Soldagem

Prof. Hélio Padilha

Métodos de união dos metais

• Os métodos de união dos metais podem ser divididos em duas categorias principais:– Baseados na ação de forças macroscópicas entre

as partes a serem unidas.• Parafusagem, rebitagem, etc.

– Baseados na ação de forças microscópicas entre as partes a serem unidas.• Soldagem, brasagem.

Soldagem - definição

• Operação que visa obter a união localizada produzida pelo aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a aplicação de pressão e de metal de adição.“

• Definição a adotada pela AWS - American Welding Society.

– Operação que visa obter a união de duas ou mais peças, assegurando, na junta soldada, a continuidade de propriedades físicas, químicas e metalúrgicas.

Formação da junta soldada• De uma forma simplificada, uma peça metálica é formada por um

grande número de átomos dispostos em um arranjo espacial característico (estrutura cristalina). Átomos localizados no interior desta estrutura são cercados por um número de vizinhos mais próximos, posicionados a uma distância r0, na qual a energia do sistema é mínima.

Formação da junta soldada• As superfícies metálicas estão normalmente recobertas por camadas

de óxidos, umidade, gordura, poeira, etc, o que impede um contato real entre as superfícies, prevenindo a formação da solda. Estas camadas se formam rapidamente e resultam exatamente da existência de ligações químicas incompletas na superfície.

• Formação da camada de óxido (por exemplo: Al2O3 apresentando 1200 Å de espessura, após 15 s de exposição, e temperatura de fusão de 2050 °C)

Formação da junta soldada• Dois métodos principais são utilizados para superar estes

obstáculos, os quais originam os dois grandes grupos de processos de soldagem. O primeiro consiste em deformar as superfícies de contato permitindo a aproximação dos átomos a distâncias da ordem de r0. As peças podem ser aquecidas localmente de modo a facilitar a deformação das superfícies de contato.

Formação da junta soldada• O segundo método se baseia na aplicação localizada de calor na

região de união até a sua fusão e do metal de adição (quando este é utilizado), destruindo as superfícies de contato e produzindo a união pela solidificação do metal fundido.

• Assim, uma forma de classificação dos processos de soldagem consiste em agrupá-los em dois grandes grupos baseando-se no método dominante para produzir a solda:– processos de soldagem por pressão (ou por deformação) – processos de soldagem por fusão.

Principais processos

Evolução histórica• As primeiras evidências históricas sobre o processo de união por

soldagem datam de 3000 a 2000 aC (brasagem e forjamento – Egito/Iraque).

• Advento do gerador elétrico “dínamo” (Faraday, 1831).• Patente para o carbon arc welding (Bernardus e Olszevanski, 1885).

Evolução histórica

• Desenvolvimento do eletrodo revestido (camada de argila – Strohmenger, 1900 e imersão em banho mineral “cal”– Oscar Kjellberg, 1907).

• I e II Guerras Mundiais (necessidade de produção rápida e confiável).

• Precursores dos processos TIG e MIG considerados antieconômicos (Hobart e Devers, 1926).

• Patentes dos processos TIG (Meredith e Pauleka, 1941/42) e MIG (Muller, 1948/50).

• Desenvolvimento da soldagem em corrente pulsada (TWI, 1965).

Evolução histórica• Uso de circuitos integrados e

componentes eletrônico no estado sólido em fontes de potência (1975).

• Fabricação comercial de fontes com transistores de potência e tecnologia inversora (1980).

• Atualmente, incorporação cada vez maior da eletrônica e da informática (facilidade e confiabilidade na intervenção das variáveis de soldagem).

Terminologia• Soldagem (welding) é o processo de união de materiais, a solda (weld)

é o resultado deste processo.• Metal base (base metal): material da peça que sofre o processo de

soldagem.• Metal de adição (filler metal): material adicionado, no estado líquido,

durante a soldagem (ou brasagem).• Poça de fusão (weld pool): região em fusão, a cada instante, durante

uma soldagem.• Penetração (penetration): distância da superfície original do metal de

base ao ponto em que termina a fusão, medida perpendicularmente à mesma.

Terminologia

• Junta (joint): região entre duas ou peças que serão unidas.

• Tipos de junta: – topo (butt)– ângulo (tee)– canto (corner)– sobreposta (lap) – de aresta (edge).

Terminologia

• Chanfro (groove): corte efetuado na junta para possibilitar/facilitar a soldagem em toda a sua espessura.

Tipos de juntas e exemplos de chanfros

Tipos de juntas e exemplos de chanfros

Elementos de um chanfro• Face da raiz ou nariz (s) (nose,

groove face): parte não chanfrada de um componente da junta.

• Garganta, folga ou fresta (f) (root opening): menor distância entre as peças a soldar.

• Ângulo de abertura da junta (α) (groove angle) e ângulo de chanfro (β) (bevel angle).

• Os elementos de um chanfro são escolhidos de forma a permitir um fácil acesso até o fundo da junta, mas, idealmente, com a menor necessidade possível de metal de adição.

Cordão de solda• Raiz (root): região mais profunda do cordão de solda. Em uma junta

chanfrada, corresponde à região do cordão junto da fresta e do encosto. Tende a ser a região mais propensa à formação de descontinuidades em uma solda.

• Face (face): superfície oposta à raiz da solda.• Passe (pass): depósito de material obtido pela progressão sucessiva de

uma só poça de fusão. Uma solda pode ser feita em um único ou em vários passes.

• Camada (layer): conjunto de passes localizados em uma mesma altura no chanfro.

• Reforço (reinforcement): altura máxima alcançada pelo excesso de material de adição, medida a partir da superfície do material de base.

• Margem (toe): linha de encontro entre a face da solda e a superfície do metal de base.

Cordão de solda

Cordão de solda

• A zona fundida de uma solda é constituída pelo metal de solda, que é a soma da parte fundida do metal de base e metal de adição.

• A zona termicamente afetada é a região do metal de base que tem sua estrutura e/ou propriedades mecânicas alteradas pelo calor de soldagem

Posição de soldagem

• A posição da peça a ser soldada e do eixo da solda determina a posição de soldagem que pode ser plana, horizontal, vertical e sobre-cabeça.

1G; 2G; 3G; 4G

1F; 2F; 3F; 4F

Simbologia• Símbolos padronizados são usados para indicar a

localização, detalhes do chanfro e outras informações de operações de soldagem em desenhos de engenharia. Existem sistemas de símbolos de soldagem desenvolvidos em normas de diferentes países. No Brasil, o sistema mais usado é o da American Welding Society, através de sua norma AWS A2.4, Symbols for Welding and Nondestructive Testing. Contudo, símbolos baseados em normas de outros países são, também, usados. Como estes símbolos são similares aos da AWS, mas apresentam diferenças em detalhes, isto pode levar à interpretação errada de desenhos.

Simbologia

Simbologia

Simbologia

Classificação • Manual: toda a operação é realizada e controlada

manualmente pelo operador

• Semiautomática: soldagem com controle automático da alimentação do metal de adição, mas com controle manual pelo soldador do posicionamento da tocha e seu deslocamento

• Mecanizada: soldagem com controle automático de alimentação do metal de adição, controle do deslocamento do cabeçote de soldagem pelo equipamento, mas com posicionamento, acionamento do equipamento e supervisão da operação sob responsabilidade do operador de soldagem.

• Automática: soldagem com controle automático de praticamente todas as operações.