - DEFINIÇÃO O Controle da Qualidade em soldagem consiste na realização de certos ensaios, normalmente com emprego de equipamentos, que permitam verificar uma junta soldada atestando a sua sanidade. Muitos são os fatores que poderão contribuir para o aparecimento de descontinuidades em uniões soldadas. A correta identificação quanto ao tipo de descontinuidade, forma, extensão, grau de incidência é feita com auxílio dos Ensaios Não-Destrutivos (END) . A interpretação dos resultados dos END’s, permite enquadrar a(s) descontinuidade(s) com base nos critérios de aceitação da norma aplicável. Àquelas que se encontram fora dos limites estabelecidos são consideradas defeitos, o que reprova a união soldada ou, determina a necessidade de intervenções, reparos, para a sua aprovação. É importante que fiquem claros, no início desse nosso estudo, os conceitos de descontinuidade e defeito de peças. Esses termos são muito comuns na área de ensaios não destrutivos. Para entendê-los, vejamos um exemplo simples: um copo de vidro com

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pequenas bolhas de ar no interior de sua parede, formadas devido a imperfeições no processo de fabricação, pode ser utilizado sem prejuízo para o usuário. Essas imperfeições são classificadas como descontinuidades. Mas, caso essas mesmas bolhas aflorassem à superfície do copo, de modo a permitir a passagem do líquido do interior para a parte externa, elas seriam classificadas como defeitos, pois impediriam o uso do copo.

Figura 6.1 – Exemplo de descontinuidade e defeito

De modo geral, nos deparamos na indústria com inúmeras variáveis de processo que podem gerar imperfeições nos produtos. Essas imperfeições devem ser classificadas como descontinuidades ou defeitos. Os responsáveis por essa atividade são os projetistas profissionais, que por meio de cálculos de engenharia selecionam os componentes de um produto que impliquem segurança e apresentem o desempenho esperado pelo cliente. Uma junta soldada, mesmo livre de descontinuidades verificadas por ensaios END’s, poderá ser considerada reprovada, nos casos em que a mesma não atenda a requisitos impostos pelo projeto quanto a sua resistência mecânica em serviço. Para evitar que juntas soldadas consideradas sem defeitos, mas que apresentem resultados de ensaios mecânicos abaixo do esperado, sejam indevidamente aprovadas, faz-se, antes da aplicação na obra, a Especificação do Procedimento de Soldagem (EPS) e o Registro da Qualificação do Procedimento de Soldagem (RQPS), obtendo-se assim um Procedimento de Soldagem qualificado. O Registro da Qualificação do Procedimento de Soldagem (RQPS) é o documento que sintetiza os ensaios mecânicos realizados em corpos de prova os quais, são extraídos de chapa ou tubo de teste do material cujo procedimento se pretenda qualificar. No RQPS constam também todos os parâmetros de soldagem que foram empregados. Os tipos de ensaios, incluindo os não-destrutivos e os destrutivos constam na norma aplicável assim como, os padrões de aceitação das descontinuidades-ensaios não-destrutivos (por exemplo: visual, ensaios radiografia/gamagrafia, líquido penetrante, ultra som, partículas magnéticas, e etc.) e também, os valores mínimos a serem atingidos nos ensaios destrutivos (por exemplo: tração, dobramento, impacto e etc). Exemplos de Normas: AWS D 1.1, ASME IX, DNV, ABS e etc.

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11.2 - ENSAIOS NÃO-DESTRUTIVOS

A seguir serão apresentadas algumas informações básicas sobre esses ensaios: Ensaio Visual : é um ensaio considerado básico, pois precede todos os outros ensaios não-destrutivos. O mesmo pode ser feito a olho nu ou com auxílio de lupa ou, com aparelhos/ instrumentos para visão remota (endoscópios). A inspeção visual foi provavelmente o primeiro ensaio não destrutivo usado pelo homem, mas continua sendo o mais usado, por ser o mais barato, e geralmente precede qualquer outro ensaio. A sua principal vantagem é fornecer dados quantitativos (além das informações qualitativas) mais facilmente que os outros END’s. Alguns testes são baseados nas leis da ótica geométrica e outros fazem uso das propriedades ondulatórias da luz. Este ensaio tem sido usado principalmente para a inspeção de: • Superfícies expostas ou acessíveis de materiais opacos e equipamentos parciais ou

totalmente montados e objetos acabados e; • Interior de objetos transparentes ou translúcidos, como o vidro, quartzo, alguns plásticos,

além de líquidos e gases para determinação do tamanho, forma cor, acabamento, refletividade, presença de descontinuidades superficiais grosseiras e funcionalidade, usando a visão a olho nu ou com o auxílio de instrumentos simples como lupas e gabaritos ou sofisticados aparelhos como interferômetros e microscópios.

Assim, a inspeção visual exige definição clara e precisa de critérios de aceitação e rejeição do produto que está sendo inspecionado. Requer ainda inspetores treinados e especializados, para cada tipo ou família de produtos. Um inspetor visual de chapas laminadas não poderá inspecionar peças fundidas e vice-versa, sem prévio treinamento. A inspeção visual tem sido usada principalmente na inspeção de superfícies expostas ou acessíveis de materiais metálicos e não metálicos e o interior de objetos transparentes ou translúcidos, para determinação do tamanho e dimensões, formato, cor, grau de acabamento e de ajuste, refletividade, brilho e transparência, presença de descontinuidades superficiais relativamente grosseiras em materiais opacos, ou internos em materiais translúcidos e funcionalidade de equipamentos parcial ou totalmente montados e ainda de peças acabadas.

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A inspeção visual pode ser aplicada para verificação de:

• Juntas preparadas para solda; • Juntas soldadas; • Fundidos; • Forjados; • Laminados; • Acabamentos de peças; • Revestimentos (superfícies pintadas); • Evidências de vazamentos; • Alinhamento. As principais vantagens do ensaio visual são:

→ Baixo custo; → Ajuda na detecção e eliminação de possíveis descontinuidades antes de se

iniciar ou completar a soldagem de uma junta; → Fornece indicações, descontinuidades maiores, que devem ser inspecionadas

por outros ensaios END; → Contribui para a redução do custo final da obra.

As desvantagens do ensaio visual são:

→ Limitado a detecção de defeitos superficiais; → Requer boa experiência do inspetor.

Ensaio por Líquido Penetrante : é um ensaio simples, rápido e de fácil execução, sendo utilizado na detecção de descontinuidades abertas para a superfície de materiais sólidos não porosos. Após a aplicação do líquido penetrante, o qual apresenta grande poder de penetração e alta ação capilar, seguem-se etapas intermediárias aplicando-se o revelador para o aparecimento e revelação da descontinuidade.

As principais vantagens são: → Tem ótima sensibilidade de detecção mesmo em pequenas descontinuidades; → Aplica-se tanto a superfícies planas quanto curvas; → É aplicável a materiais magnéticos e não magnéticos; → Custo relativamente barato.

Desvantagens:

→ Detecta somente as descontinuidades abertas para a superfície que não estejam obstruídas;

→ Não proporciona registro permanente dos resultados encontrados; → Necessita de cuidados para remoção completa dos resíduos do ensaio para

não contamina-la. As etapas do ensaio são descritas na figura 6.2.

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(a) (b) (c) (d)

Figura 6.2 – (a) Preparação e limpeza da superfície, (b) Aplicação do penetrante, (c) Remoção do excesso de penetrante, (d) Aplicação do revelador e observação da indicação. Ensaio de Partículas Magnéticas : detecta/localiza descontinuidades superficiais e subsuperficiais em peças de material ferro-magnético, tais como: as ligas de ferro e níquel. O ensaio consiste na aplicação de uma corrente de magnetização, ou de um campo magnético á peça inspecionada, com o objetivo de criar um campo magnético nesta. A presença das citadas descontinuidades produzirá campos de fuga, causando uma polarização localizada, que é detectada pelas partículas ferromagnéticas que são aplicadas sobre a peça.

O campo de fuga é o desvio das linhas de força dá origem a novos pólos, provocando a dispersão das linhas de fluxo magnético que dão origem ao “Campo de Fuga”. A figura 6.3 demonstra como as linhas de força são perturbadas pela presença de uma descontinuidade dando origem ao campo de fuga.

Figura 6.3 – Campo de fuga No ensaio por partículas magnéticas, ao aplicarmos um pó ferromagnético, constituído de partículas finamente divididas, as quais denominadas de pó magnético, no local onde surgir um campo de fuga, devido à formação de um dipolo magnético, provocará o agrupamento das partículas, ou seja, as partículas se acumulam em todo contorno de um campo de fuga. Desta forma, poderíamos dizer que o ensaio por partículas magnéticas é um “detector” de campos de fuga, que são “evidenciados” pela presença de acúmulos de partículas.

Verifica-se na prática que, para ocorrer um campo de fuga adequado na região das descontinuidades, a intensidade de campo, deve atingir valores adequados e as linhas de força devem estar na posição mais perpendicular possível ao plano da descontinuidade, caso contrário não será possível o acúmulo das partículas de forma nítida.

Verifica-se também que é necessário que haja, na região inspecionada, intensidade de campo suficiente e que as linhas de força do campo magnético estejam o mais perpendicular possível em relação ao plano formado pelo contorno da descontinuidade para que ocorra a detecção, caso contrário, isso não será possível.

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As principais vantagens são: → Detecta descontinuidades subsuperficiais; → Mais barato que o ensaio por líquido penetrante; → Fornece resultados imediatamente.

Desvantagens:

→ Aplica-se somente a materiais ferro-magnético; → A inspeção de áreas com materiais de características magnéticas muito

diferentes dificulta bastante a inspeção; → A geometria das peças pode tornar não viável a realização do ensaio; → Não permite o registro permanente dos resultados.

Ensaio por Ultra-Som : utiliza a transmissão do som, que é uma forma de energia mecânica em formas de ondas, a uma freqüência acima da faixa audível. Os pulsos, na forma de ondas de alta freqüência caminham através do material e refletem quando encontram uma descontinuidade ou uma superfície do material. A energia mecânica (som) é recebida de volta pelo cristal que transforma o sinal mecânico em sinal elétrico, que é visto na tela do aparelho.

As principais vantagens são: → É executado em materiais metálicos e não-metálicos; → Localiza e dimensiona com precisão as descontinuidades; → Pode ser executado em juntas de geometria complexas ; → Não são necessários requisitos rígidos de segurança como no ensaio de R-X.

As desvantagens são:

→ Requer superfícies com rugosidade superficial que permita um perfeito acoplamento do cabeçote à peça assim como forma que permita esse acoplamento;

→ Não aplicável em algumas situações de granulação grosseira (por ex.: ligas de níquel, aços inoxidáveis) que poderão gerar dispersão no som;

→ Reforço da raiz, cobre-juntas e outras condições aceitáveis podem provocar falsas indicações;

→ Peças pequenas e de pouca espessura são difíceis de inspecionar; → O equipamento é caro; → Dependendo da orientação e conforme o tipo de descontinuidade, poderão

existir dificuldades na detecção e interpretação. Requer inspetor experiente com a técnica.

A inspeção de materiais por ultra-som pode ser efetuada através de dois métodos ou técnicas como segue. Técnica de Impulso-Eco ou Pulso-Eco: É a técnica onde somente um transdutor é responsável por emitir e receber as ondas ultra-sônicas que se propagam no material. Portanto, o transdutor é acoplado em somente um lado do material, podendo ser verificada a profundidade da descontinuidade, suas dimensões, e localização na peça, conforme mostra a figura 6.4a.

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Técnica de Transparência: É uma técnica onde é utilizado dois transdutores separados, um transmitindo e outro recebendo as ondas ultra-sônicas. Neste caso é necessário acoplar os transdutores nos dois lados da peça, de forma que estes estejam perfeitamente alinhados. Este tipo de inspeção, não se pode determinar a posição da descontinuidade, sua extensão, ou localização na peça, é somente um ensaio do tipo passa não passa, conforme mostra a figura 6.4b.

(a) (b)

Figura 6.4 – (a) Figura correspondente a técnica do Pulso-Eco, (b) Figura correspondente a técnica de transparência

Preparação das Superfícies de Varredura para juntas soldadas: A inspeção da solda se processará através da superfície do metal base adjacente à solda, numa área que se estenderá paralelamente ao cordão de solda, que denominamos área ou superfície de varredura. O resultado do ensaio por ultra-som é dependente da preparação das superfícies, assim devemos remover carepas, tintas, óxidos, pó, graxa e tudo que possa mascarar, ou impedir a penetração do feixe sônico na peça a ensaiar. A figura 6.5 mostra um exemplo da varredura por ultra-som em uma junta soldada de topo.

Figura 6.5 - Técnica geral para inspeção de soldas de topo por ultra-som

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Ensaio por Radiografia e Gamagrafia: utiliza os raios X para mostrar a presença de certas características e descontinuidades internas no material. O método se baseia na capacidade que estes raios possuem de penetrar em sólidos. Parte da radiação atravessa o material e parte é absorvida. A quantidade de radiação absorvida depende da espessura do material. Onde existe um vazio ou descontinuidade, há menos material para absorver a radiação e a mesma irá impressionar um filme revelando contornos/áreas escuras (radiografia).

A radiografia industrial é então usada para detectar variação de uma região de um determinado material que apresenta uma diferença em espessura ou densidade comparada com uma região vizinha, em outras palavras, a radiografia é um método capaz de detectar com boa sensibilidade defeitos volumétricos. Isto quer dizer que a capacidade do processo de detectar defeitos com pequenas espessuras em planos perpendiculares ao feixe, como trinca dependerá da técnica de ensaio realizado. Defeitos volumétricos como vazios e inclusões que apresentam uma espessura variável em todas as direções, serão facilmente detectados desde que não sejam muito pequenos em relação à espessura da peça, conforme figura 6.6.

Figura 6.6 - Técnica Geral de Ensaio Radiográfico na indústria

Equipamentos de Raios X: Os Raios X são produzidos em ampolas especiais. Os tamanhos das ampolas ou tubos são em função da tensão máxima de operação do aparelho. Do ponto de vista da radiografia, uma atenção especial deve ser dada ao alvo, contido no ânodo. Sua superfície é atingida pelo fluxo eletrônico, proveniente do filamento, e denomina-se foco térmico (figura 6.7). É importante que esta superfície seja suficiente grande para evitar um superaquecimento local, que poderia deteriorar o ânodo, e permitir uma rápida transmissão do calor.

Figura 6.7 - Técnica Geral de Ensaio Radiográfico na indústria

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As principais vantagens são: → Registro permanente dos resultados; → Detecta facilmente defeitos volumétricos (poros, inclusões, falta e excesso de

penetração).

Desvantagens: → Descontinuidades planas (por ex.: trincas) somente são detectadas se o plano

delas estiver alinhado ao feixe de radiação; → É necessário acesso a ambas as superfícies; → A radiografia requer cuidados extremos quanto a normas de segurança; → O custo do equipamento e do material de consumo são muito elevados; → O ensaio é relativamente demorado

11.3 - ENSAIOS DESTRUTIVOS 11.3.1 - Tipos de Esforços Mecânicos

Figura 6.8 – Esforço de tração e Compressão

Figura 6.9 – Esforço de Torção

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Figura 6.10 – Esforço de Flexão

Figura 6.11 – Esforço de cisalhamento

Ensaio de Tração : tem por objetivo fornecer dados relativos a capacidade, de um corpo sólido, de suportar solicitações quando aplicado sobre o mesmo, um esforço que tende a alonga-lo sendo determinado o comportamento das propriedades de resistências tais como, o limite de escoamento, o limite de resistência e etc.

A verificação das propriedades de resistência é feita utilizando-se uma máquina específica, denominada de máquina de ensaios universais onde é fixada uma amostra, do material, denominada de corpo de prova (cp). A máquina de ensaios universais aplica esforços crescentes na direção uniaxial do corpo de prova, levando os mesmos até sua ruptura. Os esforços (cargas) são medidos na própria máquina.

O ensaio de tração é feito em corpos de prova, cujas dimensões devem estar de acordo com uma norma de projeto ou especificação, com a capacidade da máquina de ensaio. Na Figura 6.12 são mostrados corpos de prova de seção circular e retangular respectivamente.

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Figura 6.12 – Corpos de prova para ensaio de tração Quando um corpo de prova metálico é submetido a um ensaio de tração, pode-se construir um gráfico tensão-deformação, pelas medidas diretas da carga (tensão) e da deformação que crescem continuamente até quase o fim do ensaio. Na Figura 6.13 consta como exemplo um diagrama tensão-deformação.

Figura 6.13 – diagrama tensão-deformação O diagrama tensão-deformação permite levantar as propriedades mecânicas apresentadas pelo material ao ser ensaiado. As mais importantes são:

- tensão de escoamento; - limite de resistência; - alongamento; - estricção.

Ensaio de Dobramento : tem por objetivo fornecer uma indicação qualitativa da ductilidade do material. É um ensaio de realização bastante simples e de um modo geral, o mesmo consiste em dobrar um corpo de prova de eixo retilíneo e seção circular, tubular, retangular ou quadrada. O dobramento é feito por intermédio de um cutelo, que aplica um esforço de flexão no centro do corpo de prova, corpo esse, que se encontra assentado em dois apoios afastados a uma distância previamente especificada. O esforço é feito até que seja atingido um ângulo de dobramento especificado, conforme representado na figura 6.14.

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Figura 6.14 – (a) esquema do ensaio de dobramento; (b) corpo de prova dobrado a um ângulo α Nos corpos de prova soldados emprega-se o método de dobramento guiado conforme a figura 6.15. Figura 6.15 – Duas etapas de dobramento com diâmetro do cutelo igual a D, muito pequeno ou sem cutelo. A severidade do dobramento depende do diâmetro, D, do cutelo e, do ângulo do ensaio que geralmente é de 90 °, 120° ou 180°. Atingido o ângulo, faz-se um exame a olho nu da zona tracionada do corpo de prova, que não deve conter trincas ou descontinuidades acima de um determinado valor, sendo este observado e confrontado, com os requisitos da norma aplicável para qualificação de procedimento de soldagem ou de soldadores. Ensaio de Dureza : A dureza de um metal é a resistência que ele oferece á penetração de um corpo duro sendo este o conceito mais utilizado em metalurgia e mecânica. Para aços- carbono e aços-liga de médio teor de liga, a dureza é proporcional ao limite de resistência a tração. Em soldagem, a dureza é influenciada pela composição química do metal de base, pela composição química do metal de adição, pelos efeitos metalúrgicos do processo de soldagem, pelo grau de encruamento do metal de base e pelo tratamento térmico. Devido a essas possíveis influencias, algumas normas fixam os valores máximos de dureza para o metal de base, ZTA e zona fundida de certos aços, pois, se apresentassem dureza excessiva, sofreriam perda de ductilidade e portanto, comprometeria a sua aplicabilidade. Os principais métodos de ensaio são: Brinell, Rockwell e Vickers. Nas figuras 6.16 a 6.18, constam respectivamente os desenhos esquemáticos da dureza Brinell, Vickers e Rockwell.

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Figura 6.16 – Determinação da dureza Brinell

Figura 6.17 – Dureza Vickers

Figura 6.18 – Dureza Rockwell

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Ensaio de Impacto : o ensaio de impacto mede a energia absorvida na fratura de um corpo de prova. O corpo de prova, vide exemplo na figura 6.19, é padronizado, sendo o mesmo provido de um entalhe para localizar a sua ruptura. O entalhe gera um estado tri-axial de tensões, quando o cp é submetido a uma flexão por impacto, produzida por um martelo pendular. A energia que o corpo de prova absorve para se deformar e romper é medida pela diferença entre a altura atingida pelo martelo antes e após o impacto, multiplicada pelo peso do martelo.

Figura 6.19 – Corpo de prova Charpy tipo A – entalhe em “V” A resistência ao impacto é influenciada por fatores como: geometria do entalhe, presença de descontinuidade no material, composição química do metal de base e de adição, tratamento térmico, grau de encruamento, tamanho de grão, temperatura e etc. Na Figura 6.19 pode ser vista uma seqüência esquemática do ensaio de impacto. Nota: Nos metais do sistema cúbico de corpo centrado, como por exemplo os aços, a temperatura tem um efeito acentuado na resistência ao impacto. A medida em que a temperatura diminui, ocorre numa dada temperatura, uma mudança de comportamento de dúctil para frágil. Esta temperatura é definida como temperatura de transição. Abaixo da mesma o rompimento se manifesta com pequena absorção de energia sendo denominada de fratura frágil cujo aspecto é liso e cristalino.

Figura 6.20 – Desenho esquemático do ensaio de impacto

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introdução à tecnologia da soldagem - fbts

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