modenese bracarense 3a ed - pdf

7/21/2019 Modenese Bracarense 3a Ed - PDF

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(Universidade Federal de Minas Gerais Reitor: Cllio Campoiria [)iniz

{ 'he-Reltora: Roclcsane deCarvalho Norton

{Editora UFMG

( Diretor: Wandef Melo MirandaVce-Dlretor: Roberto Alexandte do Carmo Sald{

Conselho Editorial

(WlrlCler Melo Miranda (presidente)

Ravio de Lemos Carsalade

( Hdolsa Maria Hurgd StarfingfUrcio Gomes Soares

( Maria dasGraas San1a 8AJbafaMaria Helena Damasceno e Silva Megale

( Paulo Shglo l.amda BdrloRoberto Alexandre do Carmo Salcl

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Paulo Villani MarquesPaulo Jos ModenesiAlexandre Queiroz Bracarense

SOLDAGEMFUNDAMENTOS E TECNOLOGIA

3 edio atualizada1 reimpresso

BELO HORIZONTE I EDITORA UFMG 2011

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>Ol'denao Editorial DaniviaAssistncia Editorial ElianeSousa e Eudidia Macedotexto

SUMRIOEditorao de AnaMaria de Moraes

f Reviso e normalizao Maria do Carmo Leite RibeiroReviso de provas Alexandre Vasconcelos de Melo

{ Atualizao ortogrfica Karen M.Chequer eDaniel 10SilvaProjeto grfico Paulo Schmidt

( Formatao e capa Warren MarilacProduo grfica Warren MarHac

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( {l2005, Paulo Vi!lani Marques, Paulo Jos Modenesi, Alexandre Queiroz Bracarense 2005, Editora UFMG

( 2007, zaed. rev. e ampl.

2009, 3 ed.atual.( 2011, treimpr.

{ Estelivro ou parte dele nopodeser reproduzido sem autorizao esaita do Editor.

( M357s Marques. Paulo VilfaniSolcfagem: fundamentos e tecno!ogia IPauloWariMarques. Paoo

( Jos Modenesi,Alexandre Queiroz B


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}3. Choque eltrico 45 6. Caractersticas da zona termicamente afetada 98

14. Radiao do arco eltrico 46 7. Descontinuidades comuns em soldas 100

5. Incndios e exploses 48 8. Exerccios e prticas de laboratrio 112 l

6. Fumos e gases 48

7. Outros riscos 49 Captulo 7 )

8. Recomendaes finais 49 Tenses Residuais e Distores em Soldagem 9. Exerccios 50 )

1. Introduo 113

Captulo 4

O Arco Eltrico de Soldagem

1. Introduo

2. Caractersticas eltricas do arco

)2. Desenvolvimento de tenses residuais em soldas 115

3. Consequncias das tenses residuais 119 )

)

)

5. Exerccios e prticas de laboratrio 61 Au toma o d a Sold agem )

Captulo 51. Fundamentos 127

}

Fontes de Energia para Soldagem a Arco 2. Equipamentos 130 }

3. Programao de robs para a soldagem 133)

1. Introduo 63 4. Aplicaes industriais 134

)2. Requisitos bsicos das fontes 63 5. Exerccios 135

3. Fontes convencionais 64 )4. Fontes com controle eletrnico 72 Captulo 9 )

5. Concluso 79 Normas e Qualificao em Soldagem )6. Exerccios 80 )

1. Introduo 137

Captulo 6 }

2. Normas em soldagem 139

3. Registro e qualificao de procedimentos e de pessoal 141)Fundamentos da Metalurgia da Soldagem 4. Exerccios 145 }

J

3. Fluxo de calor 88 Determinao dos Custos de Soldagem .,4. Macroestrutura de soldas por fuso 925. Caracterfsticas da zona fundida 93

l

3. Caractersticas trmicas do arco 56

4. Caractersticas magnticas do arco 57 Ca

ptulo 8

4. Distores 121 )

51 5. Controle das tenses residuais e distoro 123 )52 6. Exerccios 125 )

1. Introduo 151 j

2. Custo da mo de obra 152 j

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1. Introduo 81

2. Metalurgia fsica dos aos 82 Capitulo 10

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( 9. Exemplo 157 Soldagem TIG

( 1O. Exerdcio 159 1. Fundamentos 205( PARTE 2 2. Equipamentos 206( 3. Consumveis 211

{ PROCESSOS DE SOLDAGEM E AFINS 4. Tcnica operatria 214{ 5. Aplicaes industriais 217

( Captulo 11 6. Exerccios e prticas de laboratrio 217

( Soldagem a Corta a Gs(

A - Soldagem a gsCaptulo 14

( Soldagem e Corte a Plasma1. Fundamentos 161

( 2. Equipamentos 162 A -Soldagem

f 4. Tcnca operatria1

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Captulo 15 4. Tcnica operatria 2835. Aplicaes industriais 287Soldagem MIG/MAG e com Arame Tubular

B- Soldagem eletrogs

A - Soldagem MIGJMAG 1. Fundamentos 288 }1. Fundamentos 233 2. Equipamentos 289}2. Equipamentos 244 3. Consumveis 289

3. Consumveis 248 4. Tcnica operatria 290

4. Tcnica operatria 252 5. Aplicaes industriais 290 }5. Aplicaes industriais 254 6. Exerccios 291 )

B - Soldagem com arames tubulares )

6. Exerccios e prticas de labora!rio 261

Captulo 16

4. Aplicaes industriais 304 )

5. Exerccios 306 )

Soldagem a Arco Submerso Captulo 19 )

)

)A - Soldagem a laser )

3. Consumveis 268

4. Tcnica operatria 272 1. Fundamentos 307 )5. Aplicaes industriais 275 2. Equipamentos 309 )

6. Exerccios e prticas de laboratrio 275 3. Tcnica operatria 310 )4. Aplicaes industriais 312

)Captulo 17 B - Soldagem com feixe de eltronsj

Soldagem por Eletroesc6ria e Eletrogs 1. Fundamentos 313 _)2.Equipamentos 313

A -Soldagem por eletroesc6ria j3. Tcnica operatria 3141. Fundamentos 277 4. Aplicaes industriais 315

j

2. Equipamentos 279 5. Exerccios 315 j3. Consumveis 281 )

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1. Fundamentos 255 Captulo 18 )

2. Equipamentos 256 Soldagem por Resistncia )3. Consumveis 257 }

1. Fundamentos 293. i i

2. Equipamentos 296 ). li i i i

3. Tcnica operatria 300 )

1. Fundamentos 263 Processos de Soldagem d e Alta Intensidade2. Equipamentos 265


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(Captulo 20

{ Outros Processos de Soldagem

f 1. Soldagem por frico convencional ( 2. Variaes recentes da soldagem por frico

t 3. Soldagem por exploso

{ 4. Soldagem por aluminotermia5. Soldagem a frio( 6. Soldagem por ultrassom (

7. Soldagem por laminao{ 8. Exercfcios

(

{ Captulo 21

( Brasagem(

1. Fundamentos:(

2. Equipamentos

( 3. Consumfveis

( 4. Tcnica operatria

( 5. Aplicaes industriais

( 6. Exerccios

(

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PREFCIO PRIMEIRA EDIO

Em uma era de constantes mudanas , quebras de paradigmas e crescente valorizao

do capital intelectual, a Universidade, atravs dos autores de Soldagem -fundamentos etecnologia, transcende o conceito de Academia -baluarte da cincia pura -disponibili- zando slidos e modernos conhecimentos na rea de soldagem. A to cobrada e mencionadaResponsabilidade Social est aqui perfeitamente demonstrada no pleno engajamento dosautores, pesquisadores renomados, difundindo ricos ensinamentos obtidos ao longo deanos de estudos e pesquisas.

Com este livro, busca-se uma forma mais abrangente de divulgao, acessrvel a toda

a sociedade, ao contrrio das apostilas, que possuem um pblico limitado e exclusivo.

A soldagem. tema caracterizado por alta complexidade, porm de importncia e aplicao

inquestionvel em todos os setores da indstria, aqui tornada fcil, de entendimentoimediato. e perfeitamente ajustada s autnticas necessidades dos leitores. A sequnciaapresentada permite o entendimento do tema de forma gradativa e constante. Inicia-sepelos conceitos fundamentais e terminologias; introduz informaes direcionadas sobre

fsica do arco eltrico e eletricidade; define os equipamentos e dispositivos de soldgem,os riscos e a forma segura de operao. A metalurgia da soldagemapresentada com umalinguagem clara e objetiva. permitindo a assimilao de sua dinmica. O livro conclui a vasta caminhada pelos conhecimentos no assunto com uma ampla abordagem dos processosde soldagem. Todo o contedo enriquecido com ilustraes de ntido carter explicativo. As questes apresentadas ao final de cada captulo permitem ao leitor avaliar o grau deentendimento e avanar alm do texto, incitando-o a expor suas ideias.

A adequao desta obra realidade perfeita. No momento em que o mercado exige,( BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR 3511

1(fNDICE ALFABTICO 353

SOBRE OS AUTORES 363

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de forma contundente, profissionais abertos ao aprendizado permanente, alertas paracaptar tendncias ou inventar tcnicas apropriadas para contornar riscos e aproveitaroportunidades. Soldagem - fundamentos e tecnologia torna-se um recurso inestimvelpara se atingir um nvel de excelncia. cumprindo o seu papel de difundir ideias comelevada eficcia.

Eng. Helder Aguiar Neves


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PREFACIO SEGUNDA E TERCEIRA EDIES

)

No momento em que nosso pas discute o Programa de Acelerao do Crescimento

(PAC). lanado pelo Governo Federal. e comea a trabalhar com a perspectiva de }resolver seus graves problemas sociais ancorado no crescimento da economia. mais

que oportuno o lanamento de uma nova edio de um livro que traz to importantes )

contribuies ao desenvolvimento cientfico e tecnolgico.

Soldagem um dos mais importantes processos de fabricao e est presente no dia-ia de todos ns. parte integrante dos currculos de cursos de Engenharia Mecnica,Nuclear e Metalrgica em praticamente todas as Escolas de Engenharia, alm de serdestacada rea dos cursos tcnicos em Mecnica e Metalurgia.

Os Doutores Paulo Villani Marques, Paulo Jos Modenesi e Alexandre Queiroz Bracarense. professores da Escola de Engenharia da UFMG e pesquisadores dereconhecida competncia. no Brasil e no exterior, tiveram a louvvel iniciativa de produzirum texto didtico genuinamente brasileiro para atender s necess idades de estudantese de profissionais que trabalham nas reas afins. :

Os conceitos so apresentados com clareza e de forma didtica, permitindo aosleitores um fcil entendimento dos conceitos e uma aprendizagem consistente dos maismodernos processos. Alm disso, so apresentados os equipamentos e consumveisutilizados atravs de desenhos de excelente qualidade.

O cuidado dos autores na abordagem ampla e precisa dos diversos aspectos ligadosa essa rea salta aos olhos. Alm dos aspectos tcnicos, o livro dedica especial ateno

aos princpios bsicos, histria, terminologia, segurana. s normas tcnicas e aoscustos ligados soldagem.

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APRESENTAO )

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Este texto surgiu do desejo e da necessidade de ampliar e atualizar uma obra anterior,

publicada em 1991. Muitos foram os avanos obtidos no campo da soldagem desde ento )e, particularmente no Brasil. muitas novidades surgiram com a aber tura do mercado, a )partir de 1994. A oportunidade foi criada quando a PROGRAD- Pr-Reitoria de Graduaoda UFMG lanou um edital para a seleo de projetos de produo de material didtico

}para a graduao, em meados de 2003. Contudo, como esta no seria uma tarefa fcil,pois soldagem um tema muito abrangente, convidei os colegas da UFMG Prof. Dr.

Paulo Jos Modenesi e Prof. Dr. Alexandre Quei roz Bracarense para dividirem comigo )esta empreitada.

)Tendo por base o texto de 1991, decidimos que esta nova obra seria dividida em 21

Captulos, tendo cada um de ns assumido a produo de sete deles. O Prof. Modenesi )se responsabilizou pelos Captulos 1. 2, 4, 5, 6, 7 e 9; o Prof. Bracarense pelos Capftulos a.16, 17. 18, 19, 20 e 21, e eu, pelos demais, isto , os Captulos 3, 10, 11, 12, 13, 14 e 15. Esta }

Os diversos processos contemplados em capftulos especficos so apresentadosde forma simples, direta e objetiva. A diviso uniforme dos capftulos em sees

- Fundamentos, Equipamentos, Consumveis, Tcn.ica Operatria, Aplicaes Industriais,Exercfcios e Prticas de Laboratrio -apresenta-se como ferramenta de fundamentalimportncia para o entendimento dos processos. Destacam-se as prticas laboratoriai se os problemas propostos que complementam e criam as habilidades necessrias ao exercfcio desta atividade.

Esta obra reflete os esforos de profissionais que alm da competncia tcnica e cientfica demonstram excepcional esprito pblico e indiscutveis qualidades didticas.No h dvidas de que os leitores tero muito prazer na leitura deste livro e que inmerosestudantes de Cursos Tcnicos e de Engenharia se interessaro por esta rea do conhecimento.

Prof. Mrcio ZivianiDiretor Executivo - Fundao de Desenvolvimento da Pesquisa

diviso foi motivada por questes prticas e de afinidade com os temas abordados. )

Entre setembro e novembro de 2003, trabalhamos nos textos individualmente. masprocurando manter uma mesma orientao geral, atravs de reunies peridicas. Os )capitulas produzidos foram enviados a tcnicos atuantes na rea de soldagem em nvel }industrial e acadmico, para reviso e crticas, o que foi feito nos meses de dezembro d 2003 e janeiro de 2004. Em fevereiro de 2004, aps outras reunies para ajustes de jorientao e manuteno da unidade da obra. as crticas e sugestes dos revisores foramincorporadas, chegando-se ao texto final.j

Alm de conhecimentos tcnicos atualizados, procuramos colocar no texto experin- Jcias na rea acadmica e industrial obtidas no nosso trabalho em ensino, pesquisa eextenso na UFMG. Tentamos,tambm, oferecer alguma contribuio no que se refere terminologia de soldagem usada no pas, que muitas vezes confusa e redundante )resultado da traduo livre, adoo e adaptao de termos de outras lnguas e faltadnormalizao nacional.)

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Nesta edio. foram feitas pequenas alteraes no texto de vrioscaptulos. para tomar mais claros alguns conceitos expressos. bem como foramcorrigidos os erros daprimeira edio, na linguagem. figuras e equaes.

Muitas pessoas e organizaes contriburam para que se chegasse a esteresultado final. Em especial. agradeo aos Profs. Modenesi e Bracarense peladisposio em dividir o trabalho e pela sua dedicao a ele; ao Prof. Dr. RonaldoPinheiro da Rocha Paranhos,da UENF. pela contribuio nos Captulos 3 e 10;ao Prof. Modenesi pelas ilustraes e fotos; aos Profs. Amrico Scotti e ValtairAntnio Ferraresi. da UFU. pelos filmes sobre tranferncia metlica; ao Prof.Paranhos. aos Eng05 Carlos Castro. Francisco de Oliveira Filho. Gustavo AlvesPinheiro. Helder Aguiar Neves, Jos Roberto Domingues e derSilva de PaulaJnior e a minha esposa Maria das Victrias de Mello Villani Marques, pela revisoe sugestes; s empresas ESAB, RBG e SOLDAGERAIS. pela disponibilizaode informaes tcnicas, fotos e equipamentos; PROGRAD e ao DEMEC, daUFMG.pelo suporte financeiro e logstico, e a minha filha Paula de Mello VillaniMarques, pela digitao. Finalmente, a todos que direta ou indiretamente tornarampossvel a concluso deste trabalho, gostaria de manifestar minha gratido eagradecimentos e apresentar minhas desculpas pela incapacidade de cit-losnominalmente.

Paulo Villani Marques


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UNDAMENTOSD

ASOLDAGEM

CAPTULO 1

INTRODUO SOLDAGEM

1. Mtodos de Unio dos Metais

Os mtodos de unio dos metais podem ser divididos em duas categorias principais, isto , aqueles baseados na ao de foras macroscpicas entre as partes aserem unidas e aqueles baseados em foras microscpicas - interatmicas eintermoleculares. No primeiro caso, do qual so exemplos a parafusagem e a rebi-tagem, a resistncia da junta dada pela resistncia ao cisalhamento do pa rafuso

. ou rebite mais as foras de atrito entre as superfcies em contato. No segundo, a unio conseguida pela aproximao dos tomos ou molculas das peas a serem unidas, ou

destes e de um material intermedirio adicionado junta, at distnciassuficientementepequenas para a formao de ligaes qumicas. particularmente ligaes metlicas ede Van der Waals. Como exemplo desta categoria citam-se a brasagem. a soldagem e a colagem.

A soldagem o mais importante processo de unio de metais utilizado indus-

trialmente. Este mtodo de unio. considerado em conjunto com a brasagem. tem importante aplicao desde a indstria microeletrnica at a fabricao de navios

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1eI :. Eltt:ra!IDGIA INTROOOOl19e outras estruturas com centenas ou milhares de toneladas de peso. A soldagem

.utilizada na fabricao de estruturas simples, como grades e portes, assim como em componentes encontrados em aplicaes com elevado grau de responsabilidade,como nas indstrias qumica, petrolfera e nuclear, e tambm na criao de peasde artesanato, joias e de outros objetos de arte.

3. Formao de uma Junta Soldada )

}Deuma forma simplificda. uma pea metlica pode ser considerada como formada

por um grande nmero de tomos dispostos em um arranjo espacial caracteristico )

(estrutura cristalina) . tomos localizados no interior desta estrutura so cercados )por um nmero de vizinhos mais prximos. posicio nados a uma distncia r ,na qual

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a energia do sistema mnima, como mostra a Figura 1.

2. Definio de Soldagem l

Um grande nmero de diferentes processos utilizados na fabricao e recupe-rao de peas, equipamentos e estruturas abrangido pelo termo "SOLDAGEM". Classicamente, a soldagem considerada como um processo de unio, porm. naatualidade, muitos processos de soldagem ou variaes destes so usados para a

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n )e )r Distncia

)'deposio de material sobre uma superfcie, visando recuperao de peas desgasta-das ou para a formao de um revestimento com caractersticas especiais. Diferentesprocessos relacionados com a soldagem so usados para corte de peas metlicas eem muitos aspectos estas operaes se assemelham a operaes de soldagem.

Na literatura, encontram-se algumas tentativas de definio da soldagem:

"Processo de unio de metais por fuso."

Deve-se ressaltar que no apenas os metais .So soldveis e que possvel sesoldar sem fuso.

"Operao que visa obter a unio de duas ou mais peas, assegurando na junta acontinuidade das propriedades ffsicas e qumicas."

Nessa definio. o termo "continuidade" utilizado com um significado similar aoadotado na matemtica. Isto , considera-se que. embora as propriedades possam variar ao longo de uma junta soldada, esta variao no apresenta quebras abruptascomo ocorre. por exemplo, em uma junta colada na qual a resistncia mecnica muda abruptamente entre um componente da junta e a cola.

"Processo de unio de materiais usado para obter a coalescncia (unio) localizadade metais e no-metais, produzida por aquecimento at uma temperatura adequada,com ou sem a utilizao de presso e/ou material de adio."

Esta definio, adotada pela Associao Americana de Soldagem (American WeldingSociety -AWS), meramente operacional,no contribuindo com o aspecto conceituai.

Finaliza-se com uma ltima definio, esta basea'da no tipo deforas responsveispela unio dos materiais:

NProcesso de unio de materiais baseado no estabelecimento de foras de ligao

qumica de natureza- similar s atuantes no interior dos prprios materiais, na regiode ligao entre os materiais que esto sendo unidos."

Esta ltima definio engloba tambm a brasagem (Capftulo 21). que pode sercosiderada, neste contexto, como um processo de soldagem.

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Figura 1 )Variao de energia potencial para um sistema composto de dois tomos em funo da

distncia de separao entre eles )

Nesta situao. cada tomo est em sua condio de energia mnima, no tenden- }do a se ligar com nenhum tomo extra. Na superfcie do slido, contudo, esta situaono se mantm, pois os tomos esto ligados a menos vizinhos. possuindo, portanto, )um maior nve l de energia do que os tomos no seu interior. Esta energia pode ser )reduzida quando os tomos superficiais se ligam a outros. Assim, aproximando-se du.as peas metlicas a uma distncia suficientemente pequena para a formao de }uma ligao permanente, uma solda entre as peas seria formada, como ilustrado naFigura 2. Este tipo de efeito pode ser obtido, por exemplo, colocand o-se em contato )

ntimo dois blocos de gelo.)

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Figura 2Formao terica de uma solda pela aproximao das superffcies das peas

Entretanto, sabe-se que isto no ocorre para duas peas metlicas, exceto em jcondies muito especiais. A explicao para isto est na existncia de obstculos

que impedem uma aproximao efetiva das superfcies at distncias da ordem jde r Estes obstculos podem ser de dois tipos Qsicos: )

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SOLDACCMUNOAMENTOS ETECNOLOGIA

CAl'lULO 1 1INlROO\JO SOWAGtM20! 21


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UNOAMENTOS E TECNOLOGIA

As superfcies metlicas. mesmo as mais polidas.apresentam uma grande rugosidadeem escala microscpica esubmicroscpica.

Mesmo uma superfcie muitobempolida apresenta irregularidades daordemde 50nmde altura. cerca de 200 camadasatmicas.Isto impedeuma aproximao efetivadassuperfcies. o queocorreapenas em alguns poucos pontos de contato. de modo queo nmero de ligaes formadas insuficientepara garantir qualquer resistnciaparaajunta.

As superfcies met licas esto normalmente recobertas por camadas de xido. umidade.gordura. poeira etc. (Figura 3). o que impede um contato real entre as superfcies.

prevenindo a formao da solda. Estas camadas se formam rapidamente e resultamexatamente da existncia de ligaes qumicas incompletas na superfcie.

INlROO\JO SOWAGtM

O segundo mtodo se baseia na aplicao localizada de calor na regio dajuntaat a fuso do metal de base e do metal de adio (quando este utilizado). Comoresultado desta fuso. as superfcies entre as peas so eliminadas e, com a solidi-ficao do metal fundido. a solda formada (Figura 5).

(a) (b)

Figura 5(a) Representao esquemtica da soldagem por fuso. (b) Macrografia de umajunta

Figura 3Representao esquemtica da estrutura de urna superflcie metlica em contato com o ar.A- metal no afetado. B - metal afetado.C - camada de xido. D - gua e oxignio absorvidos,E-gordura e F .particulas de poeira

Para superar estes obstculos. dois mtodos principais so utilizados. os quaisoriginam os dois grandes grupos de processos de soldagem .O primeiro consiste emdeformar as superfcies de contato. permitindo a aproximao dos tomos a distnciasda ordem de r (Figura 4).As peas podem ser aquecidas localmente de modo a facilitar

0a deformao das superfc ies de contato.

Figura 4Soldagem por press o ou deformao

Uma maneira de classificar os processos de soldagem consiste em agrup-losem dois grandes grupos baseando-se no mtodo dominante para produzir a so lda:(a) processos de soldagem por presso (ou por deformao) e (b) processos desoldagem por fuso .

4. Processos de Soldag em

4.1-Processos de so ldagem por presso (ou por deformao)

Este primeiro grupo incluios processos de soldagem por forja mento. por ultras-som, por frico. por difuso. por exploso. entre outros.

4.1.2Processos de so ldagem por fuso

Existe um grande nmero de processos por fuso que podem ser separadosem subgrupos, por exemplo. de acordo com o tipo de fonte de energia usada parafundir as peas. Dentre estes. os processos de soldagem a arco (fonte de energia:

arco eltrico) so os de maior importncia industrial na atualidade. Devido ten-dncia de reao do material fundido com os gases da atmosfera. a maioria dos

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processos de soldagem por fuso utiliza algum meio de proteo para minimizarestas reaes. A Tabela 1 mostra os principais processos de soldagem por fuso e suas caractersticas principais.

Entreoprocessos de soldagem por resistncia (Captulo 18),alguns podem ser )considerados como processos de soldagem por deformao. Outros so melhorcaracterizados como processos de soldagem por fuso. )

Os processos de soldagem e afins podem ser classificados de diferentes formasTabela 1 - Processos de soldagem por fuso alternativas. A Figura 6 mostra uma classificao segundo a AWS -American Welding

Society, juntamente com as abreviaes adotadas por esta associao para designar

cada processo. Esta classificao e abreviaes so muito utilizadas em diversos )pases do mundo. No Brasil, embora estas sejam usadas, designaes de processo de

soldagem de origem europeia so mais comuns. Alm destas, abreviaes baseadas

no nosso idioma (como, por exemplo, SAER - Soldagem a Arco com Eletrodos )Revestidos) foram propostas. mas tiveram umaaceitao muito restrita at opresente. A classificao dos processos de soldagem da AWS apresenta deficincias )- )como qualquer outro sistema de classificao.

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Soldagem

por eletro-escria

Aquecimentopor resistn-

eia da escrialiquida

Contnua oualternada

Escria Automtica/Mecanizada.Junta na vertical. Aramealimentado mecanicamentena poa de fuso. Noexiste arco eltrico.

Soldagem de aos carbono.baixa e alta liga, espessura2:: 50 mm. Soldagem de pe-as de grande espessura.eixos etc.

Soldagema arcosubmerso

Arcoeltrico

Continua ouahernada.

Eletrodo +

Escria Automtica/mecaniz. ousemiautomtica. O arcoarde sob uma camada defluxo granular.

Soldagem de aos carbono,baixa e alta liga. Espessura2:: 10 mm. Posio plana ouhorizontal de peas estru-turais, tanques. vasos depresso etc.

Soldagemcomeletrodorevestido

Arco eltrico Continua oualternada.

Eletrodo +ou-

Escria e gasesgerados

Manual. Vareta metlicarecoberta por camada defluxo.

Soldagem de quase todos osmetais. exceto cobre puro.metaispreciosos. reativasedebaixo ponto defuso. Usado nasoldagem em geral.

SoldagemcomaramEtubular

Arco eltrico Continua.

Eletrodu +

Escria e gasesgerados ou

fornecidos porfonte externa.

Em geral o co,

Automtico ou semiauto-mtico. O fluxo est contidodentro de um arame tubularde pequ8'1o dimetro.

Soldagem de aos carbono.baixa e alta liga com espes-sura 2:: 1 mm. Soldagem dechapas. tubos etc.

SoldagemMIG/MAG


Eletrodo +

Argnioou+ eArgnio +Hlio. Argnio02' C02

Automtica/mecani z. ousemiautomtica. O arame slido.

Soldagem de oos carbono.llabta ealtafiga. noferrosos. c:anespessura 1 mm. Soldagemde tubos.chapaseu:. Qualquerposio.

Soldagema plasma


Eletrodo-

Argnio, Hlioou Argnio +Hidrognio

Manualou automtica Oarame adicionado separada-mente. Betrodo noconsu-mlvel detungStnio. Oarco constrito por umbocal.

Todos os metais importantesem engenharia, exceto Zn.Be e suas ligas. com espessura de at 1,5 mm. Passes de raiz.

SoldagemTIG

Arcoeltrico

Cont!nua oualternada.

Eletrodo -

Argnio, Hlioou misturas

destes

Manual ou outomtica.Eletrodo no consumvelde tungstnio. O arame adicionado separadamente.

Soldagem de todos os metais.exceto Zn. Be e suas ligas.espessura entre 1 e 6 mm.Sol-dagem de no ferrosos e aos inox. Passede raizdesoldasemtubulaes.

Soldagempor feixede eltrons

Feixe deeltrons

Continua.

Alta tenso.

Pea +

Vcuo (10-CmmHg)

Soloagem automtica. Nousa. em geral,m01al deadio. Feixe de eltronspermite urna elevada cor.-contrao de energia.

Soldagem de todos os rT'IU!is,exceto noscasosdeEMlklo degases ou vaporizao exoossiva,em geral.a partirde 25 rrmdeespessura. Indstria nuclear eaeroespacial

Soldagema laser

Feixe de luz Argnio ou Hlio Soldagem automtica. Nousa. em geral. metal de adio. Laser permite umaelevada concentrao deenergia.

Soldagem de todos os metais.exceto nos casos de evoluo de gases ouvaporizao exces-siva. Indstria automobillstica.nuclear eaeroespacial

Soldagem

a gs

Chama oxi-

acetiinicaGs 1co. Hz- co2'

H,0}Manual. Arame adiciona:loseparadamente.

Soldagemmanual deaocaibo- no. Cu, /IJ, Zn. Pb ebronze.Sol-dagem de chapas finas e tubosde pequeno dimetro.


16/202

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}Figura 6Processos de soldagem e afins. segundo a AWS. Os nomes de diversos processos esto )resumidos ou truncados por falta de espao na figura

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5. Comparao com Outros Processo s de Fabricao j)

A soldagem hoje o principal processo usado na unio permanente de peasmetlicas. permitindo a montagem de conjuntos com rapidez, segurana e economia j

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de material. Por exemplo, a ligao de chapas metlicas com parafusos ou rebitesexige que as chapas sejam furadas. causando uma perda de seo de at 10%, quedeve ser compensada por uma espessura maior das peas. A utilizao de chapas de reforo e os prprios parafusos e porcas ou rebites aumentam ainda mais o peso final da estrutura. Na unio de tubos pode-se fazer consideraes semelhantes ao secomparar juntas soldadas com juntas rosqueadas. Alm disso. as juntas soldadas.desde que executadas corretamente, so por si mesmas estanques, no havendonecessidade de se recorrer a nenhum tipo de artifcio para se prevenir vazamentos. mesmo sob presso elevada.

Comparando-se a soldagem fundio, como processo de fabricao, constata-

se que a soldagem apresenta caractersticas interessantes. como: possibilidade de se terem grandes variaes de espessura na mesma pea e inexistncia de umaespessura mnima para adequado preenchimento do molde com o metal fundido, possibilidade de se usarem diferentes materiais numa mesma pea. de acordo comas solicitaes de cada parte, maior flexibilidade em termos de alteraes no projetoda pea a ser fabricada e menor investimento inicial.

A soldagem muito verstil em termos dos tipos de ligas metlicas e das espes-suras que podem ser unidos. A disponibilidade de um grande nmero de processos de soldagem permite a unio da maioria das ligas metlicas comumente utilizada.Pode-se unir. atravs dos diferentes processos de soldagem. desde peas comespessura inferior a 1mm (joias. componentes eletrnicos etc.) at estruturas degrandes dimenses (navios. vasos de presso etc.). A soldagem pode ser utilizada tanto no cho de fbrica, com condies de trbalho bem controladas, como no

campo, em diferentes ambientes (como. por exemplo, no alto de estruturas elevadasou debaixo d'gua). Finalmente, a soldagem pode atender. a um custo competitivo.diferentes requisitos de qualidade. tornando a sua utilizao economicamente viveltanto em trabalhos simples. que no apresentam uma grande responsabilidade (porexemplo, na fabricao de grades e de peas de decorao). como em situaesem que ocorrem solicitaes extremas e existe o risco de grandes danos no casode uma falha do componente soldado (por exemplo. em navios e outras estruturasmartimas e em vasos de presso).

Por outro lado. algumas limitaes da soldagem devem ser consideradas . Como asolda uma unio permanente. ela no deve ser utilizada em juntas que necessitamser desmontadas. Praticamente todos os processos de soldagem so baseados naaplicao. na regio da junta, de energia trmica e mecnica, o que tende a causaruma srie de efeitos mecnicos (aparecimento de distores e de tenses residu-ais) e metalrgicos (mudnas de microestrutura e alterao de propriedades) nas

peas. Estes efeitos. juntamente com a formao de descontinuidades como porose trincas na solda. podem prejudicar o desempenho dos componentes soldados e causar a sua falha prematura. As consequncias de uma falha de um componentesoldado podem ser ampliadas devido natureza monoltica deste. Isto , enquantoa fratura de uma pea em uma estrutura rebitada fica confinada somente pea quefalhou, em uma estrutura soldada. a fratura pode se estender por toda a estruturadevido eliminao da separao entre as peas. Diversos acidentes com estascaractersticas j ocorreram. destacando-se. por exemplo. os navios de transportedurante a Segunda Guerra Mundial. fabricados por soldagem nos Estados Unidosda.Amrica.

6.BreveHistricodaSol dagem

Embora a soldagem. na sua forma atual. seja um processo recente. com cercade 100 anos, a brasagem e a soldagem por forjamento tm sido utilizadas desde

pocas remotas. Existe, por exemplo, no Museu do Louvre, um pingente de ouro com

indicaes de ter sido soldado e que foi fabricado na Prsia, por volta de 4000 a. C.

O ferro, cuja fabricao se iniciou em torno de 1500 a. C.. substituiu o cobre e obronze na confeco de diversos artefatos. O ferro era produzido por reduo dire-ta1e conformado por martelamento na forma de blocos com uma massa de poucos

quilogramas. Quando peas maiores eram necessrias, os blocos eram soldados por forjamento, isto , o material era aquecido ao rubro. colocava-se areia entre as peas para escorificar impurezas e martelava-se at a soldagem. Como um exemploda utilizao deste processo, cita-se um pilar de cerca de sete metros de altura emais de cinco toneladas existente ainda hoje na cidad de Dehli (ndia).

A soldagem foi usada, na Antiguidade e na Idade Mdia, para a fabricao de armas e outros instrumentos cortantes. Como o ferro obtido por reduo direta tem um teor de carbono muito baixo (inferior a 0,1%), este no pode ser endurecido portmpera. Por outro lado, o ao. com um teor maior de carbono, era um material escasso e de alto custo. sendo fabricado pela cementao de tiras finas de ferro. Assim, ferramentas eram fabricadas com ferro e com tiras de ao soldadas noslocais de corte e endurecidas por tmpera. Espadas de elevada resistncia mecnicae tenacidade foram fabricadas no oriente mdio utilizando-se um processo seme-

lhante. no qual tiras alternadas de ao e ferro eram soldadas entre si e deformadaspor compresso e toro. O resultado era uma lmina com uma fina alternncia de regies de alto e baixo teor de carbono.

Assim, a soldagem foi, durante este perodo. um processo importante na tecno-

logia metalrgica. principalmente. devido a dois fatores: (1) a escassez e o alto custo

do ao e 12) o tamanho reduzido dos blocos de ferro obtidos por reduo direta.

Esta importncia comeou a diminuir, nos sculos XII e XIII, com o desenvolvi-

mento de tecnologia para a obteno, no estado lquido, de grandes quantidades

de ferro fundido com a utilizao da energia gerada em rodas d'gua e, nos sculos

XIV e XV. com o desenvolvimento do alto-forno. Com isso, a fundio tornou-se umprocesso importante de fabricao, enquanto a soldagem por forjamento foi subs-

tituda por outros processos de unio, particularmente a rebitagem e parafusagem,

mais adequados para unio das peas produzidas.A soldagem permaneceu como um processo secundrio de fabricao at o s-

culo XIX, quando a sua tecnologia comeou a mudar radicalmente, principalmente,

a partir das experincias de Sir Humphrey Davy (1801-1806) com o arco eltrico,

da descoberta do acetileno por Edmund Davy e do desenvolvimento de fontes pro-

dutoras de energia eltrica que possibilitaram o aparecimento dos processos de

soldagem por fuso. Ao mesmo tempo, o incio da fabricao e utilizao do

ao

1 Neste processo. o minrio de ferro era misturado com carvo em brasa e soprado com ar. Durante esta operao,

o xido de ferro era reduzido pelo carbono, produzindose ferro metlico sem a fuso do material.

SOlDAClMFUNQAMCHTOS E TECNOlOClA 261


18/202

na forma de chapas tornou necessrio o desenvolvimento de novos processos de

unio para a fabricao de equipamentos e estruturas.

A primeira patente de um processo de soldagem, obtida na Inglaterra por NikolasBernados e Stanislav Olszewsky,em 1885, foi base:lda em um arco eltrico estabele-cido entre um eletrodo de carvo e a pea a ser soldada (Figura 7).

7. Exerccios

a) Oque soldagem?

b) Porque pcssvel se soldar dois blocos de geloporaproximao?

c) Quais as principais vantagens e desvantagens da soldagem?

Figura 7Sistema para soldagem a arco com eletrodo de carvo de acordo com a patente de Bemados

Porvolta de 1890. N.G.Slavanoff, na Rssia. e Charles Coffin, nos Estados Unidos,desenvolveram independentemente a soldagem a arco com eletrodo metlico nu.At o final do sculo XIX. os processos de soldagem por resistncia, por alumino-

termia e a gs foramdesenvo lvidos. Em 1907.OscarKjellberg (Sucia) patenteia oprocesso de soldagem a arco com eletrodo revestido. Em sua forma original. esterevestimento era constitudo de uma camada de cal. cuja funo era unicamenteestabilizar o arco. Desenvolvimentos posteriores tornaram este processo o maisutilizado no mundo.

Nesta nova fase, a soldagem teve inicialmente pouca utilizao. estando restrita

principalmente execuo de reparos de emergncia at a ecloso da primeiragrande guerra. quando a soldagem passou a ser utilizada mais intensamente comoprocesso de fabricao.

Atualmente. mais de 50 diferentes processos desoldagem tm utilizao industriale a soldagem o mais importante mtodo para a unio permanente de metais.Estaimportncia ainda mais evidenciada pela presena de processos de soldagem eafins nas mais diferentes atividades industriais e pela influncia que a necessidade

de uma boa soldabilidade tem no desenvolvimento de novos tipos de aos e outrasligas metlicas.

d) Queoutrosramosdacincia e da tecnologia contribuem para o desenvolvimento dasoldagem?

e) Que tipcs de materiais, alm dos metais. podem ser soldados?

f) Existem produtos impossveis de seremfabricados sem a utilizao da soldagem?Cite alguns.se for o caso.

g) Em que casos a soldagem no recomendada como processo de unio?

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CAP(TULO 2

TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA DA SOLDAGEM

1. Introduo

Muitos so os termos com um significado particular quando aplicados soldagem.Definir todos estes termos tornaria este captulo tedioso e extenso. Assim, preferiu-secolocar algumas ilustraes e indicar alguns termos utilizados com frequncia em soldagem, de modo a tornar o restante do texto compreensvel. Para definies

mais completas e precisas pode-se recorrer literatura indicada no final do livro.De qualquer forma, a prpria militncia no campo da soldagem se encarregar detomar estes termos familiares.

simbologia, sero abordados resumidamente os slmbolos usados emQuanto

soldagem e seu significado, bem como sua utilizao em desenhos tcnicos, pormeio de algumas ilustraes. Da mesma forma, pode-se consultar a bibliografia

indicada para um estudo mais completo.

SOLDAGEM

FUNOANUITTISETlCNOLOGIA

JCRMllCilDQA ESMIOUGIADA=131


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Filetebduplo

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Figura 4Chanfros usados geralmente com os diferentes tipos de junta

Figura 2Tipos dejunta

Os tipos de chanfro mais comuns usados em soldagem dejuntas de topo somostrados na Figura 3. A Figura 4 ilustra a aplicao destes chanfros em diferentestipos dejuntas.

O tipo de chanfro a ser usado em uma condio de soldagem especfica esco-lhido em funo do processo de soldagem. espessura das peas. suas dimensese facilidade de mov-las. facilidade de acesso regio da junta, tipo de junta (Figura4). custo de preparao do chanfro etc. Chanfros em 1 so utilizados quando as con-dies de soldagem permitem obter a penetrao desejada (ver definio a seguir)

Aresta Sobreposta

321 $01.J>ACCMFUNDAMENTOS E TECNOlOCLA1

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22/202

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-.;-. 1... :..:1\ =133 isem a abertura de um outro tipo de chanfro. sendo esta situao particularmente

comum na soldagem de junta s de pequena espessura. Como no necessitam deuma usinagem ou corte mais elaborado. este tipo de preparao tende a ser a demenor custo. Quando no possvel obter a penetrao desejada desta forma.torna-se necessrio usar um outro tipo chanfro, sendo os tipos mais comuns oschanfros em V ou meio V. Quando a espessura da junta que precisa ser soldadase torna muito grande. estes chanfros podem se tornar pouco interessantes. poisnecessitam de um grande volume de metal de adio para o seu enchimento, o quepode aumentar o tempo necessrio para a soldagem e o seu custo. Neste caso o

Existe um grande nmero de termos para definir o formato e as caracterfsticas 1tcnicas dos cordes de solda. Neste captulo, apenas alguns destes termos seroapresentados. A Figura 6 mostra alguns destes termos para uma solda de topo euma solda em ngulo (filete).

Face da solda

Penetraouso de um chanfro em U ou J pode ser mais interessante, embora estes possam ter

maior custo de preparao. Quando possvel executar a soldagem dos dois ladosdajunta. chanfros em X. K,duplo U ou duplo J podem ser considerado s.Estes aindatm a vantagem adicional de melhor equilibrar as tenses trmicas geradas durante

Penetrao+-- '"""da raiz

Raiz da solda

dajunta

a soldagem e apresenta r. assim, uma menor distoro. Na escolha de um tipo dechanfro. deve-se ainda considerar a posio de soldagem (ver definio a seguir). Figura 6

(a) '\ ,t-. \ .1..''

Por exemplo. para a soldagem na posio horizontal, um chanfro em meio V ou Ktende a ser mais adequado que um chanfro em V. pois. para o primeiro. existe umamenor tendncia da poa de fuso escorrer sob ao da gravidade.

Um chanfro definido por seus elementos ou c aractersticas dimensionais. Os

principais elementos de um chanfro so (Figura 5):

Face da raiz ou nariz (s): Parte no chanfrada de um componente dajunta.

Abertura da raiz,folga ou fresta (f): Menor distncia entre as peas a soldar.

ngulo de abertura dajunta ou ngulo de bisei (p): ngulo da parte chanfrada de

um dos elementos da junta.

ngulode chanfro (a):Soma dosngulosde biseidoscomponentes dajunta.

Dimenses e regies da soldas de topo (a) e de filete (b)

A Figura 7 mostra a seo transversal de uma soldae suas diversas regies.Nestecaso. mostrada tambm uma pea colocada na parte inferior da solda (raiz). cha-mada de cobre-junta ou mata-junta. que tem por finalidade conter o metal fundidodurante a execuo da soldagem. Terminada a soldagem. o mata-junta pode ou noser removido dajunta . O mata-junta pode ser de um material similar ao que estsendo soldado, de cobre ou de material cermico. No primeiro caso. o mata-junta.em geral, passa a fazer parte dajunta soldada, podendo. terminada a soldagem.ser

removido da pea (por corte) ou no. Nos outros casos, o mata-junta no se tornaparte da junta soldada e removido ao final da soldagem.

Zona termicamenteZona fundida (ZF) afetada (ZTA)

Metal debase (MB)

Mata - junta

1 1 { J.. -Figura 7 L, O (.l\)n ''' 0/ '\'

1 ''

Seotransversa ldeumasolda detopo porfuso (esquemtica)

Figura 5 . .Caracterlsticas dimensionais de chanfros usados em soldagem (s-nariz.f - fresta, r-raiodochanfro. a- ngulo do chanfro e ll-ngulo do bizel)

Os elementos de um chanfro so escolhidos de forma a atender os requisitos doprojeto e, em particular.permitir um fcil acesso at o fundo da junta, minimizando.contudo. a quantidade de metal de adio necessria para o enchimento dajunta. 1

.1

A zona fundida (ZF) de uma solda constitufda pelo metal de solda. que a somada parte fundida do metal de base e do metal de adio. A regio do metal de baseque tem sua estrutura e/ou suas propriedades alteradas pelo calor de soldagem chamada de zona termicamente afetada \ ZTA).A zona fundida pode ser constitudapor um ou mais passes depositados segundo uma sequnc ia de deposio (Figura8) e organizados em camadas (conjunto de passes loca lizados em uma mesma al-tura no chanfro). Cada passe de solda formado por um deslocamento da poa defuso na regio dajunta (Figura 1). Em diversas situaes. o termo cordo usado,significando, em alguns casos. a solda e. em outros. o passe.

SOLDA.CEMFUNDAMENTOS E TECNOLDCIA

CAJTIUl02 135TEll""'lOGIA E SIW.OOlOGIA DA SOLDAGEM


23/202

Figura 8Execuo de uma solda de vrios passes

A posio da pea a ser soldada e do eixo da solda determina a posio dasoldagem , que pode ser plana, horizonta l, vertical ou sobrecabea . Estas somostradas para soldas de topo, filete e soldas circunferenciais em tubulaes, nasFiguras 9. 10 e 11. A soldagem na posio vertical pode ser executada na direoascendente ou descendente. Em tubulaes fixas. a posio de soldagem mudadurante a operao (Figura 11). A posio de soldagem tem uma forte influnciasobre o grau de dif iculdade da sua execuo e na sua produtividade. sendo a sol-dagem na posio plana, em geral. a mais fcil de ser executada e a que possibilitauma maior produtividade.

.,. l....'

Plana Horizontal Circunf erencial

Figura 11Posies de soldagem para soldas em tubulaes

As posies de soldagem so designadas pela ASME American Soc iety ofMechanical Engeneers por um dgito seguido de uma letra. Assim. as posiesplana. horizontal, vertical e sobrecabea so designadas, respectivamente, por 1G,2G, 3G e 4G nas juntas da Figura 9 e, por 1F. 2F. 3F e 4F, nasjuntas da Figura 1O.No caso de soldas em tubulaes (Figura 11). as designaes seriam 1G, 2G e 5G.

respectivamente. Essa forma de indicar as posies de soldagem amplamenteusada na indstria.

De acordo com a forma em que executada. a soldagem pode ser classificada em:

Manual : toda a operao realizada econtrolada manualmente pelo soldador.

Semiautomtica:soldagemcomcontrole automtico da alimentao do metal de

adio. mas comcontrolemanualpelo soldador do posicionamento da tochaedeseu deslocamento.

Plana

Figura 9

HorizontalVertical(descendente)

Sobre cabea Mecanizada: soldagem com controle automtico da alimentao do metalde adio.

controle do deslocamento do cabeote de soldagem pelo equipamento. mas com oposicionamento. acionamento do equipamento e superviso da operao sob res-

ponsabilidade do operador de soldagem.

Posies de soldagem para soldas de topo Automtica:soldagem com controleautomtico de praticamente todas as operaes

necessrias. Muitas vezes. a definio de um processo como mecanizado ou auto-

mtico no clara. em outros. o nvel de controle da operao. o uso de sensores. apossibilidade de programar o processo indicam claramente um processo de soldagem

automtico. De uma forma ampla. os sistemas automticos de soldagem podem serdivididos em duas classes: (a) sistemas dedicados. projetados para executar umaoperao especifica de soldagem. basicamente com nenhuma flexibilidade para

mudanas nos processos e (b) sistemas com robs, programveis e apresentandouma flexibilidade relativamente grand para alteraes no processo.

Plana Horizontal

Figura 10Posies deso!dagem para soldas de filete

Vertical(ascendente)

Sobre cabeaAlguns destes termos. embora de uso consagrado na soldagem, tm significado

diverso do indicado acima para o pessoal envolvido com rea de automao. Esteaspecto ser discutido no Captulo 8 deste livro:

2 137SOLDAGEMFUNDAMENTOS E TECNOLOGIA CAPITIJU>TE!IMINOlOGIA E S.iaot.OGIA 0A SOLOAGEM


24/202

Q

3. Simbologia da Soldagem Soldas em chanfro

A simbologia da soldagem consiste de uma srie de smbolos. sina is e nmeros, _JL v _ _11

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- L__ JL

dispostos de uma forma particular.que fornecem informaes sobre uma determi-nada solda e/ou operao de soldagem. Estes elementos. que podem ou no serusados numa situao particular. so. segundo a norma AWS A 2.4 :

em 1 (Bordas em V ou X 1/2 V ou K Uou duplo U J ou duploJ V flangeado 1/2 v flangeadoparalelas)

Outros 1a) Linha horizontalde reerncia _J__\.,_ J_L_ __G___ __o_ - - __.Q._ - ('V\ -

b) Seta

c) Slmbolo bsico da solda

Soldasde aresta Solda de Solda de Solda de Solda de Solda de Soldadefilele tampo ponto costura reverso revestimento

d) Dimenses e outros dados

e) Slmbolos suplementares

f)Cauda-Especificaodoprocesso de soldagem ou outra reierncia.

O elemento bsico de um smbolo da soldagem a linha de referncia colo-cada sempre na posio horizontal e prxima dajunta a que se refere. Nesta linhaso colocados os smbolos bsicos da solda, smbolos suplementares e outrosdados. A seta indica a junta na qual a solda ser feita, e na cauda so colocados osdados relativos ao processo, procedimento ou outra referncia quanto forma deexecuo da soldagem. Quando existe a possibilidade de se chanfrar uma pea

ou outra. uma seta quebrada (formada por duas inhas) indica qual pea deve sernecessariamente chanfrada. A Figura 12 mostra a localizao dos elementos de umsmbolo de soldagem.

Smbolo de contorno Smbolo de acabamento

ngulo de chanfro FrestaSmbolo bsco ..E.-- imentoda solda

. _ A/ entro a centroD1mensaode soldaemchanfro""" R soldas intermitentes)Dimensodesolda/prep. \ / ( Lado ) Soldagem no campo

Especificao, S(E) oposto oldagem em todoprocesso ou outro ,,.T ( ) o contorno

Lado

Figura 13Tipos bsicos de soldas eseus slmbolos

Cauda da seta

Figura 12Localizao dos elementos de um slmbolo de soldgem

O smbolo bsico indica o tipo de solda desejado. Cada smbolo bsico umarepresentao esquemtica da seo transversa l da solda a que se refere. Se o smbolo bsico colocado sob a linha de referncia, a solda deve ser feita do mes-mo lado em que se encontra a seta. Caso o smbolo bsico esteja sobre a linha dereferncia. a solda deve ser realizada do lado oposto seta. A Figura 13 mostra ossmbolos bsicos mais comuns segundo a norma AWS A 2.4.A Figura 14 apresentaexemplos de soldas em chanfro e seus smbolos. Mais de um smbolo bsico podeser usado de um ou dois lados da linha de referncia.

Figura 14Sete variaes de soldas em chanfro e seus smbolos

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1 ...

Seta

SOLDAGEMFUNDAMENTOS ETCCNOLOGIA TERMINOlOGIAESr.130lOGIAOA= 1 39


25/202

Vrios nmeros. que correspondem s dimenses ou outros dados da solda. socolocados em posies especficas em relao ao smbolo bsico. O tamanho dasolda e/ou sua garganta efetiva so colocados esquerda do smbolo. Em soldasem chanfro. se estes nmeros no so colocados. subentende-se que a penetraodeve ser total. A abertura de raiz ou a profundidade de soldas do tipo "plug" ou "slot"

colocada diretamente dentro do smbolo bsico da solda. direita do smbolopodem ser colocados o comprimento da solda e a distncia entre os centros doscordes. no caso de soldas intermitentes.

Os smbolos suplementares so usados em posies especficas do smbolo desoldagem. quando necessrios. Estes smbolos so mostrados na Figura 15. Alm

destes. existem smbolos de acabamento, que indicam o mtodo de acabamentoda superf cie da solda. Estes smbolos so:

. e-rebarbamento (chipping)

G-esmerilhamento(grinding)

H-martelamento (hammering)

M-usinagem (machining)

R -laminao (rolling)

Figura 15Smbolos suplementares

As Figuras 16 a 19 ilustram o que foiapresentado .

Figura 16Exemplos de soldas de filete e seus smbolos

Figura 17Exemplos de soldas de filete intermitente

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CIJ'i1IJI02SOlDAOCMrUNDANCHfOS eTCCMJLDCIA

lUIMlllOWGlA lSIMBOLOGlA DA SOUJAGtM 41


26/202

4. Exerccio

Figura 18Exemplos de slmbolos oe soldas em chanfro

Slml>Olo

Figura 19Exemplos de diversos tipos de solda eseus slmbolos

Desenhe o smbolo ou a solda desejada. conforme o caso.

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114

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Solda Desejada Smbolo

45'1/

45'

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27/202

CAPiTUL0 3 .

PRINC(PIOS DE SEGURANA EM SOLDAGEM

1. Introduo

Consideraes sobre segurana so importantes em soldagem, corte e opera-es relacionadas a estas prticas, pois os riscos envolvidos nestas atividades so numerosos e podem provocar srios danos ao pessoal.equipamentos e instalaes.Neste capftulo sero estudados os principais riscos das operaes de soldagem e afinse as prticas usuais para se evitar ou minimizar a ocorrncia de acidentes. Almdessas prticas, as recomendaes e instrues dos fabricantes de equipamentose produtos devem ser rigorosamente observadas.

b Um componente fundamental da segurana em soldagem e outras prticasindustriais o apoio, orientao e envolvimento direto das chefias e gerncias. que devem estabelecer claramente os objetivos e o Plano de Segurana da empresa.Este deve considerar a seleo das reas para operaes de soldagem e corte, exigncias de compra de equipamentos de soldagem e equipamentos de seguranadevidamente aprovados, estabelecimento e fiscalizao de normas de seguranainternas, execuo de programas de treinamento no uso do equipamento de trabalho

e de segurana. procedimentos em caso de emergncias ou acidentes, utilizao de sinais de advertncia para os perigos de cada rea especfica e a inspeo e manuteno peridica dos equipamentos e instalaes.

Como diversas outras operaes industriais, a soldagem e o corte de materiaisapresentam uma srie de riscos paraas pessoas envolvidas. Os principais riscosincluem a possibilidade de incndios e exploses, de recebimento de choque eltrico,de exposio radiao gerada pelo arco eltrico e a fumos e gases prejudiciais sade. As principais causas destes riscos sero apresentadas em cada caso, bem como as formas de preveni-los.

3 145SOl.DACtNruNDANCNlOS f TLCNOL.OCIA

CATU\O"""'1:RJS D! SIWIANAEM SOUlAGlM


28/202

2.Roupas de Proteo3. Choque Eltrico

As operaes de soldagem e corte envolvem a manipulao de materiais a

temperaturas elevadas. a exposio a uma quantidade considervel de luz e a

outras formas de radiao eletromagntica e o contato com partculas metlicas

incandescentes projetadas em alta velocidade (respingos). Os soldadores. expostos

diretamente a estes riscos. necessitam de vestimentas e equipamentos prprios

para a proteo do corpo. da cabea e dos olhos. Estes devem permitir liberdade

de movimentos e ao mesmo tempo cobrir e proteger adequadamente as diversas

partes do corpo para minimizar a chance de queimaduras e outras leses.

Roupas de raspa de couro so as mais adequadas ao soldador. devido durabi-

lidade e resistncia ao fogo. Tecidos sintticos ou de algodo devem ser evitados.

pois podem fundir ou pegar fogo quando expostos a calor intenso. As roupas de-

vem ser mantidas livres de graxa e leo. pois estas substncias podem pegar fogo

e queimar com o seu aquecimento excessivo e. em particular. na presena de uma

concentrao elevada de oxignio. Dobras em luvas e cala podem reter fagulhas

ou metal quente e possibilitar a ocorrnc ia de queimaduras. As pernas das calas

devem sobrepor s botas (e no ser colocadas dentro destas) para evitar que

partculas quentes caiam dentro das botas. O soldador deve usar botas de couro.

de cano alto e com biqueira de ao.

As principais peas de vesturio usadas pelo soldador para a sua proteo incluem

vrios itens mostrados na Figura 1. Alm destas. importante o uso de culos deproteo por baixo do capacete.

Acidente por choque eltrico um risco srio e constante nas operaes desoldagem baseadas no uso da energia eltrica. particularmente na soldagem a arco.O contato com partes metlicas "eletricamente quentes" pode causar leses ou atmorte.devido ao efeito do choque eltrico sobre o corpo humano. ou pode resultarem uma queda ou em um outro acidente devido reao da vtima ao choque.

A gravidade de um choque eltrico no est relacionada com a tenso da fon-te que o provoca. mas sim com a intensidade da corrente que passa pela vtima,

ao sell percurso no corpo do acidentado e sua durao. A Tabela 1 apresenta osefeitos e sensaes experimentadas por uma pessoa normal quando submetidaa correntes de diferentes intensidades. Uma corrente acima de cerca de 80 mA.passando pela regio torcica da vtima. pode ser fatal, provocando um fenmenochamado "fibrilao do corao" e a consequente perda de capacidade deste debombear o sangue.

Tabela 1-Efeitosfisiolgicosdo choqueeltrico

._,Figura 1Vesturio de proteo tlp1co a ser usado por um soldador :(1) Avental de couro. (2) mangade couro. (3) luva de couro, (4) perneiras de couro.(5) sapatos de segurana.(6) capacete deproteo. (7) culos do segurana. (8) ombreira de couro

A resistncia interna docorpohumano relativamentebaixa(cerca de500n).sendoa resistncia da pele.quando seca. muito mais elevada (da ordem de 105n).Este valorpode, contudo. ser grandemente reduzido quando a pele est mida.aumentando orisco de choques mesmo para tenses relativamente baixas (em torno de 100 V).

\ Acidentes com choque eltrico podem ser divididos em duas categorias diferen-tes: choque com a tenso de entrada (isto . 230. 440 V) e choque com a tenso

secundria,ou seja. o circuito de soldagem (60-100 V).No primeiro caso. o choque tende a ser mais forte e perigoso. Pode ocorrer.

por exemplo. ao se tocar um f io dentro de um equipamento de soldagem quandoa alimentao de energia est conectada e ao mesmo tempo tocar na carcaa damquina ou outra parte metlica. Mesmo com a mquina desligada. energia eltricapode estar armazenada em dispositivos como bancos de capacitores no interior damquina.Assim. apenas tcnicos capacitados devem fazer reparos no equipamentose este no estiver funcionando adequadamente, e a carcaa da mquina deve seradequadamente aterrada.

Intensidade da corrente

At 5 mA

Efeito

Formigamento fraco

5 at 15 mA Formigamento forte

15 at 50 mA Espasmo muscular

50 at 80 mA Dificuldade de respirao at desmaios

80 mA at 5 AFibrilao do ventrculo do corao :parada cardiaca: queimadurasde altograu

Acima de 5 A Morte certa

SOUlAtiEM.PRIHCfl'losDE SEGURAN;A EM

CAflruLo3 147


29/202

Choque com a tenso secundria ocorre quando se toca uma parte do circuito doeletrodo ao mesmo tempo em que outra parte do corpo est em contato com a peametlica que est sendo soldada. o uso de luvas secas e de roupas de proteo parase isolar do circuito de soldagem minimiza o risco de choques neste caso.

b As precaues que devem ser tomadas para se evitar o choque eltrico so: ater-rar todo o equipamento eltrico, trabalhar em ambiente seco, manter as conexeseltricas limpas e bem ajustadas, usar cabos de dimenses corretas, evitar trabalharsobre circuitos energizados e usar roupas. luvas e calados secos.

Em caso de choque eltrico, o circuito deve ser imediatamente interrompido e.caso isto no seja possvel, a vtima deve ser afastada do contato. No se deve to-car o acidentado diretamente, mas com um material isolante, como um pedao demadeira ou tecido seco. A respirao artificial (boca-a-boca) deve ser imediatamenteiniciada aps retirar a vitima do circuito eltrico, caso se constate parada respiratria,e continuada at chegada de socorro mdico.

4. Radiao do Arco Eltrico

O arco eltrico formado em gases ionizados a uma temperatura muito elevadae capaz de gerar radiao eletromagntica intensa.na forma de infravermelho. luzvisfvel e ultravioleta. Chamas e metal quente tambm emitem radiao. mas com

uma intensidade muito menor. essencial proteger os olhos da radiao do arco. pois esta pode causar a queima

da retina e catarata. Mesmo uma pequena exposio radiao .do arco pode causaruma irritao dos olhos conhecida como "flash do soldador". Normalmente ela s sentida vrias horas aps a exposio, causa grande desconforto e provoca inchaodos olhos, secreo de fluidos e cegueira temporria. O flash do soldador .tempo-rrio, mas exposies prolongadas ou repetidas podem levar a leses permanentes

nos olhos.

e.. A radiao do arco podetambm causar queimaduras na pele, ofuscamento, fadigavisual e dor de cabea. A proteo deve evitar a exposio do soldador e de terceiros tanto radiao direta quanto indireta (isto , resultante da reflexo da radiao).Individualmente, o soldador deve se proteger com o uso de roupas opacas e mscarascom filtros de luz adequados. A mscara, usada junto com o capacete, protege ainda

a regio da cabea contra calor, respingos, chamas e choques. Os filtros de proteo contra a radiao so especificados por nmeros que indicam a sua capacidade defiltrar a radiao (Tabela li). A proteo de terceiros pode ser proporcionada com ouso de biombos e cortinas no refletoras.

Tabela11 '.'"'Lentes de proteo para operadores de soldagem e corte

Soldagem a arco eltrico

perao DimetrodoEletrodo (mm)

Corrente desoldagem IA)

Filtro paraproteo mlnlma

Filtro sugeridopara conforto

Eletrodo


30/202

5. Incndios e Exploses O soldador deve ficar atento para a direo tomada pela coluna de fumos geradosdurante a soldagem e tentar se posicionar de forma a se manter afastado desta.

ee(..

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Para que se inicie um incndio so necessrios trs elementos atuandoconjuntamente: uma fonte de calor. um material combustvel e oxignio.

Na maioria das operaes de soldagem e corte, o oxignio estar presente noar que circunda a solda. Alm disso. oxignio puro existir em cilindros ou em ins-talaes centralizadas de armazenamento deste gs. O arco eltrico, a chama de soldagem ou os respingos atuam como fontes de calor. Assim sendo, fundamental

controlar e. se possvel,evitar a presena de materiais combustveis prximos rea

de operao de soldagem para se prevenir incndios.b Nos ambientes industriais. inmeros so os materiais combustveis presentes.Estes podem ser slidos. lquidos ou gasosos. Muitas vezes, materiais inflamveis, como tintas. solventes. graxas e leos, so utilizados nas imediaes de reas de soldagem. Assim, todo o cuidado deve ser tomado para manter estes materiais emrecipientes adequados, tampados e afastados da rea de soldagem e corte. Estopas, panos e papis embebidos em solventes e outros lquidos inflamveis devem serretirados da rea antes de se iniciar quaisquer dessas operaes . evidente que alimpeza e a organizao da rea de soldagem so fundamentais para a segurana.

Na soldagem de manuteno de tanques de combustvel ou recipientes quearmazenavam combustveis ou materiais inflamveis, muitas vezes h a formaode vapores explosivos. Antes de se iniciar a soldagem ou corte, estas pea.s devern

ser rigorosamente limpas ou lavadas. recomendvel que sejam preenchidas par-

cialmente com gua de forma conveniente a no prejudicar a soldagem.Na soldagem a gs, pode ocorrer o fenmeno conhecido como "engolimento de

chama", que ser visto no Captulo 11, que tambm pode ser causa de incndio ouexploso. Este risco minimizado pelo uso de vlvulas de fluxo de sentido nico.

6. Fumos e Gases

Sistemas de exausto de gases podem ser acoplados s tochas de soldagem. mas isto encarece o custo do equipamento e aumenta o peso que o soldador precisasustentar durante a operao.

1.Outros Riscos

o) Outros riscos comuns em reas de soldagem e operaes afins so: quedas deobjetos e ferramentas, quando da soldagem acima do nfvel do solo, queda de pes-soal trabalhando em andaimes e plataformas ou locais elevados e movimentaesde cargas no nvel do solo ou elevadas. Capacetes de segurana devem sempre serusados nestes casos, e cintos de segurana so recomendados quando se trabalhaem locais elevados.

u...'i Fagulhas e partculas frias ou aquecidas podem ser lanads durante o esmerilhamento, limpeza e goivagem em reas de soldagem. Acesso restritoe uso de biombos. culos de segurana e proto auricular devem ser imple-mentados.

b Cuidados especiais devem ser tomados comos c ilindros de gs. Estes podem

conter gases a presso muit o elevada (de at cerca de 200 atm), podendo se tornarprojteis pesados caso o gs escape de form descontrolada (no caso da ruptura desua vlvula, por exemplo). Apenas cilindros contendo o gs de proteo adequado para o processo de soldagem em uso e reguladores de presso prprios para este

gs e sua presso devem ser usados. As mangueiras e suas conexes devem seradequadas para a aplicao e estar em boas condies de uso. Os cilindros devemser mantidos em p e presos a um suporte de forma que no possam cair. O seutransporte deve ser sempre feito com a proteo da vlvula.

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As operaes de soldagem podem gerar fumos e gases que podem ser prejudiciais sade por diversos motivos. Por exemplo, vapores de zinco podem causar dor de cabea intensa e febre, enquanto que vapores de cdmio podem ser fatais.

Os gases de proteo usados em alguns processos de soldagem (argnio, C02

e misturas), no so txicos, mas deslocam o ar, pois so mais pesados que este epodem causar asfixia e morte, se forem usados em ambientes fechados.

Assim, as operaes de soldagem e corte devem ser efetuadas em locais bemventilados e, se necessrio, devem ser usados ventiladores e exaustores. Quandoisto no for passivei, o soldador deve usar uma mscara contra gases ou equipa-mentos de proteo respiratria.

8. Recomendaes Finais

O A segurana em instalaes industriais uma tarefa coletiva. Todos devem serengajados na preveno de acidentes e conscientizados que s se consegue um resultado favorvel na medida em que cada indivduo se comprometa efetivamentecom a segurana.

A maior regra de segurana contir;tua sendo PENSE ANTES DE AGIR E AJA

SEMPRE COM BOM SENSO. A perseverana fundamental. Regras de seguranapassam a ser negligenciadas e relegadas a um segundo plano com o passar do tempo. Somente a ATENO e ALETA constantes podem minimizar o risco deacidentes.

sol


31/202

9. Exerccios

a) Que equipamentos de proteo individual so recomendados para a segurana de

soldadores e operadores de soldagem?

b) Cite medidas de segurana para a proteo de instalaes e equipamentos de solda-

gem.

c) Qual a diferena entre segurana pessoal e de terceiros?

d) Por que a segurana uma tarefa coletiva?

e) Por que esforos individuais so pouco efetivos na preveno de acidentes?CAPiTuL0 4

O ARCO ELTRICO DE SOLDAGEM

1. Introduo

O arco eltrico a fonte de calor mais utilizada na soldagem por fuso de materiais metlicos, pois apresenta uma cmbinao tima de caracterfsticas, incluindouma concentrao adequada de energia para a fuso localizada do metal de base,facilidade de controle, baixo custo relativo do equipamento e um nvet aceitvel de

riscos sade dos seus operadores. Como consequncia, os processos de solda-gem a arco tm atualmente uma grande importncia industrial, sendo utilizados nafabricao dos mais variados componentes e estruturas metlicas e na recuperaode u_m grande nmero de peas danificadas ou desgastadas. Este captulo apresentauma descrio geral das. caractersticas do arco eltrico, em particular aquelas impor-tantes para a sua aplicao em soldagem. A nfase aqui ser nos fenmenos fsicosque controlam a soldagem a arco e no nos aspectos tecnolgicos, industriais oumetalrgicos da soldagem. Apesar de muito estudado, o arco eltrico bastante complexo eos conhecimentos obtidos at agora permitem um entendimento apenasparciat dos fenmenos envolvidos. Algumas dessas informaes sero apresentadas

neste ptulo, de forma simplificada.O arco eltrico consiste de uma descarga eltrica, sustentada at ravs de um gs

ionizado, a alta temperatura, conhecido como plasma, podendo produzir energiatrmica suficiente para ser usado em soldagem, pela fuso localizada das peasa serem unidas. Atribui-se a primeira observao do arco eltrico em condiescontroladas a Sir Humphrey Davy, no incio do sculo XIX. O termo arco foi aplicadoa este fenmeno em funo de sua forma caracterstica resultante da convecodos gases quentes gerados pelo mesmo. O limite superior de corrente em um arcoeltrico no bem definido, podendo atingir dezenas ou centenas de milhares de ampres em certos circuitos. Para a soldagem a arco, correntes acima de 1000 A

SOLDAGEMFUNDAMENTOS [TtCHOlDGl.A QAl\COEL!CIACl'l!uDto ! 153

so utilizadas no processo a arco submerso (Capitulo 16) e da ordem de 1 A ou

521


32/202

so utilizadas no processo a arco submerso (Capitulo 16) e da ordem de 1 A ouinferiores so usadas na soldagem com microplasma (Captulo 14). Os valores maiscomuns, contudo, so da ordem de 1O' a 102A.

Em soldagem. o arco, em geral. opera entre um eletrodo plano. ou aproxima-damente plano (a pea). e outro que se localiza na extremidade de um cilindro (oarame. vareta ou eletrodo). cuja rea muito menor do que a do primeiro. Assim. amaioria dos arcos em soldagem tem um formato aproximadamente cnico ou "desino". com o dimetro junto da pea maior do que o dimetro prximo do eletrodo(Figura 1). Excees podem ocorrer nos processos de soldagem a plasma(Captulo14) e a arco submerso. No primeiro. um bocal de constrio na tocha restringe o

arco. tornando-o aproximadamente cilndrico.Na soldagem a arco submerso.o arcoocorre dentro de uma cmara cujas paredes so formadas pelo fluxo fundido que seexpandem e contraem periodicamente. Na soldagem com eletrodo revestido (Cap-tulo 12). o arco pode se mover rpida e de forma errtica na superficie do eletrodoem associao com o movimento de lquidos na extremidade deste.

Tenso

(V)

(a) (b)

1 '

Queda

Andica (Va)

Queda na (E p_ )Coluna 'a

Queda (\1, )Catdica e

"--------'--------- ------Distncia

Figura 2Regies de um arco de soldagem (esquemticas) : (a) Zona de Queda Catdica.(b) Coluna do Arco e (c) Zona de Queda Andica.1,- Comprimento do arco

Figura 1Imagemdo arco eltrico observado entre um eletrodo de tungstnio e um bloco de cobre emumaatmosferadeargnio

2. Caractersticas Eltricas do Arco

Eletricamente. o arco de 'soldagem pode ser caracterizado pela diferena de

potencialentre suas extremidades e pela corrente eltrica que circula por este. Aqueda de potencial ao longo do arco eltrico no uniforme. distinguindo-se trsregies distintas. como ilustrado na Figura 2.

As regies dequeda andica ecatdica so caracterizadas porelevados gradientes

trmicos e eltricos. da ordem de 106 C/mm e de 103 a 105 V/mm. respectivamente.e as somas das quedas de potencial nessas regies aproximadamente constante,independentemente das condies de operao do arco.

A parte visvel e brilhante do arco constitui a coluna de plasma. que apresentagradientes trmicos e eltricos bem mais baixos que as regies anteriores. da ordemde 103 C/mm e 1 V/mm. respectivamente. A diferena de potencial nesta regiovaria de forma aproximadamente linear com o comprimento do arco. Assim. paraum dado valor de corrente de soldagem. a diferena de potencial entre o elet rodoe a pea . em uma primeira aproximao. dada por (ver Figura 2):

(Eq.1)

A diferena de potencial entre as extremidades do arco. necessria para manter adescarga eltrica. varia com a distncia entre os eletrodos. chamada de comprimentodo arco (/ ), com a forma. tamanho e materialdos eletrodos. composio e pressodo gs na coluna de plasma e corrente que atravessa o arco. entre outros fatores .

A Figura 3 mostra a variao da tenso .no arco eltrico com a corrente de solda-gem. para trs diferentes comprimentos de arco e com outros parmetros. comoa composio do gs de proteo, mantidos fixos. Esta curva conhecida como"caracterstica esttica do arco". A curva caracterstica do arco difere da curva de umaresistncia comum. para a qual vale a Lei de Ohm (V = R.I) . que tem o formato deuma reta passando pela origem. Por sua vez. a curva do arco passa por valor minimo

. '


33/202

\

de tenso para valores intermedirios de corrente e aumenta tanto para maiorescomo menores valores de correntes. O aumento da tenso para os valores elevados

de corrente similar ao observado em uma resistncia comum. O comportamentoencontrado para baixos valores de corrente prprio do arco eltrico e reflete o fato de que, neste. a conduo da corrente eltrica feita por rons e eltrons gerados por

14

12-

1 1 1

150 A,.,.. .cr.,, .,, .,.. ....,.._. ,a'

.,.. -O' ..- '.,.. 100 A -ionizao trmica. Quando a corrente baixa, existe pouca energia disponrvel par o . ,_. ,... []aquecimento e ionizao do meio em que o arco ocorre, resultando em uma maiordificuldade para a passagem da corrente e, como consequncia, em um aumento da

tenso eltrica do arco.10-

.

--- .,{)' .... .... ....... .,.. E! _.18 8 -

otJcn

.

_. --.... ...._.

-

-16 e 6 -

14 4

o1 1 1

2 4 6

otJcne

Figura 4

Comprimento do Arco (mm)

Variao da diferena de potencial entre as extremidades de um arco de soldagem com a10 distancia de separao entre elas, para diferentes nlveis de corrente (dados da figura anterior)

8

o 50 100Corrente (A)

150 200

O plasma constitu(do por molculas, tomos, rons e eltrons. Destes, os dois

ltimos so os responsveis pela passagem da corrente eltrica no arco. Assim, a estabilidade do arco est intimamente ligada s condies de produo de eltronse ons, em grande quantidade. Eltrons e ons so produzidos, na coluna de plasma,por choques entre os constituintes desta coluna que ocorrem nas elevadas tempe-raturas.existentes nesta. Contudo, devido sua massa muito menor, a velocidade

Figura 3 .curvas caracterfsticas estticas do arco entre um eletrodo de tungstnio e um anodo do cobrepara diferentes comprimentos de arco

A Figura 4 mostra esquematicamente uma curva de variao da queda de tenso. ao longo do arco com o seucomprimento para dois valores de corrente. Observa-se

uma relao aproximadamente linear entre a tenso e o comprimento do arco e que,quando este ltimo torna-se muito curto, o valor da tenso no tende para zero, oque est de acordo com a equao 1.

dos eltrons tende a ser muito superior dos outros constituintes e mais de 90% da

corrente eltrica do arco de soldagem pode ser transportada pelos eltrons. Desta

forma, para manter a neutralidade eltrica do arco, eltrons adicionais precisam ser

gerados junto ao eletrodo negativo (ctodo).

Quando o material do ctodo tem um elevado ponto de fuso (por exemplo, tungstnio ou carbono), neste pode-se atingir temperaturas suficientemente altas(acima de cerca de 3.500 K) para que ocorra a emisso terminica dos eltrons.

Esta fc;>rma de emisso caracterizada por uma tenso de queda catdica (Ve)relativamente baixa (cerca de 5 V) e por uma regio de contato do arco com oeletrodo (ponto catdico) relativamente difusa e esttica.

Quando o material do ctodo tem uma menor temperatura de fuso (por exem-

plo, ao, alumlnio e cobre), a temperatura da regio catdica fica abaixo de 3.500 K,

sendo insuficiente para gerar uma quantidade suficiente de eltrons por emisso

terminica. Assim, processos alternativos precisam operar. Na soldagem com um

12

SOUlAGEM

rUNCWICNTOSE TECNOlOGlA CAl'f!ULO

OAACO EIBRCOOE SOLDAGEM 57

ctodo de materialno refratrio, o mecanismo mais comum envolve a emisso dos


34/202

T.eltrons a partir de filmes de xido existentes na superfcie do material,ocorrendo adestruiodestes filmes com a emisso dos eltrons. Este mecanismo de emisso("emissoa frio") caracterizado poruma tensode queda catdica maior(entre 1Oe 20 V), pela existncia de mltiplos pontos catdicos que se movem com elevadavelocidade na superfcie doctodo e pelo efeito de limpeza(remoo dexido)destasuperfcie .Em particular.este eleito de limpeza de importncia fundamenta lnasoldagem a arco comproteo gasosa de ligas de alumnio e magnsio (metaisquepossuem umacamada de xidode elevada temperatura de fuso}.

A possibilidade de ocorrncia de diferentes mecanismos de emisso de eltronsjunto com diferenas de composio. forma e temperatura dos eletrodos faz com

que a polaridade dos eletrodos influencie significativamente a estabilidade do arcoe outras caractersticas operacionais de um processo de soldagem. A estabilidade

5mm

200 A12.1 V 18.000 K

16.00015.00014.00013.00012.00011.00010.000

importante. tanto do ponto de vista operacional quanto da qualidade da solda. Umarco instvel mais difcil de ser controlado pelo soldador. j que este precisa termaior habilidade para mant-lo operando e executar a solda de maneira adequada.Alm disso. o cordo de solda obtido com um arco instvel tende a ter uma formamais irregular com dimenses variveis e pode apresentar uma maior quantidadede porosidade. tornando-se muitasvezes inaceitvel.

Figura 5

lsotermas de um arco eltrico tlpico. V = 12 V. 1 = 200 A

Alm de calor.o arco eltrico gera radiao eletromagntica de alta intensidade.nas faixas do infravermelho. visvele ultravioleta. devendo ser observado com filtrosprotetores adequados.

3. Caractersticas Trmicas do Ar co 4. Caractersticas Magnticas do Arco

O arco de soldagem apresenta. em geral. uma elevada eficincia para transfor-mar a energia eltrica em energia trmica e transferi-la para a pea.O calor geradonum arco eltrico pode ser estimado. a partir de seus parmetros eltricos. pelaequao:

O =V / t (Eq.2)

onde O energia trmica gerada. em Joules (J). V a queda de potencial no arco.em Volts (V); / corrente eltrica no arco. em Ampres (A). e t o tempo de opera-o. em segundos (s).

Para que a ionizao do plasma e. portanto. a capacidade deste de conduzir cor-

rente no sejam perdidas. altas temperaturas devem ser mantidas no arco eltrico.A Figura 5 mostra o perfil trmico de um arco de soldagem estabelecido entre umeletrodo de tungstnio e uma pea de cobre refrigerada a gua. separados por 5mm.em atmosfera de argnio. Obviamente. esta distribuio de temperatura depende doprocesso e das condies de soldagem. Por exemplo. um aumento da corrente desoldagem. ocasionando uma maior gerao de energia no arco. leva ao aparecimentode temperaturas mais altas alm de aumentar as dimenses do arco. Na soldagemcom eletrodo consumvel. uma quantidade de vapor metlico pode ser incorporadaao arco. Como esse vapor . em geral. mais facilmente ionizvel que os gases quenor"malmente formam o arco (como o argnio e o oxignio).a temperatura do arcotende a se reduzir.

O arco de soldagem um condutor gasoso de corrente eltrica. Quando compa-rado com um fio metlico. tende a ser muito mais sensvel influncia de camposmagnticos.

Campos magnticos so criados por cargas eltricas em movimento. Desta for-ma.em torno de qualquer condutor eltrico percorrido por uma corrente. existe umcampo magntico circular induzido por esta corrente.

Por outro lado.se um condutor de comprimento 1. percorrido por uma correnteeltrica i. colocado em uma regio onde exista um campo magntico B (orientadoperpendicularmente a 1). ele experimenta uma fora F. conhecida como "Fora deLorentz". que dada por:

F = B IQ (Eq. 3)

A fora F perpendicular a ambos.B e1, e o seu sentido pode ser obtido aplicando--se a "Regra do Parafuso".isto . imaginava-se um parafuso convencional que girano sentido de 1 para B. O sentido de Fser aquelede avano do parafuso. As forasde origem magntica aumentam com a corrente eltrica e. portanto. os seus efeitostendem a se tornar mais intensos na soldagem com corrente elevada.

j '!

SOLDAOCMfUNOAMCHTOS(TCCNOLOGIA

de especial importncia para a soldagem a arco a fora de compresso que o As mesmas foras magnticas que atuam no arco e causam a formao do


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de especial importncia para a soldagem a arco a fora de compresso que o campo magntico induzido pela corrente que passa por um condutor exerce sobresi prprio. Para um condutor cilndrico, esta fora,considerada na forma de presso

(p). dada por:

As mesmas foras magnticas que atuam no arco e causam a formao dojato de plasma exercem uma influncia similar na extremidade fundida de eletro-dos consumveis. Estas foras tendem a estrangular. ou apertar ("pinch"), o metalliquido na regio em que o seu dimetro menor e. desta forma. podem contribuirpara separ-lo do fio slido (Figura 7). Este efeito. particularmente para valores decorrente de soldagem elevados. pode exercer um papel direto na transferncia de

P =PA

12 [ [r 12 1 (Eq.4) metal do eletrodo para a pea.

+-0-1-

4.,,2R2 R

onde pA a presso atmosfri ca, .(4rr. 101H/m) a permeabilidade magntica do0

vcuo.R o raio do condutor e r a distncia ao centro do condutor (r < R). Con-siderando os valores comuns de corrente em soldagem, pode-se mostrar que estapresso muito pequena para causar qualquer efeito importante em um condutorslido. mas que seus efeitos podem ser considerveis no arco ou no metal fundidona ponta de um eletrodo durante a soldagem.

No arco eltrico. esta presso desempenha um papel importante devido ao for-mato cnico usual do arco (Figura 1). Devido a este formato, o valor de R junto aoeletrodo menor do que o seuvalorjunto da pea. onde. portanto. P menor. Estadiferena de presso induz. no arco. um intenso fluxo de gs do eletrodo para apea que independente da polaridade e do tipo de corrente usados e conhecido

como ''.Jato de Plasma". Figura 6.

Figura 7Efeito "Pinch" (esquemtico)

Eletrodo.

Figura 6Representao esquemtica da formao dojato de plasma

O jato de plasma direciona os gases quentes do arco contra a pea. sendo.assim, um dos mecanismos responsveis pela penetrao da solda. Alm disso.ele garante ao arco eltrico uma certa rigidez (o arco um jato de gases) e afeta atransferncia de metal do eletrodo para a poa de fuso (soldagem com eletrodos

consumfveis).

Umoutro efeito importante de origem magntica nasoldagem a arco o chamado"sopro magntico", que consiste de um desvio do arco de sua posio normaldeoperao e que tende a ocorrer de uma forma intermitente e similar a uma chamasendo soprada. O sopro magntico resulta de uma distribuio assimtrica do campomagntico em torno do arco. o que causa o aparecimento de foras radiais atuandosobre o arco e levando alterao de sua posio. Esta distribuio assimtrica docampo magntico pode ser causada por variaes bruscas na direo da correnteeltrica (Figura 8-a) e/ou por um arranjo assimtrico de material ferromagnt ico emtorno do arco, como mostrado esquematicamente nas Figuras 8-b (extremidadesdas peas) e 8-c (peas de diferentes espessuras).

CAPIMD 161SOL.DACEMFUNDAMENTOS C TtCHOLOCIA O ARCO ElTIUCO 0SOtDAaM

O sopro magnticoquase sempre indesejvel na soldagem. pois orienta o arco


36/202

Induomagntica

para direes que. em geral. prejudicam a penetrao e uniformidadedo cordo desolda. alm de causar a instabilidadedo arco e dificultar a operao.

O sopro magntico pode ser minimizado ou eliminado atravs de algumas me-didas simples. entre elas:

inclinar o eletrodo para o lado para o qual se dirige o arco;

(a) soldar com arco mais curto;

usar mais de uma conexo de corrente na pea, visa.ndo balance-la em relao aoarco;

usar corrente de soldagem mais baixa. quando possvel;e

usar corrente alternada. pois o efeito do sopro menor.

5. Exerccios e Prticas de Laboratrio

a) Por que o arco eltrico a fonte de calor mais usada. hoje em dia. para a soldagempor fuso?

(b) b) Como possvel determinar experimentalmentea soma das quedas de potencialnasregies andica e catdica?

c) Por que a corrente de soldagem transportada principalmente por eltrons?1

d) Que proporo da corrente eltrica no arco transportada por eltrons? E por ons : 1positivos?

e) Calcule quantos eltrons e ions so necessrios para transportar uma corrente de 1

150 A. Jf) Explique como cada uma das medidas citadas no texto pode minimizar o sopro mag- l'i

ntico.

lg) Estabelea umarco eltrico de soldagem TIG sobre um bloco de cobre. refrigerado a

gua. com o eletrodo ligado ao polonegativo da fonte de energia. Mea a queda de

tenso no arco para vrias correntes desoldagem. mantendofixos o comprimentodo

Rgura Bcausas de sopro magntico (esquemtico):(a)mudana brusca da direo da corrente na sua passagem doarcoparaa pea; (b) concentrao docampo magnticona borda de umajntade material ferromagntico e (c)concentrao docampo noladomenos espesso deuma 1untado mesmo tipo de material

(e) arco e ongulo da ponta do eletrodo. Mea a tenso no arco para diferentes compri- '. 'mentes, com acorrente e o ngulo da ponta fixos. Repitaas experincias anteriores

l

para diferentes ngulos da ponta do eletrodo. Trace grficos V x 1 e V x.Q. para cada

ngulo. Explique o resultado das experincias.

h) Discuta qual o significado fsico da tangente curva V x 1.

i) Discuta qual osignificado fsico da tangente curva V x.Q.

j) Determine a soma das quedas de tenso andica e catdica.

$.-

Concentrao de


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CAPfTuLO 5

FONTES DE ENERGIA PARA SOLDAGEM A ARCO

1. Introduo

A soldagem a arco utiliza uma fonte de energia (ou mquina de soldagem) pro-jetada especif icamente para esta aplicao e capaz de fornecer tenso e corrente,

em geral. na faixa de 1O a 40 V e 1O a 1.200 A, respectivamente . Nas ltimas trs

dcadas. ocorreu um grande desenvolvimento no projeto e construo de fontes

para soldagem com a introduo de sistemas de controle eletrnicos nestes equipa-

mentos. Atualmente. pode-se encontrar no mercado tanto mquinas convencionais.

cuja tecn.ologia bsica vem das dcadas de 1950 e 1960, como mquinas "eletrni-cas", de desenvolvimento mais recente (dcadas de 1970, 1980 e 1990). No Brasil.

a grande maioria das fontes fabricadas ainda so convencionais. Em pases do pri-

meiro mundo, a situao bastante diferente. No Japo, Europa e Estados Unidos,a maior parte dos equipamentos fabricados para alguns processos de soldagem aarco so eletrnicos.

2. Requisitos Bsicos das Fontes

Uma fonte de energia para soldagem a arco deve atender a trs requisitos bsicos:

produzir saldas de corrente e tenso com caracterlsticasadequadas para umou mais

processos de soldagem:

CA!'TULOS

16SOLD

modenese bracarense 3a ed - pdf

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