Processos de Solda

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<p>Processos de Solda</p> <p>Engenharia Mecnica / Mecatrnica</p> <p>PROF. ENG. HEINER NERI UNIP UNIVERSIDADES PAULISTAS Edio 2011- 2 semestre</p> <p>SoldagemA soldagem considerada como um mtodo de unio, porm, muitos processos de soldagem ou variaes destes so usados para a deposio de material sobre uma superfcie. Definies Operao que visa obter a unio de duas ou mais peas , que visa obter a coalescncia localizada produzida pelo aquecimento at uma temperatura adequada; Processo de unio de materiais baseado no estabelecimento, na regio de contato entre os materiais sendo unidos de foras de ligao qumica de natureza similar as atuantes no interior do prprio material</p> <p>Tipos de fontes na soldagem por fuso</p> <p>Tipos de fontes na solda por presso</p> <p>CaractersticasApesar das falhas no ocorrem em grande nmero e a sua freqncia ser bastante baixa do ponto de vista estatstico, a ocorrncia das mesmas abriu um novo campo de investigao relacionado aos aspectos fsicos e metalrgicos envolvidos na analise de uma falha.</p> <p>Terminologia da Soldagem</p> <p>Solda Eltrica Eletrodo revestidoUsa vareta de solda com revestimento que se vaporiza, protegendo a soldagem. (ex.: Co2,</p> <p>Argnio)</p> <p>Solda MIG / MAGSolda com gs Inerte: utiliza um eletrodo consumvel, e um gs que circunda eletrodo durante a soldagem, o gs serve para a proteo do arco</p> <p>Solda TIGUtiliza um eletrodo no consumvel, a solda colocada na regio de soldagem manualmente, na forma de uma vareta, usa Hlio ou Argnio que envolve o eletrodo, da mesma forma da MIG, o gs serve para a proteo do arco</p> <p>Solda por arco submersoPrincipalmente utilizado em superfcies planas, um material granular depositado na frente da solda e cobre a regio a ser soldada. O eletrodo consumvel protegido por um filme que criado pelo material granular aquecido, permite soldagem de qualidade superior quando comparada aos processos descritos anteriormente.</p> <p>Soldagem por resistnciaBaseia-se na passagem de corrente eltrica pelas superfcies em contato, essa corrente aquece as superfcies causando a soldagem, o efeito maior com o aumento da presso externa entre as superfcies.</p> <p>Soldagem por aquecimentoA soldagem pode ser tambm outro processo que aquea as superfcies que sero soldadas, esse aquecimento pode ser por gs, laser, plasma, feixe eltrons, feixe de prtons, tendo por conseqncia a unio permanente.</p> <p>Soldagem - PlasmaO termo plasma - quarto estado da matria - designa um gs suficientemente aquecido a ponto de se tornar ionizado, isto , constitudo de ons e eltrons livres, porm em equilbrio. Neste estado o gs deixa de ser isolante e passa a conduzir corrente eltrica. Os processos de soldagem a arco eltrico se utilizam justamente desta baixa resistividade para transferir uma alta intensidade de corrente (um arco eltrico) para as peas de trabalho, gerando calor e elevando a temperatura nas mesmas, possibilitando, assim, a fuso e, conseqentemente, a coalescncia de metais. Se esse plasma obrigado a passar atravs de um orifcio, torna-se um jato constrito, de altssima velocidade (alta energia cintica) e concentrado (energia trmica concentrada). Este arco, que tem funes que vo alm da trmica como nos processos convencionais a arco, normalmente denominado arco-plasma.</p> <p>Solda - LaserSoldagem a laser (em ingls: Laser beam welding - LBW) uma tcnica de soldagem utilizada para unir vrias peas de metal por meio do uso de um feixe de laser. O feixe fornece uma fonte de calor concentrada, permitindo, soldas profundas e altas taxas de soldagem. O processo frequentemente usado produo de larga escala, como na indstria automotiva.</p> <p>Princpios consumveis de SoldagemO termo consumveis aplicado aos produtos que so consumidos durante a execuo de uma soldagem. Por exemplo, na soldagem manual com eletrodos revestidos o eletrodo empregado, e na soldagem por arco submerso so o arame e o fluxo. Na soldagem com gs de proteo inclui o gs de proteo argnio, hlio, dixido de carbono ou misturas de gases bem como o arame. Tambm se incluem bocais, peas de reserva e a energia eltrica empregada na soldagem. Entretanto, usualmente o termo fica restrito aos itens controladores ou influentes nas propriedades mecnicas e na qualidade metalrgica da junta soldada. Uma funo primria dos consumveis proteger o metal fundido e aquecido no arco e na poa de fuso da atmosfera, cujo perigo provm do nitrognio e do oxignio que reagem com o metal fundido.</p> <p>Poa de Fuso e DiluoSeria ideal se o metal de solda propriamente dito e a zona afetada pelo calor tivessem exatamente as mesmas propriedades e caractersticas que as do metal de base. Entretanto, isso no possvel, porque o metal de solda fundido, enquanto que a maioria dos metais de base utilizada no estado forjado ou no laminado. Materiais conformados sempre apresentam maior resistncia, ductilidade e tenacidade que os materiais comparveis no estado fundido. O metal de solda , no entanto, uma miniatura de um fundido que rapidamente resfriado, e suas propriedades freqentemente se assemelham s de um material conformado. Essa particularmente a situao com metais ferrosos, porm a combinao de propriedades menos satisfatria em alguns metais no ferrosos como ligas de alumnio e de cobre. Por causa das foras eletromagnticas do arco, a poa de fuso movimenta-se internamente em modelos variados de fluxo dependendo do tipo de junta, da corrente de soldagem e do ngulo que a tocha ou o eletrodo faz com a linha da solda.</p> <p>Aporte TrmicoA maioria dos processos de soldagem por fuso caracterizada pela utilizao de uma fonte de calor intensa e localizada. Esta energia concentrada pode gerar em pequenas regies temperaturas elevadas, altos gradientes trmicos, variaes bruscas de temperatura e, conseqentemente, extensas variaes de microestrutura e propriedades em um pequeno volume de material. Na soldagem a arco eltrico o aporte trmico (heat input) definido como o calor cedido junta soldada por unidade de comprimento e calculado pela equao:</p> <p>Ciclo trmico de SoldagemA variao da temperatura em diferentes pontos da pea durante a soldagem pode ser estimada na forma de uma curva denominada ciclo trmico de soldagem. Os pontos mais prximos da junta sofrero uma variao de temperatura devido passagem da fonte de calor.</p> <p>Ciclo trmico de SoldagemEsta curva apresenta os seguintes pontos importantes: temperatura de pico (Tp), que a temperatura mxima atingida no ponto. Tp diminui com a distncia ao centro da solda e indica a extenso das regies afetadas pelo calor de soldagem; temperatura crtica (Tc), que a emperatura mnima para ocorrer uma alterao relevante como uma transformao de fase, por exemplo; tempo de permanncia acima de uma temperatura crtica (tp), que o tempo em que o ponto fica submetido a temperaturas superiores a uma temperatura crtica; velocidade de resfriamento, que definida pela variao da temperatura sob a rea de resfriamento percorrida.</p> <p>Repartio trmicaOs ciclos trmicos de soldagem e a repartio trmica so principalmente dependentes dos seguintes parmetros: tipo de metal de base, relativamente a sua condutividade trmica, pois quanto maior a condutividade trmica do metal, maior sua velocidade de resfriamento; geometria da junta (uma junta em T possui trs direes para o escoamento de calor, enquanto uma junta de topo possui apenas duas, por isso juntas em T resfriam-se mais rapidamente que juntas de topo para as mesmas condies de soldagem; a espessura da junta aumenta com a velocidade de resfriamento at uma espessura limite; acima desse limite, a velocidade de resfriamento independe da espessura; a velocidade de resfriamento diminui com o aumento do aporte trmico e da temperatura inicial da pea e conseqentemente a repartio trmica torna-se mais larga.</p> <p>A estrutura do metal de soldaEm cordes de solda de aos carbono e carbono-mangans os gros colunares so circundados pela ferrita e freqentemente existem plaquetas de ferrita crescendo a partir dos contornos de gro. Esse tipo de microestrutura apresenta baixa tenacidade, e se for necessrio modific-la o mtodo usual o tratamento trmico de normalizao. Entretanto, numa soldagem multipasses cada cordo de solda tratado termicamente pelo cordo subseqente. O metal que aquecido acima da faixa de temperatura de transformao recristaliza-se em gros equiaxiais de menor tamanho.</p> <p>A estrutura do metal de soldaSempre que a tenacidade for importante, como em estruturas que precisam manter sua integridade a baixas temperaturas de servio, deve ser evitada a tcnica de soldagem de largos cordes tranados, dando-se preferncia tcnica de cordes filetados.</p> <p>Com aos temperveis, aquecimento e resfriamento rpidos podem criar uma camada dura de martensita ao lado do cordo de solda. Um cuidadoso planejamento da seqncia dos passes finais pode reduzir a dureza do metal depositado.</p> <p>Defeitos do metal solda Trincas de solidificaoA maioria dos aos pode ser soldada com um metal de solda de composio similar do metal de base. Muitos aos com alto teor de liga e a maioria das ligas no ferrosas requerem eletrodos ou metal de adio diferentes do metal de base porque possuem uma faixa de temperatura de solidificao maior do que outras ligas. Isso torna essas ligas suscetveis fissurao de solidificao ou a quente, que pode ser evitada mediante a escolha de consumveis especiais que proporcionam a adio de elementos que reduzem a faixa de temperatura de solidificao. A fissurao a quente tambm fortemente influenciada pela direo de solidificao dos gros na solda (veja a Figura abaixo). Quando gros de lados opostos crescem juntos numa forma colunar, impurezas e constituintes de baixo ponto de fuso podem ser empurrados na frente de solidificao para formar uma linha fraca no centro da solda.</p> <p>Defeitos do metal solda Trincas induzidas por hidrognioEsse modo de fissurao acontece a temperaturas prximas da ambiente, sendo mais comumente observada na zona termicamente afetada. O hidrognio introduzido na poa de fuso atravs da umidade ou do hidrognio contidos nos compostos dos fluxos ou nas superfcies dos arames ou do metal de base, resultando em que a poa de fuso e o cordo de solda j solidificado tornam-se um reservatrio de hidrognio dissolvido. Numa poa de fuso de ao o hidrognio se difunde do cordo de solda para as regies adjacentes da zona termicamente afetada que foram reaquecidas suficientemente para formar austenita. medida que a solda se resfria a austenita se transforma e dificulta a difuso posterior do hidrognio.</p> <p>Defeitos do metal solda PorosidadeA porosidade pode ocorrer de trs modos. Primeiro, como resultado de reaes qumicas na poa de fuso, isto , se uma poa de fuso de ao for inadequadamente desoxidada, os xidos de ferro podero reagir com o carbono presente para liberar monxido de carbono (CO). A porosidade pode ocorrer no incio do cordo de solda na soldagem manual com eletrodo revestido porque nesse ponto a proteo no totalmente efetiva. Segundo, pela expulso de gs de soluo medida que a solda solidifica, como acontece na soldagem de ligas de alumnio quando o hidrognio originado da umidade absorvido pela poa e mais tarde liberado. Terceiro, pelo aprisionamento de gases na base de poas de fuso turbulentas na soldagem com gs de proteo, ou o gs evoludo durante a soldagem do outro lado de uma junta em "T" numa chapa com tinta de fundo.</p> <p>Defeitos do metal solda InclusesCom processos que utilizam fluxo possvel que algumas partculas desse fluxo sejam deixadas para trs, formando incluses no cordo de solda. mais provvel de as incluses ocorrerem entre passes subseqentes ou entre o metal de solda e o chanfro do metal de base. A causa mais comum a limpeza inadequada entre passes agravada por uma tcnica de soldagem ruim, com cordes de soldas em concordncia entre si ou com o metal de base. Assim como na porosidade, incluses isoladas no so muito danosas s propriedades mecnicas, porm incluses alinhadas em certas posies crticas como, por exemplo, na direo transversal tenso aplicada, podem iniciar o processo de fratura. Incluses de xidos podem ser encontradas em soldas com gs de proteo onde o gs foi inadequadamente escolhido ou incluses de tungstnio na soldagem GTAW (TIG) com correntes muito altas para o dimetro do eletrodo de tungstnio ou quando este toca a pea de trabalho.</p> <p>Defeitos do metal solda - CrateraJ foi mencionado que a granulao no metal de solda geralmente colunar. Esses gros tendem a crescer a partir dos gros presentes nos contornos de fuso e crescem afastando-se da interface entre o metal lquido e o metal de base na direo oposta ao escoamento de calor. Um ponto fundido estacionrio teria naturalmente um contorno aproximado no formato circular, porm o movimento da fonte de calor produz um contorno em forma de lgrima com a cauda na direo oposta ao movimento. Quanto maior for a velocidade de soldagem, mais alongado ser o formato da cauda. Se a fonte de calor for repentinamente removida, a poa fundida solidifica com um vazio que denominado cratera. A cratera est sujeita a conter trincas de solidificao na forma de estrela.</p> <p>ZTA Zona termicamente afetadaNenhuma solda por fuso pode ser realizada sem acumular um gradiente trmico no metal de base. A difuso de calor para o metal de base fortemente influenciada pela temperatura da poa de fuso e pela velocidade de soldagem. Soldagem com alta potncia e alta velocidade reduz o gradiente trmico. Essa regio desenvolve gros grosseiros (regio de crescimento de gro) porm um pouco mais alm, onde a temperatura no foi to alta, entrando na faixa acima da temperatura de transformao mas no atingindo a regio austentica, o tamanho de gro menor (regio de refino de gro). Raramente a condio de soldagem to simples, porque os metais de base so freqentemente imperfeitos quando observados detalhadamente, sendo tambm possvel para a poa de fuso introduzir hidrognio na zona termicamente afetada. Esta , portanto, uma regio potencial de defeitos e seu comportamento em um material qualquer um aspecto importante da considerao de soldabilidade.</p> <p>Fissurao na ZTA por hidrognioEsse tipo de fissurao pode ocorrer nos aos e resulta da presena de hidrognio numa microestrutura temperada suscetvel fissurao como a martensita, aliada tenso aplicada. Normalmente pouco pode ser feito sobre a tenso, embora seja conhecido que juntas com aberturas excessivas sejam mais suscetveis fissurao. As medidas prticas para evitar a fissurao dependem de reduzir o hidrognio na poa de fuso e evitar uma ZTA endurecida. Para qualquer ao a dureza atingida na ZTA depende diretamente da taxa de resfriamento e quanto maior a taxa de resfriamento mais facilmente a estrutura pode trincar. Um importante fator influenciando a taxa de resfriamento a massa de material sendo soldada: quanto maior a espessura da junta, maior a velocidade de resfriamento.</p> <p>Fissurao na ZTA por hidrognioO controle da microestrutura alcanado principalmente de duas maneiras. 1. escolhendo um ao que tenha uma temperabilidade adequada. A temperabilidade de um ao determinada por seu teor de carbono e de outros elementos de liga como mangans...</p>