tratamento termico alivio de tensoes em soldas

TRATAMENTO TRMICO ALIVIO DE TENSES

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1.0

TRATAMENTO TRMICO ALVIO DE TENSES 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 INTRODUO CONSIDERAES SOBRE ALVIO DE TENSES CLASSIFICAO DOS METAIS CONFORME P-NUMBER INDICAES PARA UNIO DE METAIS DISSIMILARES TRATAMENTO TRMICO DE ALVIO DE TENSES

APLICADO NOS AOS MAIS UTILIZADOS COMERCIALMENTE 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 ALVIO DE TENSES PARA VASOS DE PRESSO COMPARAO ENTRE AS PRINCIPAIS NORMAS TRATAMENTO TRMICO LOCALIZADO BIBLIOGRAFIA AUTORES

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1.0

TRATAMENTO TRMICO ALVIO DE TENSES

1.1

INTRODUO

O presente trabalho tem por objetivo fornecer informaes do tipo consulta rpida, sobre metais e normas, mais comumente utilizadas na indstria em relao ao tratamento trmico de alvio de tenses aps a soldagem.

1.2

CONSIDERAES SOBRE ALVIO DE TENSES

As tabelas 1 e 2 trazem informaes importantes que devem ser consideradas antes de se realizar um tratamento trmico para alvio de tenses.



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Tenses

Tabela 1 Dados Na soldagem resultam de dilatao e contrao da poa de fuso, afetando a ZTA e ZFAumento da dureza, reduo da tenacidade, aumento do nvel de tenses

Principais localizadas, aumento do risco de fissuraes, reduo de resistncia Efeitos Mtodos mais utilizados para reduo de tenses residuais Principal Funo EfeitosReduo de tenses residuais atravs do aumento da ductilidade, diminuindo a dureza, melhorando as condies metalrgicas da ZTA e ZF, promovendo estabilidade dimensional corroso sobre tenso, fissurao pelo hidrognio, fratura frgil, fadiga, podendo colaborar para a propagao dos defeitos de solda (trincas) frio martelamento, quente - pr-aquecimento cuja finalidade aquecer a regio a ser soldada provocando uma transio menos brusca da temperatura; - alvio de tenses atravs de tratamento trmico aquecer de 50 a 100 C abaixo da temperatura crtica de transformao permanecendo nessa temperatura por um determinado tempo (enxarque em funo da espessura) e resfriamento controlado (lento)

Reduo dos limites de resistncia e de escoamento, relaxamento das tenses compressivas que impediam a propagao de trincas, aumento Secundrios da temperatura de transio dctil para frgil em relao ao metal base, alterao dimensional e risco de reao do hidrognio com o carbono e gerando metano e consequentemente risco de fragilizao a frio (so mais Indesejveis pronunciados quanto maior forem as temperaturas e o tempo de tratamento). No forno: com aquecimento em todo o equipamento, com aquecimento em partes do equipamento, com aquecimento em subconjuntos soldados com posterior tratamento trmico na solda final Modo de Aquecendo internamente o equipamento, isolando-o externamente execuo Aquecendo circunferencialmente uma seo do vaso Aquecendo juntas circulares de conexes de forma localizada de largura pelo menos trs vezes a maior dimenso do cordo de solda, protegendo a regio externa da rea aquecida



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Tabela 2 Variveis a serem consideradas no alvio de tenses

VarivelQuanto maior for a diferena entre a mxima e a mnima espessuras dos componentes a serem soldados (*) Se a diferena entre a mxima e a mnima espessuras for menor que 4/1 (*) A AWS propem quando o alvio de tenses tem como finalidade a estabilidade dimensional

AoMais lenta dever ser a taxa de mudana de temperatura A taxa de aquecimento no deve exceder a 205 C O tempo de enxarque deve ser de 1h/pol. de espessura da parte mais espessa Tem como funo reduzir tenses internas Tem como finalidade manter a estabilidade dimensional Para evitar deformaes permanentes

Alvio de tenses para vasos de presso e tubulao (dutos) (*) Alvio de tenses para outros conjuntos para bases de mquinas (*) Devemos considerar a diferena de dilatao entre o ao inox e o ao carbono (*) Prever respiros para expanso de ar aquecido Para evitar trincas e confinado na solda de reforo de conexes (**) Alvios de tenses so exigidos para Quando estes trabalharem em contato equipamentos de ao carbono soldado (**) com H2, H2S, HF, NCOH, NaOH, KCl e equipamentos sujeitos a temperaturas inferiores a 30 C ou com espessuras maiores ou iguais a 38 mm Aos ligados tendem a trincar durante o alvio Estudar cuidadosamente cada caso de tenses (**) (*) Cdigo ASME (**) Cdigo ASME/Requisitos e normas da Petrobrs

1.3

CLASSIFICAO DOS METAIS CONFORME P-NUMBER

Com a finalidade de reduzir o nmero de qualificaes dos procedimentos de soldagem, os metais de base foram agrupados atravs de P-Numbers, sendo que os metais ferrosos foram subdivididos em Group-Numbers, conforme seus requisitos para teste de impacto. Os metais do mesmo grupo possuem composio qumica, propriedades mecnicas e soldabilidade semelhantes, porm isto no significa que podemos substituir um metal de base que tenha sido aprovado numa qualificao por outro do mesmo grupo.



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Abaixo segue a tabela 3 com a classificao: Tabela 3 Grupos listados no item QW - 420 do ASME - Seo IX Div.1 P-N 1 Aos Carbono: C < 0,35% Aos de baixa liga: Cr < 0,5% P-N 3 Total de elementos por liga < 2,0% Este grupo inclui os aos C-Mo; Mn-Mo e Cr-Mo. Aos de baixa liga: 0,5% < Cr < 2,0% P-N 4 Total de elementos por liga < 2,75% Este grupo inclui os aos Cr-Mo e aos de outras ligas Aos de baixa liga: 2,25% < Cr < 10,0% P-N 5 Este grupo inclui os seguintes aos: Baixo Cr (2-3%), Mdio Cr (4-6%), Alto Cr (7-9%) Aos e suas ligas P-N 6 Aos de alta liga (martensticos): 12-15% Cr P-N 7 Aos de alta liga (ferrticos): 12-17% Cr Aos de alta liga (austenticos): aos inoxidveis da P-N 8 srie 300 P-N 9A Aos ao nquel: 2-3% Ni P-N 9B Aos ao nquel: 3-4% Ni P-N 10A Outras ligas a 10I P-N 11A Aos ao nquel: 4-9% P-N 11B Outras ligas Alumnio e suas ligas P-Ns 21, 22, 23 e 25 P-Ns 31, 32, 33, 34, 35 Cobre e suas ligas P-Ns 41, 42, 43, 44, 45, 46 Nquel e suas ligas P-Ns 51 e 52 Titnio (no ligado) Zircnio (no ligado) P-Ns 61

1.4

INDICAES PARA UNIO DE METAIS DISSIMILARES

As tabelas 4a, 4b, 4c e 4d esto relacionadas com a unio de metais dissimilares, elas nos indicam quais materiais possuem afinidade, quais consumveis devemos utilizar e os parmetros para o tratamento trmico. Nas tabelas 4a e 4b, de acordo com a interseco dos materiais a serem utilizados, obtemos um nmero e uma letra. De acordo com o nmero obtido, na tabela 4c, temos o consumvel mais indicado e atravs da letra, na tabela 4d temos os parmetros para o tratamento trmico, quando necessrio.



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Tipo

PN 310 (*) P1 P3 P4 P5 P5 P5 P6 P7 P9 P8 P8 P8 P8 12A 12B 12D

Ao C C Mo 1 Cr 1/2 Mo 2 Cr 1Mo 5 Cr 1/2 Mo 9 Cr 1 Mo 12 Cr 410 12 Cr 405 3 Ni 304 304L 347 321 316 316L 310

Tabela 4a Combinao de metal base Materiais Ferrosos 316 347 304 3 1/2 12 12 9 Cr 5 Cr 1/2 316L 321 304L Ni Cr Cr 1 405 410 Mo Mo 12A 12A 12A 1C 1B 1F 1G 1E 12B 12B 12B 2C 2B 2F 2G 2E 12D 12D 12D 3D 3D 3F 3G 3E 4E 5E 6G 7F 7C 4E 5E 6G 7F 12H 7D 4F 5F 6G 7F 4G 5G 6G 4E 5E

2 1/4 Cr 1E 2E 3E 4E

1 1/4 Cr 1D 2D 3D

C Mo 1B 2B

AC

1A

12E 12E 12E 12E 12E 12E 12E 12E 12G 12G 12G 12G 12F 12F 12F 12F 12H 12H 12H 12H 12C 12C 12C 8C 13AC 9H 9H 9H 10H 10H 10H 11H 11H 16H

Tabela 4b Combinao de metal base Ligas de Ni Tipo PN Nquel 200 Monel 400 Inconel Incoloy Ao Carbono P1 13H 14H 13H 13H Ao Inox P8 13H 13H 13H 13H Incoloy P45 13H 13H 13H 13H Monel P42 15H 14H Nquel P41 15H



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Tabela 4c Consumvel de soldagem N. Material Eletrodo Revestido ASME AWS 1 Ao Carbono 5.1 E 7018 2 C Mo 5.5 E 7018 A1 3 1 1/4 Cr 1/2 Mo 5.5 E 8018 B2 4 2 1/4 Cr 1 Mo 5.5 E 9018 B3 5 5 Cr 1/2 Mo 5.4 E 502 6 9 Cr 1 Mo 5.4 E 505 7 12 Cr 5.4 E 410 8 3 1/2 Ni 5.5 E 8018 C2 9 304 5.4 E 308 304L 308L 10 347 5.4 E 347 11 316 316L 5.4 E316 E316L 12 309 5.4 E 309 E309 Mo E 309 CB E 309L 13 Inconel 5.11 E NiCrFe 3 14 Inconel 5.11 E NiCrFe 4 15 Monel 5.11 E NiCu 7 16 Nquel 5.11 E Ni 1 17 310 5.4 E 310

Arame Slido ASME AWS 5.18 ER 70S-2 5.18 ER 80S-D2 5.28 ER 80S-B2 5.28 ER 90S-B3 5.9 ER 502 5.9 ER 505 5.9 E 410 5.28 ER 80S-Ni 3 5.9 ER 308 ER 308L 5.9 ER 347 5.9 ER 316 ER 316L 5.9 ER 309 ER 309 Mo ER 309 CB ER 309L 5.14 ER NiCR 3 5.11 ER NiCR 3 5.14 ER NiCu 7 5.14 ER Ni 1 5.9 ER 310

Tabela 4d Tratamento trmico e pr-aquecimento Pr-aquecimento mnimo Patamar mnimo (C) Letra (C) X Tempo (H) (*) 10 C mnimo T 3/4pol. A T > pol. 100 C mnimo T > 3/4pol. 595 C X H/pol. 10 C mnimo T 1/2pol. B T > 1/2pol. 100 C mnimo T > 1/2pol. 595 C X H/pol. C 100 C mnimo 595 C X H/pol. D 150 C mnimo 705 C X H/pol. 2 H mnimo E 180 C mnimo 705 C X H/pol. 2 H mnimo F 200 C mnimo 725 C X H/pol. 2 H mnimo 180 C mnimo 705 C X H/pol. 2 H mnimo G Pos-aquec. 300 C X H/pol. H 10 C mnimo

Tratamento Trmico Desnecessrio Opcional Desnecessrio Opcional Obrigatrio Obrigatrio Obrigatrio Obrigatrio Obrigatrio

Desnecessrio



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1.5 TRATAMENTO TRMICO DE ALVIO DE TENSES APLICADO NOS AOS MAIS UTILIZADOS COMERCIALMENTE

A tabela 5 indica a temperatura e o tempo de patamar de acordo com o tipo de ao no alvio de tenses.

Tabela 5 Parmetros para alvio de tenses

Tipo de ao Ao CarbonoCom C > 0,35% Com C 0,35% Espessura < " Espessura "

Temperatura do Tempo no patamar C595-675

patamar h1

Ao C-Mo Ao Cr-Mo

Espessura = " Espessura " Com C < 0,20% Com 0,20 C 0,35%

595-675 595-675 675-760 720-745 730-760 730-760 745-775 775-800 870

1 2 2-3 2 3 3 3 2 2

Com 2% Cr e 0,5% Mo Com 2,25% Cr e 1% Mo Com 5% Cr e 0,5% Mo Com 9% Cr e 1% Mo 410 e 430 309 e 310

Ao Inox



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A tabela 6 indica um resumo sobre o tratamento trmico aplicado aos aos inoxidveis.

Tabela 6 Resumo do tratamento trmico dos aos inoxidveis Tipo de tratamento trmico Redistribuio de tenses Alvio de tenses parcial Alvio de tenses pleno SolubilizaoPrevenir corroso intergranular todos acima de 900

Faixa de Finalidade do Trabalho Aos Inoxidveis Temperatura (C)Homogeneizar o conjunto todos aumentar o limite de escoamento e resistncia Minimizar distores por usinagem e conjuntos soldados Aliviar tenses 290 a 425

graus "L" 321 347 425 a 595

graus "L" 321 348 815 a 870

1.6

ALVIO DE TENSES PARA VASOS DE PRESSO

A tabela 7 indica os principais tpicos para o tratamento trmico de alvio de tenses em vasos de presso de acordo com a espessura do tipo de ao (P Number).

Tabela 7 Parmetros para alvio de tenses de vasos de presso Espessura Aquecimento Resfriamento nominal (mm) 25 25-31 31-38 38-44 44-50 50-63 63-75 75-88 88-100 100

Tempo de PN Grupo N T(C) permanncia patamar 50 50 - 125 > 125595 595 595 705 680 595 595 595 540 595

mx. C/h acima de 427 C220 170 145 120 110 85 10 60 55 55

mx. C/h acima de 427 C275 220 185 155 135 110 90 75 65 55

1 1, 2, 3 3 1, 2, 3 4 1,2 5 1,2 9A 1 9B 1 10A 1 10B 1 10C 1 10F 1

1 hora para cada 25mm

2h + 15min por 25mm acima de 50mm 5h + 1h 15min para por 25 cada mm 25mm acima de 125mm

Abaixo de 427 C no necessrio controle de temperaturaCopyright 2002 Ncleo Tecnolgico de Soldagem & Qualidade So Paulo/SP


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A tabela 8 se aplica ao tratamento trmico de alvio de tenses para vasos de presso, segundo a sua construo e funcionamento (fundos e cilindros) de acordo com ASME VIII div. 1

Tabela 8 Fundos e cilindros conformados a frio ASMEVIII Div.1 Espessura nominal (mm) Raio de conformao Fundo Cilindro Condio para execuo do alvio de tenses do fundo do cilindro

6,3 94,5 63,0 Raio menor que o indicado E 8,0 120,0 80,0 Equipamento opera com substncia letal, ou 9,5 142,5 95,0 Exigncia de ensaio de impacto, ou 12,5 187,5 125,0 Reduo de espessura conformada > 10%, ou 16,0 240,0 160,0 Temperatura de conformao de 120 480 C 19,0 285,0 190,0 22,4 336,0 224,0 25,0 375,0 250,0 31,5 472,5 315,0 Raio menor que o indicado 37,5 562,5 375,0 50,0 750,0 500,0 63,0 945,0 630,0 75,0 1125,0 750,0 Se o fundo ou cilindro for aplicado a vaso soldado, onde se far tratamento trmico aps soldagem, dispensa-se o alvio devido a conformao a frio do fundo ou cilindro A tabela 9 indica como pode ser reduzida a temperatura de patamar, para um vaso de presso, desde que ocorra um aumento no tempo de permanncia do vaso no forno na temperatura de patamar.

Tabela 9 Reduo do tempo de patamar Reduo de temperatura de patamar (C)28 56 83 111

Tempo mnimo de patamar (h/1pol.)2 4 10 (P-1, Gr 1, 2) 20 (P-1, Gr 1, 2)




1.7

COMPARAO ENTRE AS PRINCIPAIS NORMAS

A tabela 10 indica os parmetros para tratamento trmico de alvio de tenses segundo as principais normas internacionais.

Tabela 10 Principais parmetros de TTAT conforme normas internacionais Parmetros de Tratamento Trmico de Alvio de Tenses Temperatura Inicial de Controle (Ti) Taxa de Aquecimento (TA) Taxa de Resfriamento (TR) Temperatura de Patamar (*) Tempo de Permanncia Temperatura Final de Controle (TF) Diferena de Termopares no Aquecimento Diferena entre Termopares no Patamar Distncia entre TermoparesA cada (m) Mx 4,6 4,6 4,5 C Mn 83 83 40 C Mx 139 140 150 C/Hora Mx C/Hora Mx C Hora C Mn 222 278 595 (**) 427 220 260 220 275

UnidadeC Mx

ASME427

AWS315

BS400

590 a 650 580 a 620 (**) 315 (**) 400

(*) Aplicvel para aos carbono (**) 1 hora para cada pol. de espessura nominal En




1.8

TRATAMENTO TRMICO LOCALIZADO

A tabela 11 nos indica as principais exigncias para a execuo de tratamento trmico localizado, em seguida, temos um modelo de procedimento com todos os parmetros necessrios para a execuo do mesmo.

Tabela 11 Comparativo entre normas DimensoBS 5500 Toda a circunferncia do vaso numa extenso de 2,5 . Rt, para cada lado da junta soldada

NormaASME Toda a circunferncia do vaso numa extenso de 2.t, para cada lado da junta soldada

ISO DIS 2694 Toda a Extenso a ser circunferncia do aquecida para vaso numa extenso soldas de 2,5 . Rt, para circunferenciais e cada lado da junta longitudinais soldada Toda a circunferncia Toda a circunferncia Toda a circunferncia do do vaso numa do vaso numa Extenso a ser extenso de 2,5 . extenso de 12.t + a vaso numa extenso aquecida para maior largura externa de 2,5 . Rt, para soldas de atracao Rt, para cada lado da junta soldada, cada lado da junta da junta soldada de bocais para cada lado da soldada junta soldada No especifica A temperatura nas A temperatura nas bordas da regio bordas da regio aquecida dever ser aquecida dever ser igual a da Gradiente Trmico igual a da temperatura mxima, temperatura mxima, em qualquer instante em qualquer instante do tratamento do tratamento 220 C/h.pol. da 260 C/h.pol. da 260 C/h.pol. da Taxa de menor espessura menor espessura menor espessura Resfriamento sendo tratada sendo tratada sendo tratada 220 C/h.pol. da 220 C/h.pol. da 220 C/h.pol. da Taxa de menor espessura menor espessura menor espessura Aquecimento sendo tratada sendo tratada sendo tratada onde: R = raio externo da junta soldada t = maior espessura da junta soldada, sem considerar o reforo da junta




PROCEDIMENTO DE TRATAMENTO TRMICO

TT n. 003 FOLHA

PEA/ SUB CONJUNTO CONJUNTO CLIENTE QUANT. PEA Bocais 44D, 44F 2 DADOS DO EQUIPAMENTO 1. IDENTIFICAO 2. DIMENSES 3. ESPESSURAS Equipamento FA249N Dimetro 3 polegadas 1 polegada 4. DADOS DOS CLCULOS 4.1 TEMPERATURA INICIAL DE CONTROLE: C Max 300C 4.2 TAXA DE AQUECIMENTO C/Hora Max 320C/hora mximo 4.3 TAXA DE RESFRIAMENTO C/Hora Max 390C/hora mximo 4.4 TEMPERATURA DE PATAMAR C 1100 a 1200C 4.5 TEMPO DE PATAMAR Horas Min 75 minutos mnimo 4.6 TEMPERATURA FINAL DE CONTROLE C Min 300C 4.7 DIFERENA DE TERMOPARES NO AQUECIMENTO: C Max 20C 4.8 DIFERENA ENTRE TERMOPARES PATAMAR: C Min 20C 4.9 NMERO DE TERMOPARES: Min 14 5. CROQUI DO EQUIPAMENTO E LOCALIZAO DOS TERMOPARES

6. CICLO TRMICO

EMITIDO POR:

APROVADO POR:

REVISO




1.9

BIBLIOGRAFIA

CARVALHO, Nestor Ferreira, Curso de Inspeo e Manuteno de Vasos de Presso, Cap. 3, Pg. 01 a 25, dez. 1998; TELLES, Pedro C. da Silva, Materiais para Equipamentos de Processos, 3 ed. em portugus, Rio de Janeiro, Intercincia , 1986; LINCOLN, Eletric Co. The Procedure Handbook of Arc Welding, 30 ed. em ingls, USA, Cap. 3.3 a 7, 1995; ASME, American Society of Mechanical Engineers, Boiler and Pressure Vessel Code, ASME VIII, div. 1, USA, 1992; GIMENES JR, Luiz, Curso de Tratamento Trmico de Alvio de Tenses em Juntas Soldadas, So Paulo, ABS/FATEC, 2000; GIMENES JR, Luiz e vrios autores, Coleo Tecnologia SENAI, 1 ed. em portugus, So Paulo, SENAI, Cap. Tratamento Trmico Aplicado Soldagem, Pg. 125 a 140, 1997; TELLES, Pedro C. da Silva, Vasos de Presso, 1 ed. em portugus, Rio de Janeiro, Livros Tcnicos e Cientficos, Pg. 280 a 283, 1991; CATERPILLAR BRASIL S/A, Curso de Tecnologia Mecnica, Teoria da Metalurgia e Tratamento Trmico, 2 ed. em portugus, So Paulo, 1979.

1.10 AUTORES Alexandre Custdio Silva n. 981479-5 Carlos Alberto Silva Mayer n. 981483-3 e-mail: [email protected] Joo Rocha Cavalcante n. 981498-1


SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS

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2.0

SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.7 2.8 INTRODUO

MECANISMOS DE DESGASTE MAIS IMPORTANTES MATERIAIS DE ADIO RESISTENTES AO DESGASTE FORMAS DO METAL DE ADIO SELEO DE LIGAS PARA REVESTIMENTO CONSIDERAES ESPECIAIS AUTOR



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2.0 2.1

SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS Introduo

Falhas prematuras em peas e/ou equipamentos por fenmenos de desgaste, tm onerado as indstrias em todo o mundo em centenas de bilhes de dlares anualmente, seja por investimento na aquisio de uma pea nova ou na recuperao da pea desgastada. O desgaste pode ser mantido dentro de certos limites aceitveis, desde que tenhamos pleno conhecimento dos esforos a que a pea ou equipamento estaro submetidos e principalmente dos mecanismos de desgaste atuantes. Atualmente, devido a evoluo tecnolgia, possvel proteger com alta eficincia, determinado componente ou superfcie que eventualmente esteja exposta a qualquer tipo de desgaste, aplicando-se um revestimento. O revestimento pode ser executado por vrias tcnicas/processos tais como eletrodeposio, pintura ou ainda, soldagem. Entre as finalidades do revestimento soldado podemos citar: melhorar a eficincia do equipamento mantendo cantos vivos nas bordas e arestas cortantes, contribuir para a reduo no consumo de potncia (mantendo a capacidade de corte) contribuir para a reduo do custo de mquinas e novas instalaes possibilitando peas revestidas de baixo custo, permitir a recuperao de peas desgastadas sem necessidade de substituio, aumentar a vida til de instalaes, peas e ferramentas, diminuio do tempo de parada de equipamentos e possibilitar melhores solues nos projetos de mquinas com a aplicao de materiais muito sobre um ncleo tenaz. A soldagem de revestimentos, para ter sucesso, necessita que se cumpram algumas etapas consideradas fundamentais para que seja realizada com sucesso. Assim, de suma importncia sabermos definir com certa preciso o(s) mecanismo(s) de desgaste atuante(s), para podermos escolher um material de adio o mais resistente possvel contra o(s) desgaste(s) identificado(s), elevando dessa maneira a vida til das peas ou equipamentos.

2.2

Mecanismos de Desgaste mais importantes

O desgaste , de maneira geral, o deslocamento indesejvel de material de determinada superfcie. Nos metais, esse processo pode ocorrer pelo contato com outros metais, slidos no metlicos, lquidos em movimento, ou ainda partculas slidas ou partculas de lquido transportadas em um fluxo gasoso. O desgaste implica em um dano que ocorre na superfcie de um slido, devido ao movimento relativo entre a superfcie e uma ou mais substncias em contato com ela. Pode ser definido como a perda progressiva de material da superfcie considerada. Nessa definio ampla, pode-se incluir diversos fenmenos como corroso, oxidao, fluncia, fadiga, efeitos devido ao atrito e ao impacto e a ao de deformao e corte por micro usinagem promovida por partculas abrasivas. O erro mais comum no controle de desgastes a falta de reconhecimento do fato que temos vrias formas de desgaste e que cada uma deve ser considerada independentemente. O que pode ser um bom projeto ou material para resistir a uma forma de desgaste, pode ser ruim para outra.Copyright 2002 Ncleo Tecnolgico de Soldagem & Qualidade So Paulo/SP


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Abraso, adeso, eroso e fadiga supercial so considerados os principais mecanismos de desgaste. A ocorrncia de cada um dos mecanismos em situaes prticas em termos de porcentagem dos caso identficados, a seguinte: Abraso 50%, Eroso - 8% e demais mecanismos incluindo corroso - 27%.

2.2.1 Desgate por Abraso

O desgaste por abraso ocorre quando partculas duras deslizam ou so foradas contra uma superfcie metlica em relao qual esto em movimento, provocando por deslocamento ou amassamento a retirada (remoo) de material. Fig. 1

A ao abrasiva pode ser direta, quando a remoo de partculas da superfcie metlica por cisalhamento ou indireta, por fadiga superficial, indiferente se o abrasivo se desloca em relao pea ou a pea (superfcie metlica que est sendo desgastada) desloca-se em relao partcula abrasiva. As partculas abrasivas so na grande maioria dos casos de origem mineral. A razo de desgaste depende do grau de penetrao da partcula abrasiva na superfcie metlica e est relacionada com a dureza do material. As caractersticas e dimenses das partculas, a maior ou menor presso de escorregamento ou amassamento sobre as superfcies metlicas abrasadas, determinam a classificao da abraso. O desgaste abrasivo dividido em trs tipos: - Goivagem quando partculas abrasivas de grandes dimenses agem sobre a superfcie metlica, formando sulcos profundos. Este mecanismo, envolve a remoo de fragmentos relativamente grandes da superfcie pela ao do material abrasivo grosseiro.



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- Riscamento quando ocorre deslocamento com tenses menores do que a tenso de compresso do abrasivo. O material removido da superfcie em pequenos ngulos de incidncia por processo de risco ou micro usinagem. - Moagem quando as partclas abrasivas, frequentemente minerais, so presas entre duas superfcies metlicas sob carga. A alta tenso na fragmentao do abrasivo na moagem, caracteriza um sistema em que a resistncia a compresso do abrasivo excedida.

2.2.2 Desgaste Adesivo

Todas as superfcies macroscopicamente lisas (polidas), so rugosas numa escala microscpica ou atmica. Quando duas superfcies metlicas so colocadas em contato, o mesmo feito por algumas poucas asperezas. Se uma carga normal aplicada, a presso local nas asperezas torna-se extremamente alta. A tenso de escoamento excedida e as asperezas deformam-se plasticamente at que a rea real de contato aumente suficientemente para suportar a carga aplicada. Fig 2

O desgaste adesivo ocorre quando duas superfcies metlicas so colocadas em contato (atrito) e se apresenta em circunstncias prticas como arranhes, roamento, escoriao ou at emperramento. geralmente identificado pelo cisalhamento superficial ou destacamento de material como resultado do movimento relativo entre as duas superfcie, as quais se desgastam pela ao dos fragmentos soltos. Os fragmentos podem se oxidar. Em geral, os xidos metlicos so mais duros do que seu metal de origem e o fragmento (partcula) ento torna-se abrasivo(a). O desgaste adesivo pode ser dividido em:

2.2.2.1

Roamento

Este processo particular de desgaste adesivo ocorre durante o estgio inicial do atrito entre duas superfcies metlicas sob lubrificao pobre. essencialmente um problema de movimento inicial (partida), e particularmente provvel de ocorrer em um novo componente se toda a carga e velocidade so aplicados muito rapidamente ou se o acabamento superficial das superfcies em atrito for pobre (grande rugosidade). Este tipo de desgaste pode ocorrer em cilindros de motores de combusto durante seu estgio inicial de movimento e pode ser identificado nos anisCopyright 2002 Ncleo Tecnolgico de Soldagem & Qualidade So Paulo/SP


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dos pistes como uma srie de linhas rugosas na superfcie de contato. O roamento tambm pode ocorrer aps considervel tempo de servic se tivermos falta de lubrificao.

2.2.2.2

Fretagem

A fretagem ocorre quando duas superfcies metlicas em contato e sob carga, sofrem a ao de movimentos vibratrios de baixa amplitude. Esta uma ocorrncia comum visto que a maioria das mquinas est sujeita a vibraes, quando em trnsito ou em operao. Situaes tpicas de fretagem podem ser juntas, mancais estacionrios atuando sob condies de vibraes, aclopamentos chavetados e ajustes com montagem forada sobre eixos.

2.2.3 Desgaste Por Eroso

O desgaste por eroso divide-se nos seguintes subtipos:

2.2.3.1

Eroso por abraso

Este mecanismo de desgaste fortemente relacionado com o desgaste abrasivo, resulta da coliso de partculas slidas ou gotas de lquido carregadas por um fludo contra uma superfcie metlica. A razo de eroso dependente da energia cintica das partculas erosivas e de como a energia dissipada quando as partculas colidem com a superfcie. Superfcies dcteis tendem a sofrer recorte e goivagem, mas em materiais frgeis a energia da partcula dissipada atravs da ocorrncia de fissura. A extenso dos danos depende do tamanho da partcula, formato, concentrao, velocidade e do ngulo de ataque (coliso), sendo este o mais crtico em termos de seleo de material.

2.2.3.2

Eroso por cavitao

Cavitao ocorre quando um lquido submetido a mudanas rpidas de presso, ocasionando a formao de bolhas de gs ou vapor na regio de presso mais baixa desse lquido. Quando estas bolhas, ingressam numa regio de presso mais alta, se tornam instveis e entram em colapso (implodem). A imploso destas bolhas, na interface metlica (superfcie) produzem ondas de choque, causando tenses cclicas e fadiga superficial na superfcie metlica.



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2.2.4 Desgaste por Impacto

o desgaste provocado por choque ou cargas aplicadas perpendicularmente (ou prximo a perpendicular) sobre a superfcie metlica. O ngulo de coliso (incidncia) das partculas varia de 0 a 90. Em pequenos ngulos teremos a ocorrncia de eroso abrasiva e em ngulos grandes, impacto. Este tipo de desgaste ocorre em chapas de britadores de mandbulas, desvios e cruzamentos de linhas frreas, perfuratrizes de rocha, caambas de escavadeira, martelos pulverizadores, etc. Ao contrrio dos outros tipos de desgastes, cuja ao depende das propriedades superficiais dos metais, o impacto tem sua atuao diretamente relacionada com as propriedades sub-superficiais. O impacto pode ocorrer pela incidncia de partculas lquidas (gotas ou gotculas) e slidas. Pela ocorrncia do impacto por partcula lquida a superfcie apresenta inicialmente a formao pits (cavidades) que associadas a interao com esse lquido podem induzir a um mecanismo de corroso.

2.2.5 Corroso

Define-se corroso como a remoo de material ou degradao de propriedades mecnicas de um metal pela interao qumica ou eletroqumica com o meio em que se encontra. Dependendo do mecanismo envolvido no processo, a corroso costuma ser dividida em quatro grupos: - corroso em meio aquoso - oxidao - corroso em meios orgnicos - corroso em metais lquidos De todos, a corroso em meio aquoso o mais importante, pois compreende mais de 90% de todos os problemas de corroso. Ele envolve todos os casos em que h participao no processo corrosivo de um eletrlito aquoso. A prpria corroso atmosfrica est includa neste grupo, pois a mesma ocorre atravs da condensao da umidade na superfcie do metal. A oxidao muitas vezes chamada indevidamente de corroso qumica, compreende os processos de corroso que envolvem interaes diretas entre um metal e um gs ou um sal fundido. A sua importncia maior em temperaturas elevadas quando os danos podem ser considerveis.

2.3

MATERIAIS DE ADIO RESISTENTES AO DESGASTE

Desde que o revestimento pode ser definido como sendo a deposio de uma liga metlica em uma superfcie para obter propriedades ou dimenses desejadas, qualquer metal de adio pode ser aplicado, como material de revestimento. Uma grande variedade de metais de adio para revestimento podem ser encontrados nasCopyright 2002 Ncleo Tecnolgico de Soldagem & Qualidade So Paulo/SP


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especificaes AWS e DIN (principais: AWS 5.13, 5.21 e DIN 8555) alm de outras normas, sendo as citadas acima as mais comumente utilizadas.

2.3.1 Caractersticas DesejadasUma combinao de propriedades incluindo dureza, resistncia a abraso, resistncia a corroso, resistncia a impacto e resistncia ao calor, devem ser consideradas quando relacionamos materiais de adio para revestimento. O requerimento de dureza pode ser a alta temperatura e/ou a temperatura ambiente. Resistncia a abraso est s vezes, mas nem sempre, relacionada com a dureza e depende do tipo de desgaste e dos constituintes individuais (carbonetos) presentes no metal de adio. A resistncia a corroso depende das condies de servio e da sanidade (perfeio) e composio qumica do depsito de solda, com a condio que, o metal de adio original pode ser alterado pela diluio com o metal de base. A resistncia ao impacto depende da resistncia ao escoamento, para resistir ao escoamento plstico sobre golpes de materlamento e, tenacidade para resistir ao lascamento e a deformao sob fissuras. Resistncia a fluncia e oxidao necessrias em aplicaes resistentes a altas temperaturas, dependem sobretudo do contedo de cromo. Aplicaes que em desgaste metal/metal (adesivo) envolvem atrito e emperramento, e que apresentam fenmeno de soldagem a frio, podem ser inibidas por alta resistncia elstica e filmes superficiais. Ligas moles a base de cobre (bronze com adio de chumbo) e aquelas que desenvolvem filmes de xidos tenazes (bronze alumnio) podem desta forma ser usados para superfcie sob frico (adesivo). Tenacidade e resistncia a abraso tendem a ser propriedades incomptiveis numa liga (com notvel exceo ao ao austentico ao mangans) e usualmente foram a um meio termo na seleo da liga. Ligas duras so propensas a fissurao e alguns revestimentos podem apresentar fissuras. As trincas no revestimento, derivadas das tenses trmicas de contrao de soldagem so normalmente indesejveis, mas algumas vezes aceitveis se a trinca no adentrar a zona afetada termicamente ou o metal base, evitando-se desta maneira um possvel destacamento do revestimento.

2.3.2 Classificao das Ligas

A importncia e a variedade no campo de revestimento, tem resultado em uma grande quantidade e variedade de ligas, tornando a seleo do metal de adio mais resistente cada vez mais dificultosa. Uma anlise cuidadosa das condies de servio e uma combinao das propriedades do depsito de solda, complementada pelo estabelecimento seguro de dados de testes em servio, apresenta-se ainda como o melhor mtodo de seleo de aplicao de determinada liga. A classificao pode ser baseada em vrios fatores incluindo dureza, composio, condies de servio em testes especficos. Neste caso, o mtodo mais utilizado uma combinao de composio qumica e estrutura do metal comoCopyright 2002 Ncleo Tecnolgico de Soldagem & Qualidade So Paulo/SP


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depositado, devido a maioria dos revestimentos serem utilizados nesta condio. Existem muitas diferenas entre ligas ferrosas e no ferrosas.

2.3.3 Ligas Ferrosas - aos martensticos e perlticos

O contedo de carbono habitualmente na faixa de 0,10 a 0,50%, com algumas excees indo at 1,5%. Outros elementos, selecionados por sua contribuio na temperabilidade so utilizados em quantidade moderada para promover a formao de martensita quando o depsito de solda resfria. Molibdnio e nquel (raramente acima de 3%) e cromo (at cerca de 15%) so os elementos mais favorveis; mangans e silcio esto normalmente presentes sobretudo para a desoxidao. O teor de carbono nestes aos o elemento que mais influencia nas propriedades. Estes aos so relativamente tenazes; ligas com baixo carbono so mais tenazes e resistentes a trincas do que os tipos com alto carbono. Os depsitos tem alta resistncia e alguma ductilidade. A resistncia a abraso moderada mas tende a aumentar com o acrscimo de carbono e dureza. Depsitos com baixo carbono podem ser usinados com ferramentas, enquanto com alta dureza possvel apenas serem retificados. O preo moderado, bom comportamento em soldagem e larga faixa de propriedades destes aos faz com que os mesmos tenham um uso popular em revestimento de grandes volumes, tais como revestimento de eixos, cilindros laminadores e em abraso moderada envolvendo impacto. Aos rpidos so basicamente aos martensticos, com adio de tungstnio, molibdnio e vandio, para melhorar a dureza at cerca de 650C. Em virtude do endurecimento ao ar, os depsitos no necessitam de tratamento trmico. Os aos perlticos so similares aos martensticos mas contm menor adio de liga. Em virtude do baixo contedo de liga, eles formam perlita (uma estrutura mais mole que a martensita) durante o resfriamento. Aos perlticos so mais vantajosos nos revestimento de reconstruo de superfcies. Os aos de baixa liga, os quais representam um grande volume de uso como metais de adio para revestimento, podem ser martensticos ou perlticos no depsito de solda. Estruturas mistas tambm so comuns. Quando os elementos potenciais de endurecimento (temperabilidade) so acrescidos (particularmente cromo), h a tendncia de elevar a quantidade de austenita retida no depsito. Nos aos de mdia liga, a martensita no revenida que se forma quando do resfriamento da solda relativamente frgil e propensa a fissuras. A austenita mais mole e tenaz. Alguns aos, denominados semiaustenticos so formulados para explorar esta tenacidade enquanto utilizam-se da martensita para conferir dureza. Os depsitos de revestimento duro so raramente tratados termicamente. As propriedades do depsito so dependentes da composio e da razo de resfriamento da solda. Uma notvel exceo a reconstruo ou reparo de aos ferramenta, tais como para matrizes. Aqui, o metal de adio usualmente similar ao metal base eCopyright 2002 Ncleo Tecnolgico de Soldagem & Qualidade So Paulo/SP


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todas as tcnicas de tratamento trmico e manuseio aplicado para os aos ferramenta, so utilizados para alcanarmos uma alta qualidade de depsito.

2.3.4 Aos austenticosOs dois maiores tipos de aos austenticos so aqueles denominados alto mangans (relacionado ao ao mangans Hadfield) e os aos inoxidveis Cr-Ni-Fe. Ambos so tenazes, apresentam resistncia a trincas e capacidade de deposio de grandes espessuras livres de trincas em depsitos multipasses. Eles so relativamente moles como depositados (150 a 230 HB), mas endurecem rapidamente por trabalho de deformao a frio ou impacto. Os metais de adio inoxidveis, notadamente os tipos 308, 309, 310 e 312 so aplicados em revestimentos resistentes a corroso. Eles raramente so utilizados em aplicaes para resistir a outros tipos de desgaste. Utilizados como camada de almofada, entre ao carbono ou baixa liga e ao mangans ou revestimento, podem contribuir bastante com elementos de liga para minizar ou previnir a formao de martensita na zona de diluio. Os tipos 309 e 310 so ligas com boa resistncia ao calor e so empregados para porteger superfcies contra oxidao at 1.100C. Os aos ao mangans, dependem de 12 a 15% de mangans para assegurar uma estrutura austentica; 0,5 a 0,9% carbono (o ao mangans com 13% de Mn pode conter entre 1,0 e 1,4% de carbono) e nquel 2,7 a 5% ou molibdnio 0,6 a 1,4% para elevar a tenacidade. O tipo com molibdnio, tem alta resistncia ao escoamento e a fluncia. Os aos austenticos ao mangans, so amplamente utilizados para reconstruir (revestir) desvios de linhas frreas, prover resistncia ao desgaste adesivo acompanhado com impacto, e proteger superfcies metlicas onde abraso est associada com impacto severo. Estes aos raramente so utilizados para desgaste onde se tem ocorrncia de temperatura acima de 430C em virtude de sua fragilizao. A soldagem sobre ao carbono com ao mangans deve ser executada cautelosamente. Processos de soldagem ao arco so os mais aplicados, devido ao grande calor gerado na soldagem oxi-gs fragilizar os aos ao mangans. Eletrodos revestidos de ao mangans so muito populares em minerao, processamento de minerais e equipamentos de movimentao de terra, principalmente para revestimento e para reparo de aos austenticos ao mangans fundidos.

2.3.5 Ferros

As ligas a base de ferro com alto carbono so chamadas ferros em virtude de terem as caractersticas de ferros fundidos. Eles tm um contedo de liga moderado a alto que conferem propriedades de endurecimento ao ar ou criam carbonetos duros no depsito. Apresentam um teor de carbono tpico na faixa de 3,5 a 5% embora a faixa seja de 2 a 5,5%. Os ferros resitem melhor abraso do que as ligas descritas anteriormente e so preferidas at o ponto onde falta tenacidade para suportar oCopyright 2002 Ncleo Tecnolgico de Soldagem & Qualidade So Paulo/SP



eventual impacto associado. So normalmente limitados a uma ou duas camadas; trincas de tenso so comuns, principalmente em grandes reas de revestimento. Os grupos de mais alta liga so os ferros com alto cromo com cerca de 24 a 33% cromo. Este alto cromo, combinado com alto carbono, produz carbonetos duros do tipo Cr7C3 na estrutura. Frequentemente 4 a 8% Mn ou 2 a 5% Ni so adicionados para promover uma matriz austentica. Alm disso, tungstnio, molibdnio ou vandio, podem ser acicionados para aumentar a dureza a quente e a resistncia a abraso. Apesar da resitncia a abraso por riscamento (sob baixa tenso), por exemplo relha de arado trabalhando em solo arenoso, ser alta para todos os tipos deste grupo, os ferros com matriz austentica so inferiores para aplicao em abraso por moagem (sob alta tenso), por exemplo: moinho de bolas. Os ferros com alto cromo que so submetidos a transformao martenstica so bons para ambos os tipos de abraso, especialmente quando a oxidao e em algumas aplicaes estas ligas resistem muito bem ao calor, como em rolos de trem de laminao. Contudo so inferiores s ligas do tipo Cr-Co-W na dureza a quente, acima de 600C. Ferros com baixa liga, tipicamente com 15% cromo e molibdnio ou nquel, tm uma matriz austentica e so muito populares por sua resistncia a abraso ( tm maior resistncia a trincas do que os ferros martensticos). Apresentam excelente resistncia a abraso por riscamento proporcionalmente ao contedo de carbonetos duros. Como a abraso por riscamento normalmente apresenta situaes onde o impacto leve ou ausente, estes ferros com baixa liga so aplicveis. Ferros martensticos compreendem um grupo que o contedo de liga permite um mnimo de transformao parcial em martensita, quando o depsito resfria at a temperatura ambiente. De qualquer maneira, o contedo de liga deve ser suficiente para prevenir a transformao perltica. Cr, Ni, Mo e W so os elementos normais de controle. A matriz comum um complexo de carbonetos contendo ilhas de martensita com alguma austenita retida. Os ferros martensticos com alto cromo tm uma matriz austentica martenstica. A presena de martensita confere excelente resistncia a abraso por moagem, alta resistncia a compresso e consequentemente alta resistncia a leve impacto. Ao mesmo tempo a resistncia a abraso por riscamento excepcional e a resistncia ao desgaste adesivo pode ser alta. Apesar da resistncia a compresso ser alta, a resistncia a trao baixa. A maioria das trincas de tenses resultantes do ciclo trmico, ou de deformao de um metal de base dctil revestido com uma liga muito dura. A estrutura e propriedades do revestimento duro podem ser modificadas pelos mtodos de soldagem e em razo do resfriamento. A soldagem oxi-acetilnica com uma chama redutora tende adicionar carbono ao depsito, aumentando a fragilidade e dureza. Soldagem ao arco, de qualquer maneira, tende a volatilizar carbono, aumentar a diluio com o metal de base podendo apresentar menor resistncia ao desgaste a no ser que na composio do eletrodo tenha compensao para tal.




2.3.6 Ligas no Ferrosas - Carbonetos de Tungstnio

Este metal de adio para revestimento fornecido na forma de tubos de ao doce com grnulos modos e classificados de carbonetos de tungstnio fundido, normalmente na proporo de 60% de carbonetos e 40% de tubo. Os carbonetos so uma mistura de WC e W 2C, so muitos duros, surpreendentemente resistentes e muito resistentes a abraso. Depsitos contendo carbonetos numerosos e indissolvidos apresentam a maior resitncia a todos os tipos de abraso do que qualquer outro material de soldagem de revestimento. Os vrios tipos so fornecidos em diferentes granulaes no metal de adio, normalmente designados pelo tamanho mesh das partculas (grnulos). Um desgaste diferencial do depsito proporcional ao tamanho dos grnulos. O grau com 8/12 grnulos (mais fino do que 8 mesh e grosseiro do que 12 mesh) pode ser usado para revestimento antiderrapante de ferraduras; e mais fino do que 40/120 melhor para relhas de arado. A granulao 20/30 e 30/40 so as de uso mais popular e geral. O tamanho dos grnulos de carbonetos de tungstnio podem variar de 200 a 8 mesh (0, 0002 a 3mm). Como o calor da soldagem funde o tubo de ao doce, o metal fundido dissolve alguma quantidade de carbonetos podendo formar uma matriz de ao com alto tungstnio. A soldagem ao arco, especialmente com eletrodos com finos grnulos, pode dissolver uma quantidade de carbonetos muito maior ficando a resistncia a abraso deste depsito enfraquecida. Em aplicaes que exijam resistncia ao desgaste a quente, este tipo de metal de adio no normalmente aplicado apesar de ter dureza alta at 540C. Utilizao acima de 550C limitada pelo amolecimento da matriz e oxidao dos carbonetos. A soldagem oxi-acetilnica preferida para aplicaes crticas tais como brocas de perfurao de poos. Este processo pode adicionar C a matriz, contribuindo com uma dissoluo moderada dos grnulos. Estes depsitos de solda apresentam a maior resistncia a abraso do que quaisquer outros tipos de materiais para revestimento duro. As operaes de soldagem tm um efeito pronunciado nas propriedades do depsito de solda, devido a que a composio da matriz depende do volume de carbonetos dissolvidos durante a soldagem. A sodagem ao arco tende a dissolver mais carbonetos de W, que em casos se forem com finos grnulos, podem ser totalmente dissolvidos. Tal matriz, apesar de dura inferior a que contm um volume de grnulos ancorados numa matriz dura e resistente. A fuso com o metal de base e a consequente diluio da solda so tambm associadas a sodagem ao arco. Soldas ao arco satisfatrias podem ser feitas, mas o soldador deve compreender o que ocorre durante a fuso e minimizar o efeito de diluio para que se obtenha um bom resultado. Em virtude do seu baixo custo, a soldagem a ao arco por eletrodo revestido normalmente utilizada para revestimento duro de equipamentos para movimentao de terra e minerao.




2.3.7 Ligas a Base de Cobalto

Estas ligas contm normalmente de 26 a 33% de Cr, 3 a 14% de W e 0,7 a 3,0% de C. Nestas ligas, a dureza, resistncia a abraso e a sensitividade a fissuras aumentam com o aumento do contedo do C e W. Estas ligas apresentam alta resitncia a abraso calor e corroso. Ligas com 1% de C so excepcionais para a utilizao em vlvulas de exausto de motores de combusto interna. Alta dureza e resistncia a fluncia so retidas a temperaturas acima de 540C e algumas ligas so aplicadas para temperaturas de servio de at 1.000C. A base de Co, combinada com Cr, apresenta boa resistncia a corroso em vrias aplicaes; a resistncia ao desgaste adesivo tambm muito boa. As ligas a base de Co no so sujeitas a transformao de endurecimento como nos aos e tm resposta insignificante ao tratamento trmico. Ocasionalmente um tratamento trmico de alvio de tenses pode ser recomendvel para minimizar a fissurao. A soldagem oxi-acetilnica pode aumentar o contedo de C do depsito, enquanto a soldagem ao arco tende a reduzir o C e, ao mesmo tempo, diluir no depsito, elementos do metal base. Estas mudanas podem se refletir nas propriedades do metal depositado.

2.3.8 Ligas a Base de Nquel

Este grupo de liga apresenta uma grande variedade de composies com variaes em resistncia ao calor e corroso. As ligas mais comuns para revestimento a base de Ni so as que contm 0,3 a 1,0% C, 8 a 18% de Cr, 2,0 a 4,5% de B e 1,2 a 5,5% de Si e Fe. A dureza e resitncia a abraso aumentam com teor de C, B, Si e Fe. A micro estrutura do depsito consiste em carbonetos e boretos de Cr numa matriz CrNi. Estas ligas retm bem a dureza at as temperaturas de 500C, sendo que a resistncia a abraso por riscamento boa em todas as faixas de temperaturas mas a resistncia a abraso por moagem baixa. As mais importantes ligas a base de Ni so: - Ligas nquel-cromo com 80% Ni e 20% Cr. - Nquel-cromo-ferro, composies correspondentes a ligas resistentes ao calor. - Ligas nquel-cromo-ferro-silcio e boro. - Ligas nquel-cromo-molibdnio e tungstnio. - Ligas nquel-ferro e molibdnio. - Ligas nquel-cobre. Para algumas finalidades, as ligas a base de nquel apresentam a melhor performance alcanvel. Em algumas aplicaes que requerem resistncia a corroso, os aos inoxidveis so frequentemente mais satisfatrios e mais baratos.




Onde a resistncia a eroso o requerimento principal, os ferros com alto cromo devem receber uma primeira considerao em virtude do seu baixo custo. Em revestimentos protetores, as ligas a base de nquel, o material de adio em forma de eletrodo contnuo (arames) tm melhor aplicao com processos de soldagem ao arco com gs de proteo (MIG). Em revestimentos de vasos cilndricos que devem ser protegidos contra corroso, a deposio automtica por arco submerso deve ser preferida. Ligas a base de nquel que contenham cromo e boro so adaptadas para aplicaes por processo de metalizao por p. Quando aplicados por metalizao, podem em seguida ser fundidos pela aplicao de uma chama, produzindo um revestimento de espessura mais fina e mais dura. O processo de metalizao permite revestir contornos irregulares mais uniformemente do que os processos convencionais de soldagem.

2.3.9 Ligas a Base de Cobre

As ligas de cobre so empregadas para revestir superfcies para resistirem a corroso, eroso por cavitao e desgaste adesivo. Elas no so magnticas e praticamente isentas de fagulhamento. H numerosas ligas a base de cobre para aplicao em revestimento. A maioria destas ligas so resistentes ao ataque atmosfrico, a corroso por gua salgada, por solues alcalinas (exceto as amoniacais) e alguns cidos (especialmente do tipo redutores). Estas ligas tm pouca resistncia a compostos de enxofre os quais produzem um sulfeto de cobre corrosivo, mas so geralmente de boa resistncia em outras solues alcalinas. No so apropriadas para aplicaes em temperaturas acima de 200 a 250C. So bastante utilizadas em mancais. Nas condies acima, bronze fosforoso, bronze e lato so bastante apropriados. So normalmente selecionados para apresentar 50 a 75% de dureza mais mole do que a outra face de contato. As tcnicas de soldagem podem afetar as propriedades. A absoro de ferro do ao do metal de base um endurecedor. O limite deste efeito sobre a superfcie revestida cessa em espessuras maiores que 6 mm, consistindo em 2 ou 3 camadas. Os processos GMAW (MIG) e GTAW (TIG) so os preferidos para a aplicao destas ligas. A soldagem com processo eletrodo revestido (SMAW) e MIG (GMAW) requerem uma amperagem mnima (para evitar a absoro) e tambm requerem uma soldagem tranada (movimento oscilatrio do filete provocando uma maior largura no mesmo) na execuo da camada inicial. O efeito oposto (amolecimento pela perda de liga durante deposio) minimizada pela proteo do gs inerte. O controle de temperatura do metal de base muito importante e no deve ser descuidado. A soldagem com processo GMAW recomendada para grandes reas ou reparos de ligas a base de cobre. Para reparos menores, o processo GTAW com eletrodo toriado (EWTH-2) favorvel. Ligas cobre/zinco podem ser depositadas por soldagem oxi-acetilnica.




2.4

FORMAS DO METAL DE ADIO

Os metais de adio para revestimento so normalmente na forma de varetas, fitas, arames slidos, tubular, grnulos ou ps. Fluxos podem ser adicionados na poro central de varetas (tubulares), na superfcie de eletrodos (revestimento), introduzindo como fluxo granular (Arco Submerso) ou misturado a um aglomerante para metais de adio em p. Para soldagem oxi-acetilnica, varetas e ps so normalmente utilizados. Varetas slidas podem ser de arames trefilados (para ligas dcteis) ou fundidos (para ligas duras e frgeis). Varetas tubulares so compostas. O material externo normalmente ao doce formado por mquinas especiais a partir de uma fita, preenchida com os elementos de liga e, suplementado com elementos fluxantes. Um tipo importante o que tem carbonetos de tungstnio em grnulos como enchimento. Vareta tubular pode tambm ser produzida em bobinas. Arames tubulares, arame slido trefilado ou fitas trefiladas podem ser eletrodos em processos de soldagem automtico ou semi-automtico. O arame tubular muito verstil, o nico caminho de metais de adio frgeis serem fornecidos para soldagem automtica. Onde ambas as formas so disponveis (slido ou tubular) o arame tubular em alguns casos apresenta utilizao superior. A forma de p tambm muito verstil. Praticamente qualquer metal ou liga pode ser feita a custo relativamente baixo. A caracterstica do p importante; cada resultados satisfatrios. As ligas em p so normalmente fundidas ao arco aps uma formulao precisa e ento atomizadas ou fundidas e granuladas. As ligas em p podem ser misturadas mecanicamente ou pr-fundidas. O controle da composio de ps-misturados mecanicamente, considerado menos preciso do que o fundido em forno ao arco com controle metalrgico.

2.5

SELEO DE LIGAS PARA REVESTIMENTO

A seleo de uma liga para revestimento guiada primeiramente pelo tipo de desgaste e pelos custos. Contudo, outros fatores devem tambm ser considerados, tais como: metal de base, processo de deposio, resistncia ao impacto, corroso, oxidao e requerimentos trmicos. Normalmente o processo de revestimento j diz qual a forma do produto para o metal de adio. As ligas para revestimento normalmente so disponveis na forma de: vareta nua, eletrodo revestido, arame slido, arame tubular ou p. Em geral, a resistncia ao impacto das ligas de revestimento diminui com aumento do contedo de carbonetos. Em situaes onde uma combinao de resitncia abraso e impacto so desejadas, um meio termo entre os dois deve ser feito. Em aplicaes onde a resistncia ao impacto extremamente importante, o ao austentico ao mangans o mais utilizado.Copyright 2002 Ncleo Tecnolgico de Soldagem & Qualidade So Paulo/SP



Frequentemente, o desgaste vem acompanhado por corroso aquosa de cidos ou lcalis. Tal situao encontrado em indstrias de processo qumico ou de petrleo ou em instalaes para lavagem de gs. Poucas ligas de revestimento a base de ferro possuem resistncia a corroso em tais meios aquosos. Como resultado, ligas a base de nquel ou cobalto geralmente so recomnedadas quando resitncia a corroso e resitncia ao desgaste (abraso, adeso, ...) so requeridas. Por exemplo, as facas utilizadas para corte de tomate numa indstria de processamento de alimentos podem ter sua vida til aumentada em relao a facas de ao ferramenta se a borda (fio) for executada com liga a base de cobalto. A resistncia a oxidao e corroso a quente das ligas a base de ferro geralmente pobre. Portanto, ligas a base de nquel ou cobalto so recomendadas para aplicaes onde temos um desgaste aliado com resistncia a corroso a quente ou oxidao. Nas ligas de nquel, uma exceo so as que contm boro em virtude de no conter cromo suficiente na matriz para resistir a oxidao. A capacidade de uma liga reter resistncia a temperaturas elevadas importante para aplicaes de desgaste tais como matrizes de forjamento a quente ou vlvulas para servio at 800-900C, assim como em aplicaes em gaseificao de carvo ou liquefao. As ligas a base de ferro com estrutura martenstica perdem sua dureza a temperaturas elevadas. Em geral, a reteno de resistncia a alta temperatura de uma liga, aumenta com o seu contedo de W ou Mo. Em aplicaes que requerem resistncia alta temperatura e resistncia ao desgaste, ligas a base de Co so as mais recomendadas. Os seguintes passos devem ser efetuados na seleo de uma liga para revestimento: - Anlise das condies de servio para determinar os tipos de desgaste e resistncia requerida no meio ambiente - Selecionar se possvel, diversas ligas para o revestimento e aps, optar, - Analisar a compatibilidade da liga de revestimento com o metal de base, levando em considerao as tenses trmicas e possvel fissurao - Testes de campo de peas j revestidas - Seleo deumaliga tima para revestimento considerando-se custo e vida em servio e - Selecionar o processo de soldagem para executar o revestimento em produo dos componentes ou peas novas, considerando razo de deposio, a quantidade de diluio, eficincia de deposio e todos os custos, incluindo principalmente os custos dos consumveis e do processamento em geral.

2.6

SELEO DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM

A seleo do processo para revestimento to importante quanto a seleo da liga. Os requerimentos de desempenho em servio no so ditados somente pela seleo da liga, mas tem uma forte influncia de um processo de soldagem bem selecionado. Outros fatores tcnicos envolvem a seleo do processo incluindo (mas tambm no limitando) propriedades do revestimento, qualidade do revestimento, caractersticas fsicas da pea, propriedades metalrgicas do metal de base, a forma eCopyright 2002 Ncleo Tecnolgico de Soldagem & Qualidade So Paulo/SP



composio da liga de revestimento e a habilidade do soldador. Ultimamente, predominam as condies econmicas e o custo como fatores determinantes na seleo final do processo. Atualmente, alm dos processos de soldagem convencionais ou especiais podemos incluir o processo de metalizao como processo de revestimento. A primeira considerao na seleo do processo para o revestimento frequentemente se determinar se um processo de soldagem ou metalizao preferido ou requerido. Como regra, os processos de soldagem so preferidos para revestimento onde se requer espessura relativamente grossa do revestimento com alta tenso de aderncia entre revestimento e pea. Os processos de metalizao por outro lado, so preferidos para revestimentos de espessura fina, aplicao de camadas duras com deformao mnima da pea.

2.6.1 REQUERIMENTO DE QUALIDADE E PROPRIEDADESOs depsitos de revestimento efetuados por soldagem so carcterizados pela composio varivel e uma cintica de solidificao que influenciam na microestrutura do depsito. No de se surpreender que as propriedades e a qualidade do revestimento soldado dependam do processo e da tcnica de soldagem. As variaes na composio qumica derivam da diluio com o metal base durante a soldagem, embora a absoro de carbono na sodagem oxi-acetilnica e a dissoluo por volatizao nos processos de soldagem ao arco sejam fatores a se considerar. A diluio expressa a porcentagem do metal de base no depsito, ou seja, expressa a porcentagem do metal de base que participa da zona fundida. Uma diluio de 10%, indica que na zona fundida temos 10% do metal de base e 90% da liga de revestimento. A resistncia ao desgaste e outras propriedades desejveis da liga de revestimento, geralmente se degradam quando a diluio aumenta. A mxima porcentagem de diluio depende dos requerimentos especficos de servio. A diluio nula no processo de metalizao e tende a ser baixa no processo de soldagem oxi-acetilnica. A diluio geralmente mais problemtica em revestimentos com processo ao arco, na faixa de 5% para soldagem a arco plasma (PAW) at 60% na soldagem por arco submerso (SAW). Alta diluio pode ser tolerada em aplicaes que necessitam de uma espessura de deposio grande, onde normalmente se aplica mltiplas camadas. A microestrutura e propriedades mecnicas dos depsitos de revestimento variam dependendo da cintica de solidificao assim como da diluio. A solidificao geralmente rpida nos processos de metalizao. A cintica de solidificao tende a ser um pouco mais baixa nos processos de soldagem convencionais. Como regra, depsitos executados por processo oxi-acetilnico tendem a se solidificar mais lentamente do que os executados por soldagem ao arco. Estas diferenas na razo de solidificao (velocidade de resfriamento) produzem microestruturaa e propriedades amplamente diferentes, indiferente a quantidade de diluio.




2.6.2 CARACTERSTICAS FSICAS DAS PEAS

O tamanho, forma e peso das peas causam uma forte influncia na seleo do processo. Peas de grandes dimenses e pesadas, so de difcil transporte e so convenientemente revestidas utilizando-se equipamento de soldagem manual ou semi automtico que deve ser transportado at a pea. O equipamento para processo de metalizao tambm de fcil transporte para aplicaes no campo. A seleo do processo para revestimento mais complicada onde a pea de pequenas dimenses, permitindo seu transporte para o equipamento de soldagem. Processos de metalizao de soldagem oxi-acetilnica, Arco submerso, TIG, Plasma, MIG-MAG e Eletrodo Revestido so bem adequados para soldagem de peas pequenas. Preferencialmente utilizamos processo de metalizao e/ou oxi-acetilnico ou TIG para peas pequenas que exijam um revestimento fino e aplicado numa regio localizada.

2.6.3 CARACTERSTICAS METALRGICAS DO METAL DE BASE

A preparao da superfcie do metal de base importantssima em processo de metalizao. De qualquer maneira, a composio do metal base, faixa de temperatura de fuso e as caractersticas de contrao e expanso trmica tem um efeito significante na seleo do processo de soldagem. Os aos so geralmente metais de base apropriados para revestimento por soldagem. Aos baixa-liga e aos carbono contendo at 0,4% C podem ser sensveis a fissurao, tornando-se necessrio um pr-aquecimento para minimizar ou suprimir a ocorrncia de martensita na zona termicamente afetada. Aos inoxidveis austenticos, com exceo dos estabilizados com titnio e a maioria das ligas a base de nquel podem ser facilmente revestidos pela maioria dos processos de soldagem com resultado excelente. Aos inox martensticos, aos ferramenta e aos para matrizes so tambm possveis de revestimento, mas deve ser dada uma grande ateno aos requerimentos de pr-aquecimento, temperatura de interpasse e ps aquecimento. Metais de base de aos endurecveis por precipitao apresentam problemas especiais quando do revestimento e geralmente requerem tratamentos trmicos de dissoluo ou envelhecimento antes do revestimento, assim como cuidados especiais no pr e ps-aquecimento e temperatura de interpasse. As caractersticas de contrao e expanso trmica do metal de base afetam as deformaes. As peas frequentemente tem que ser uniformemente aquecidas at a temperatura de execuo de soldagem para possibilitar uma deposio livre de trincas e evitar zonas duras e frgeis. A seleo dos processos de soldagem importante, em virtude da energia de soldagem estar diretamente relacionada com ciclo trmico e consequentemente deformaes. A diferena na contrao e expanso trmica entre o metal de base e a liga de revestimento extremamente importante em aplicaes que apresentam condies trmicas cclicas de trabalho. Grandes diferenas podem resultar em perda de aderncia em processos de metalizao ou falhas por fadiga trmica em depsitos soldados. Camadas de amateigamento (almofada), so frequentemente depositadasCopyright 2002 Ncleo Tecnolgico de Soldagem & Qualidade So Paulo/SP



entre o metal de base e a liga de revestimento para contornar grandes diferenas das caractersticas de expanso e contrao trmica.

2.6.4 HABILIDADE DO SOLDADOR de considerao essencial nos requerimentos de qualidade do revestimento a habilidade do soldador (operador). Como regra, o revestimento executado por processos de soldagem manual, tais como soldagem oxi-acetilnica, Eletrodo Revestido e TIG, requerem alta qualificao profissional, por outro lado processos de soldagem automticos, tais como arco submerso, requerem uma habilidade mnima do soldador/operador, devido aos controles da mquina de solda serem estabelecidos previamente. Processos de metalizao geralmente requerem habilidade intermediria. O processo de soldagem TIG manual, pode ser aplicado para obtermos depsitos de alta qualidade, em reas relativamente pequenas, tal como ocorre entre palhetas de turbinas a gs. Nesta aplicao, camadas finas podem ser depositadas com diluio menor do que 10%, mas uma grande habilidade do soldador e um controle rgido das operaes de soldagem so necessrias. Por outro lado, equipamentos para movimentao de terra e minerao podem ser revestidos adequadamente no campo por soldadores de pouca habilidade utilizando processo Eletrodo Revestido.

2.6.5 CUSTO

Ultimamente o custo um fator determinante na seleo do processo para revestimento. Os custos do revestimento basicamente consistem na execuo, materiais e em algumas ocasies o custo de um novo equipamento. Custos de transporte tambm devem ser considerados. Os custos de execuo dependem primeiramente do nvel de habilidade requerida do soldador e da taxa de deposio do processo, mas a preparao da superfcie e os custos de acabamento devem ser considerados. A taxa de deposio normalmente mais baixa com processos de soldagem manual. As mais altas taxas de deposio so possvieis aplicando-se processos de soldagem automticos. O custo do material de adio predominante em ligas de tungstnio, cobalto e nquel ao passo que a forma do produto de custo predominante, nas ligas a base de ferro. Como regra, vareta e arame slido so as formas de produto mais barato. A eficincia de deposio a medida de porcentagem da liga de revestimento retida na superfcie da pea, e geralmente mais baixa para processo Eletrodo Revestido do que processos que utilizam varetas ou arames. O custo do equipamento varia desde uma simples fonte de potncia (retificador) para soldagem por eletrodo revestido (SMAW) at um equipamento sotisficado, totalmente automtico como um sistema automatizado para metalizao por plasma a baixa presso. Os mais avanados equipamentos para execuo de revestimento muitas vezes custam 100 a 1.000 vezes mais do que uma simples fonte de soldagem ao arco, dependendo do nvel de intrumentao e automotizao.Copyright 2002 Ncleo Tecnolgico de Soldagem & Qualidade So Paulo/SP



Para aplicaes em recuperao, tem sido sugerido que o revestimento prefervel sobre uma pea nova, quando a vantagem de custo (CA) positiva. A vantagem de custo pode ser calculada por: CA = CN - CR onde: PN PR CN = custo de uma pea nova ou componente. CR = custo do revestimento mais custo de parada. PN = o trabalho de produo durante a vida til da nova pea (componente). PR = o trabalho de produo durante a vida til da pea (componente) revestida. A maioria dos dados necessrios para o clculo acima normalmente podem ser obtidos; PR talvez o valor de acesso mais dificultoso, mas uma estimativa razovel pode ser feita baseada em resultados de teste de laboratrio. Se a pea revestida com um liga de mesma composio qumica, como a pea desgastada, sensato assumirmos PR = PN. Por outro lado, se o material de revestimento muito mais resistente ao desgaste do que o material da pea desgastada, ento PR>PN. Portanto, da equao anterior CA provvel de ser positivo, o que o primeiro objetivo para se executar um revestimento.

2.7

CONSIDERAES ESPECIAIS

Na maioria dos casos, algumas consideraes especiais necessrias em revestimento no so requeridas para soldagem de produo. As principais razes so: 1) A composio qumica e as propriedades mecnicas da liga de revestimento normalmente so completamente diferentes do metal base sobre o qual vai ser depositada. 2) A extenso de rea do metal de base que usualmente vai ser coberta no revestimento. 3) O menor volume possvel de metal de solda desejvel para o revestimento etc. Por esta razo, temos frequentemente uma grande variao em liga, contedo de carbono e propriedades mecnicas atravs da linha de fuso entre o metal de base e o metal de solda (depsito).

2.7.1 CONTROLE NA DILUIO

Provavelmente, a maior diferena entre a soldagem de chanfros e deposio de revestimento que a diluio frequentemente neste ponto diz respeito ao revestimento. A Fig. 3 define que a porcentagem de diluio igual ao volume do metal de base fundido (B) dividido pelo volume depositado mais o volume do metal de base fundido (A + B) multiplicado por 100.




Do ponto de vista metalrgico, a composio e as propriedades do revestimento so fortemente influenciadas pela diluio que pode ser obtida com cada processo de soldagem e deve ser considerada para selecionar devidamente a combinao do metal de solda e processo de soldagem para cada aplicao particualar. Um bom exemplo disto o revestimento em ao de baixa liga com eletrodos de ao inoxidvel e processo Eletrodo Revestido (SMAW). Este processo normalmente apresenta 15 a 50% de diluio na primeira camada. Desta forma, se utilizarmos um eletrodo E 308 (19% Cr, 9% Ni) sobre ao carbono ou baixa liga, a primeira camada do depsito ir conter cerca de 12% Cr e 6% Ni. Este depsito apresentaria reduo nas propriedades mecnicas e resitncia a corroso. Por outro lado se utilizarmos um eletrodo E309 (25% Cr e 12% Ni) com as mesmas condies de soldagem, o depsito conteria a cerca de 16% Cr e 8% Ni. Este depsito teria melhor resistncia a corroso e melhores propriedades mecnicas (ductibilidade). A diluio perto de 15% melhoraria ainda mais estas propriedades. Deve ser lembrado que depsitos de ao inoxidvel totalmente austentico so suscetveis a trinca a quente e aqueles que contm martensita so duros e frgeis. Um revestimento resistente a corroso, so e dctil, normalmente baixo em carbono e contm 3 a 15% de ferrita enquanto revestimento resistente ao desgaste apresenta teor de carbono alto e em grande parte martensita. Os diagramas de Schaeffler ou De Long para metais de solda de aos inoxidveis, podem ser usados para predizer qual micro estrutura vai ser obtida com os vrios metais de adio de ao inox nos diferentes metais de base e em qualquer nvel de diluio. Materiais de adio de revestimento depositados sobre diferentes metais de base tambm causam mudanas de fase to facilmente quanto a mudana da razo de diluio. Materiais para revestimento duro que apresentam bons resultados sobre ao carbono, podem apresentar resultados inaceitveis sobre ao 13% mangans devido ao efito do mangans na estabilizao da austenita. A soluo neste caso, seria um processo de soldagem que apresentasse baixa diluio no ao mangans e, desse modo, permitisse a formao de martensita para resistir ao desgaste. Metais de adio tais como ligas a base de nquel ou cobre/nquel, tambm so utilizados para revestir aos. So essencialmente ligas de fase simples. A perfeio e propriedades mecnicas destes depsitos depende da sua composio qumica e do controle da diluio.




2.7.2 EFEITO DAS VARIVEIS DE SOLDAGEM

CorrenteUm acrscimo na corrente aumenta a diluio. O arco torna-se mais quente, penetrando mais profundamente e fundindo mais metal de base.

PolaridadeCorrente contnua com polaridade direta d menos penetrao e, portanto, menor diluio do que corrente contnua com polaridade inversa. Corrente alternada apresenta diluio intermediria entre corrente contnua com polaridade direta e inversa.

Bitola do EletrodoBitola do eletrodo menor, mais baixa corrente a regra, e portanto diluio mais baixa. Para uma dada corrente, contudo, um eletrodo de bitola maior (densidade de corrente mais baixa) apresenta menor diluio.

Extenso do Eletrodo (Comprimento Livre)Uma grande extenso do eletrodo diminui a diluio (para processo com eletrodo consumvel) pelo acrscimo da razo de deposio do eletrodo (aquecimento IxR) e difundindo a energia do arco na coliso com o metal base. Inversamente uma extenso pequena aumenta a diluio.

Velocidade de AvanoUm acrscimo na velocidade de avano diminui a quantidade de metal de base fundido diminuindo a diluio. Esta reduo em diluico devido ao fato de mudana no formato e espessura do cordo e em virtude da energia do arco estar sendo dissipada mais na poa de fuso do que no metal de base.

Posio de SoldagemA posio de soldagem que o revestimento vai ser aplicado tem uma importante ligao com a quantidade de diluio obtida. Dependendo da posio de soldagem ou da inclinao da pea, a fora de gravidade pode fazer com que a poa de fuso corra na frente, permanea embaixo ou corra atrs do arco. Quando a poa de fuso est a frente ou embaixo do arco, temos uma menor diluio, desta forma, a poa serve como almofada, absorvendo alguma energia do arco antes da coliso com o metal de base. Se a poa de fuso estiver muito a frente do arco ou por demais espessa, teremos insuficiente fuso na superfcie do metal de base e consequentemente um colagem (falta de fuso).




Na ordem decrescente de diluio para algumas posies de soldagem temos: 1) Vertical Ascendente 2) Horizontal 3) Plana A soldagem ascendente ou descendente pode ser executada com a inclinao da pea a ser revestida ou pela colocao do arco fora do centro na execuo de peas cilndricas em rotao.

Proteo do ArcoO meio de proteo, gs ou fluxo, tem um efeito significante na diluio. Ele influencia a fluidez e a tenso superficial da poa de fuso. O meio de proteo tambm tem um efeito significativo no tipo de corrente de soldagem a ser utilizada. A lista a seguir apresenta diferentes meios de proteo na ordem decrescente de diluio: 1) 2) 3) 4) Hlio (maior) Dixido de Carbono Argnio Fluxos granulares sem adio de liga 5) Fluxos granulares com adio de liga (menor)

Oscilao do eletrodoGrande largura de oscilao do eletrodo reduz a diluio. Cordes filetados apresentam a mxima dilio. A frequncia de oscilao tambm afeta a diluio. Como regra, uma alta frequncia de oscilao reduz a diluio. Oscilao em pndulo caracterizada por uma leve parada em ambos os lados do cordo, onde produz levemente uma maior penetrao e desta forma maior diluio. O comprimento do arco muda continuamente, resultando em variaes nas suas caractersticas. Oscilao em linha reta apresenta aproximadamente os mesmos resultados da oscilao em pendulo mas com a vantagem de no termos mudana nas caractersticas do arco em virtude de seu comprimento se manter constante. Oscilao em linha reta, a velocidade constante de oscilao, produz o mais baixo nvel de diluio e fornece para o movimento horizontal uma manuteno constante do comprimento do arco. Um movimento timo deve ser programado para no ter parada nas extremidades, de forma a eliminar a penetrao mais profunda, resultante da hesitao em ambos os lados. Algumas vezes uma penetrao levemente maior desejvel na lateral do cordo para uma boa sobreposio. Alguns equipamentos de oscilao tem controles de tempo de parada em um ou em ambos os lados da oscilao.




2.8

AUTOR

MANUEL SARAIVA CLARA


TIPOS E SOLDAGEM DE PLSTICOS

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3.0

TIPOS E SOLDAGEM DE PLSTICOS 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 INTRODUO TIPOS BSICOS DE PLSTICO SOLDAGEM DOS PLSTICOS BIBLIOGRAFIA APNDICE I TIPOS BSICOS DE PLSTICO APNDICE II PROBLEMAS MAIS FREQENTES EM

PLSTICOS 3.7 AUTORES



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3.0


3.1

INTRODUO

Quando se fala em plstico difcil no pensar, em um primeiro momento, em uma sacola ou copo descartvel. Esta associao imediata compreensvel. Afinal, o setor de embalagens responsvel, atualmente, por mais de um tero do total de resinas transformadas no Brasil. Mas a aplicao do plstico no se resume a isso. Embora seja um produto popular, o plstico no pode ter sua imagem vinculada materiais de pouco valor. Setores como os de utilidades domsticas, construo civil, brinquedos, calados, alm daqueles que empregam tecnologias mais sofisticadas, como os de sade, eletroeletrnicos, aviao e automveis, entre outros, vm ampliando, a cada ano, a utilizao da matria-prima em seus produtos.

3.1.1 Plstico no Setor Automobilstico

A introduo do plstico na indstria automobilstica, na dcada de 70, foi decorrente da crise do petrleo e da necessidade de se produzir veculos mais leves, a fim de reduzir o consumo de combustvel, mas mantendo a qualidade final do produto. Hoje em dia, no entanto, alm da questo econmica, o plstico passou a desempenhar papel imprescindvel na composio dos automveis por outras razes. Ele possibilita designs modernos, reduo de peso, aumento da segurana, reduo de custos e tempo de produo, alm de ser imune corroso. No Brasil, atualmente, cada veculo utiliza entre 60 e 90 quilos de plstico, sendo 63% em equipamentos internos, 15% no corpo externo, 9% no motor, 8% no sistema eltrico e 5% no chassi. No final de dcada de 80, a mdia da aplicao de plstico nos carros nacionais era de apenas 30 quilos. A maior prova do potencial de crescimento dos plsticos no setor automobilstico foi apresentada recentemente no Salo do Automvel, em So Paulo. Um carro constitudo de carroceria feita de plstico foi apontado pela crtica como o carro mais luxuoso produzido no Brasil. Entre as vantagens da aplicao do material, est a reduo do custo de produo e do peso, de 100 quilos a menos em relao a veculos do mesmo porte.



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3.1.2 Plstico no Setor Eletro-eletrnico

Grande parte dos eletrodomsticos e eletroeletrnicos, que cumprem funes importantes no cotidiano das pessoas, so constitudos de material plstico. Do liqidificador ao ferro de passar, da geladeira mquina de lavar, todos utilizam a matria-prima em suas estruturas. O plstico permitiu ainda a popularizao dos produtos, que passaram a ser mais acessveis aos consumidores. A conquista de novos mercados pelo plstico tambm cresce entre os eletroeletrnicos. Um bom exemplo so algumas linhas de lavadoras, que passaram a contar com gabinetes plsticos, eliminando etapas do processo de produo como estamparia, funilaria, soldagem, tratamento qumico e pintura, e, conseqentemente, proporcionando economia de tempo e otimizao do espao fsico. Alm de gabinetes e peas, o plstico vem, a exemplo do que acontece no setor automobilstico, conquistando novas aplicaes no universo dos eletros. Pesquisadores da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, desenvolveram recentemente uma tecnologia revolucionria de visualizao luminosa que substitui as atuais telas de vidro dos computadores por outra mais leve, ultrafina, flexvel e sem reflexos, produzida em plstico. Em fase de desenvolvimento, a nova tecnologia ainda vai levar alguns anos para ser aplicada em televisores e computadores, mas j est sendo utilizada em auto-rdios, agendas eletrnicas e telefones celulares.

3.1.3 Plstico no Setor de Informtica

A indstria da informtica uma das que certamente requerem cada vez mais tecnologia sofisticada. A necessidade de adaptao constante aos avanos que suas prprias mquinas proporcionam obrigam as empresas fabricantes de produtos voltados ao setor a se apressar na busca de diferenciais que possibilitem a conquista de uma maior fatia no concorrido mercado da informatizao Para os monitores de computadores, por exemplo, o plstico sem dvida o material mais indicado. Com peso aproximado de 12kg, menos de 20% refere-se aos componentes plsticos, distribudos entre gabinetes, suportes e botes. Alm da vantagem da reduo no peso final, a alta tenso contida no interior dos equipamentos torna praticamente invivel a aplicao de outro tipo de matria prima, como metal ou cermica.



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3.1.4 Plstico no Setor de Sade

A aplicao de materiais plsticos na rea mdica vai muito alm das seringas descartveis. Conforme divulgado no workshop Medical Technology Special, realizado em outubro, na K'98, na Alemanha, estima-se que 2,8 milhes de toneladas de plstico foram utilizadas, em 1997, pela Medicina, sendo que cerca de 770 mil toneladas apenas na Europa. O plstico representa o material mais aplicado na fabricao de produtos da rea mdica, com participao de 45%. O atual estgio de desenvolvimento alcanado nesta rea permite at mesmo, em casos de urgncia, a instalao temporria de rgos artificiais em seres humanos, como pulmo e corao, fabricados a partir do plstico. Atualmente, uma infinidade de produtos, como tubos traqueiais, catteres, materiais coletores, frascos, oxigenadores, bolsas de sangue, entre outros, so produzidos a partir do plstico, devido a versatilidade que o material apresenta.

3.1.5 Plstico no Setor de Construo Civil

Da durabilidade necessria s instalaes hidrulicas e eltricas at o cuidado no acabamento de uma obra, o plstico aparece como elemento fundamental para o setor de construo civil. Esta tendncia ficou evidenciada no II Encontro de Tecnologia de Sistemas Plsticos na Construo Civil, promovido pela Escola Politcnica da USP, em novembro de 97, em So Paulo. No evento, 14 empresas apresentaram produtos como caixas d'gua, portas, janelas, pisos, telhas, banheiras, mveis, alm de tubos e conexes, mostrando que, hoje em dia, j possvel construir uma casa utilizando apenas materiais plsticos. Um bom exemplo disso pode ser visto no campus da USP, onde uma casa, revestida interna e externamente de plstico, chama a ateno dos visitantes. Trata-se do Centro de Tcnicas de Saneamento 100% Plstico, resultado de uma parceria entre a Escola Politcnica da USP e o Cediplac - Centro de Desenvolvimento e Documentao da Indstria de Plstico para a Construo Civil.



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3.1.6 Plstico no Setor de Aviao

Em uma aeronave, a aplicao do material evidente em toda a estrutura, desde o revestimento das paredes internas at os prprios assentos. Mas, a utilizao do plstico na aviao muito mais ampla. Uma das novidades em aplicaes externas a pelcula de plstico que substitui a pintura na fuselagem dos avies, reduzindo a necessidade de manuteno. Alm disso, conectores e filmes de revestimento para janelas, que evitam estilhaamento, reduzem rudo externo e filtram a entrada de raios ultravioleta, tambm so feitos a partir de plstico. Recentemente, a Nasa, agncia espacial americana, realizou na Califrnia testes com a uma estranha aeronave, chamada Centurion, que funcionar a base de energia solar. Entre os materiais utilizados na sua sofisticada estrutura est o plstico.

3.1.7 Plstico no Setor de Embalagens

Conforme pesquisa do Procon, divulgada durante o evento, os consumidores vm atribuindo cada vez mais importncia s embalagens, relacionando sua qualidade do prprio produto. Do total de embalagens consumidas no Brasil, em 97, cerca de 25% foram plsticas. Esta participao refere-se a 34,6% do total de resinas transformadas no Pas. Na Europa Ocidental, o plstico responde por 50% do total do mercado de embalagens. Em 1996, cerca de 10 milhes de toneladas de plstico, referentes a 42% do volume consumido no continente, foram destinados a este segmento. Segundo a Associao dos Fabricantes de Plstico da Europa, o material reduziu em mais de 80% o peso das embalagens em relao a 20 anos atrs. A entidade afirma ainda que 90% das embalagens pesam menos de 10 gramas.

3.2

TIPOS BSICOS DE PLSTICO

Observaes: 1: Maiores detalhes referente aos tipos descritos, ver Apndice I. 2: Informaes sobre os problemas mais frequentes em plsticos, ver Apndice II.



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3.2.1 Policarbonato

PC/PBT : Esses materiais so utilizados em pra-choques de automveis e outras peas de uso externo PC/PET : As combinaes dessas propriedades so teis em aplicaes mdicas (mquinas de intravenosa, filtro de sangue e equipamento de hemodilise). PC/PE : Foram desenvolvidas para reduzir a sensibilidade do PC ao entalhe. Esses materiais tem propriedades tpicas do PC, com melhor resistncia ao impacto em seces grossas e so teis em capacetes PC/PU: Suas aplicaes esto presentes nos pra-choques de automveis, grades, etc. PC/SMA:O balano das propriedades fsicas e qumicas indicado para automveis, utenslios de cozinha, partes de cmera e uso mdico.

3.2.2 PBT e PET (Poliesteres Saturados)

PBT/PET : As aplicaes neste caso, so nos utenslios domsticos que ficam em contato com o calor (torradeiras, ferro de passar roupas, etc). PBT/ELASTMERO : So aplicados nas indstrias automotivas e equipamentos de recreao. PET/PMMA : So blendas com rpida velocidade de cristalizao, com melhor estabilidade dimensional, comparado ao PET virgem. PET/ELASTMETRO : As aplicaes mais comuns so em conectores eltricos, aparelhos para servios em alimentos, equipamentos de processos, etc.

3.2.3 Poliolefinas (PP/PEAD/PEBD)PP ou PE/EPDM ou EPM : As aplicaes incluem: fios eltricos, cabos, mangueiras, tubos, interior de automveis como guarnies, etc.

Outras blendas que merecem destaques so: PEAD/EPDM, PP/EPDM, PEBD/EVA, EPDM/EEA, etc. Existem hoje em dia uma incomensurvel possibilidade de blendas devido principalmente a seu custo no desenvolvimento e rapidez. Termoplsticos maleveis ao calor como PVC, poliestireno, acrlico, polipropileno, ABS e polietileno. Termoplsticos que so remoldados e refundidosCopyright 2002 Ncleo Tecnolgico de Soldagem & Qualidade So Paulo/SP


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3.2.4 Acetal

POM/ELASTMEROS : Suas principais aplicaes so em maanetas de automveis, esqui, zper, grades, etc. POM/PTFE : Proporciona lubrificao e resisncia ao uso por abaso.

3.2.5 Acrilonitrila Butadieno Retireno (ABS)

ABS/PC: Suas aplicaes tpicas, incluem: mquina de escrever, bandejas de alimentos, utenslios, peas automotivas, etc. ABS/PVC: Seu processamento pode ser feito por injeo ou extruso, preenchendo um vasto espectro de aplicaes, tais como (ar condicionado, grades, hlices, consoles, computadores, utenslios domsticos, mquinas de escrever e calcular , etc.). ABS/nylon: Aplicaes tpicas incluem: corpos de painis para carros, conectores e capo de automveis, etc. ABS/POLISULFONA: As aplicaes tpicas, incluem: utenslios, automobilstica, bandejas de alimentos, peas para equipamentos de bombeiros, etc. Alm das blendas j citadas, convm destacar tambm as seguintes:

ABS/PVC/POLISTER: desenvolvida exclusivamente para uso da Bell Telephone Laboratories) ABS/COPOLMERO EM BLOCO ESTIRENO HIDROGENADO (utilizado para proporcionar acabamento com baixo brilho) ABS/EAA: (ster cido acrlico) essa tem excelente estabilidade ao inteperismo e resistncia ao U.V. ABS/EVA: (etileno vinil acetato) melhor impacto e resistncia a meios agressivos. ABS/EPDM: (etileno propileno dieno-borracha) melhor impacto e baixo mdulo ABS/CPE: (polietileno clorado)melhora significativamente a resistncia chama ABS/PU: (poliuretano) boa resistncia ao impacto a baixas temperaturas e ambiente, resistncia qumica, resistncia abarso e tenacidade



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3.2.6 Acrlico Estireno Acrilonitrila (ASA)

ASA/PC: As aplicaes tpicas so as peas expostas ao intemperismo, peas de utenslios e partes de automveis. ASA/PVC: As aplicaes tpicas incluem: construes de laterais de casas, calhas e perfil de janelas ASA/PMMA: As principais aplicaes so em equipamentos de recreaes, etc.

3.2.7 Poliamidas (PA)

PA 6 e 6.6: As aplicaes tpicas dessas blendas super alto impacto, esto nas indstrias automotivas, eletrodomsticos, ferramentas eltricas e recreao. PA/PE : Essas blendas, com uma fase discreta e dispersa, em forma laminar na matriz de nylon, foram desenvolvidas para uso em moldagem por sopro e aplicaes em tanques de gasolina. PA/PTFE : As aplicaes tpicas incluem mancais, arruelas de presso, fechaduras de portas, etc.

3.2.8 Polimetilmetracrilato (PMMA)

PMMA/PVC Apresenta-se no mercado como filmes transparentes, tubos e perfis de janela.



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3.3

SOLDAGEM DOS PLSTICOS

3.3.1 Procesos Mais Utilizados

Solda por ultra-som Solda por fuso/presso Solda por frico

3.3.2 Ramos da Indstria

Praticamente em todos os campos de produo, a utilizao do ultra-som vem se desenvolvendo rpida e definitivamente. Sua necessidade patente desde a indstria automobilstica, construo civil, eletro-eletrnica, cosmticos, embalagens, brinquedos, eletrodomsticos, confeco, medicina, farmacutica at informtica.

3.3.3 Processo

O processamento de termoplsticos por ultra som entre 20 e 40 kHz ,oferece eliminao de colas, adesivos, solventes ou fixadores mecnicos, alem de melhorar a qualidade do produto.Copyright 2002 Ncleo Tecnolgico de Soldagem & Qualidade So Paulo/SP



Este processamento Energia Snica, em freqncias que variam entre 20 e 40 kHz transmitida atravs de uma srie de hastes metlicas (ferramenta ou sonotrodo), que so fabricadas em ligas de titnio ou duralumnio com caractersticas acsticas especiais, e calibradas (sintonizadas) em suas freqncias tpicas de ressonncia, a fim de se conseguir uma amplitude de vibrao adequada para o processamento.

A face do sonotrodo vibra no sentido axial

tratamento termico alivio de tensoes em soldas

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