INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLÓGIA DO CEARÁ.

COORDENAÇÃO DO CURSO DE MECÂNICA

CURSO TÉCNICO INTEGRADO EM MECÂNICA

PROFESSOR: Walter Macedo

Processos de Soldagem

A soldagem é sem dívida o meio mais barato, importante e versátil de união entre os materiais desde 1930, sua importância se caracteriza por unir todos os metais comerciais. O progresso alcançado no campo da soldagem, bem como o desenvolvimento de processos e tecnologias avançadas nos últimos anos, é de fundamental importância para a continuidade do desenvolvimento e progresso industrial.

Definição da Solda

Existem várias definições de solda, segundo diferentes normas. A solda pode ser definida como uma união de peças metálicas, cujas superfícies se tornaram plásticas ou liquefeitas, por ação de calor ou de pressão, ou mesmo de ambos. Poderá ou não ser empregado metal de adição para se executar efetivamente a união.

Classificação dos processos de soldagem

Atualmente, os processos antigos de soldagem quase não têm aplicação, pois foram aperfeiçoados, surgindo novas técnicas. Com o emprego de novas tecnologias, atingiram-se elevados índices de eficiência e qualidade na soldagem. O processo de soldagem podem ser classificados de acordo com a fonte de energia aplicada em:

Solda por fusão - Soldagem por fusão é o processo pelo qual as partes soldadas são fundidas por meio de ação de energia elétrica ou química, sem que ocorra aplicação de pressão: a gás, a arco, alumino-termico.

Solda por pressão - Soldagem por pressão é o processo pelo qual as partes soldadas são inicialmente unidas e posteriormente pressionadas uma contra a outra para efetuar a união: caldeamento, a resistência, a gás por pressão e a frio.

Solda a arco elétrico

A temperatura do arco elétrico atinge valores de até 6000ºC. Seu calor intenso e concentrado solda rapidamente as peças e leva o material de enchimento até o ponto de fusão. Nesse estado, os materiais se misturam e, após o resfriamento, as peças ficam soldadas. Normalmente ela é utilizada em aço carbono, ferro fundido, metais não-ferrosos, ligas, etc.

O arco elétrico

É uma descarga elétrica mantida em meio ionizado, com desprendimento de intenso calor e luz. Compara-se o arco elétrico a um raio que queima, porém, durante um certo tempo. No arco elétrico, tem-se também um circuito fechado. A diferença entre outros circuitos fechados, é que, no caso de arco elétrico, a corrente flui através da atmosfera por uma pequena distância, mesmo o ar não sendo bom condutor. No comprimento do arco elétrico, existe uma mistura de moléculas, átomos, íons e elétrons. Nesse caso, o ar é ionizado, podendo vir a ser um condutor; a corrente pode fluir, porém o arco tem de ser aberto.

A soldagem não pode ser executada, utilizando-se diretamente a corrente normal da rede. A tensão é muito elevada, podendo ser de 110, 220, 380 ou 440V. Com tais valores de tensão, existe perigo de vida.

Existem três tipos de máquinas utilizadas na soldagem: Transformadores, Retificadores e Geradores.

Transformador para soldagem

Os transformadores de soldagem podem apenas ser conectados à corrente alternada e fornecem só esse tipo de corrente. Isso está relacionado com a contínua variação do campo magnético na bobina primária, onde circula apenas corrente alternada. Essa constante variação ou alternância do campo magnético gera corrente na bobina secundária. Nos transformadores, modifica-se apenas a tensão da corrente alternada. Pode ser do tipo monofásico ou trifásico e ser alimentado com tensões de 110, 220, 380 e 440V.

Os transformadores, sendo máquinas para soldagem com corrente alternada, não têm polaridade definida e só permitem o uso de eletrodos apropriados para esse tipo de corrente, é um equipamento silencioso, seu aproveitamento é de 90% e não produz sopro magnético devido ao uso de corrente contínua.

Desvantagens dos transformadores

Desequilibram a rede de alimentação, devido à sua ligação monofásica.

Devido à alternância da corrente de soldagem, que passa por zero a cada semiperíodo, a tensão em vazio da máquina (42V) precisa ser elevada, a fim de possibilitar-se o reacendimento do arco elétrico.

Não podem ser usados com eletrodos que não proporcionem boa ionização da atmosfera por onde flui o arco elétrico.

Vantagens dos transformadores

Eliminam o risco de surgimento do sopro magnético, que provoca uma fusão desigual do eletrodo e defeito na solda, principalmente inclusões de escória.

Baixo custo de equipamento.

Baixo custo de manutenção.

Geradores de solda

São máquinas rotativas que possuem um motor elétrico ou motor de combustão interna, acoplado a um gerador de corrente elétrica contínua, destinada à alimentação do arco elétrico.

Retificadores de soldagem

Os retificadores de soldagem são constituídos basicamente de um transformador trifásico, cujo secundário é ligado a uma ponte de retificadores. Os retificadores são elementos que somente permitem a passagem de corrente em um só sentido, portanto convertem a corrente alternada em corrente contínua de saída.

Apresenta uma idéia da transformação da corrente alternada trifásica numa corrente contínua pulsante pela ação dos retificadores. As pulsações se interrompem com a utilização da corrente de soldagem. Os retificadores, no que diz respeito aos custos de aquisição e de manutenção, à vantagens inerentes às máquinas de corrente contínua, isto é, operam com baixas tensões em vazio, proporcionam um regime de arco elétrico estável e permitem a utilização de qualquer tipo de eletrodo.

Abertura do arco elétrico

Visto que o ar não é um condutor, o arco deve ser inicialmente aberto através de um curto-circuito, fazendo com que, ao levantar-se o eletrodo a corrente flua neste instante com elevada amperagem.

Formas de transferência do metal de adição

Seleção dos parâmetros de soldagem

A escolha adequada dos parâmetros operacionais é de suma importância na condução da operação de soldagem a arco elétrico com eletrodos revestidos. A seleção se faz mediante a tensão, a corrente, a velocidade e a penetração de soldagem.

Tensão de soldagem - A tensão de soldagem é regulada em função do tipo de eletrodo, mas, geralmente, para uma dada classe de revestimento, ela varia linearmente com o comprimento do arco. Arcos muito longos tendem a causar instabilidade. O comprimento do arco deve ser de uma vez o diâmetro do eletrodo, para as operações de soldagem convencionais. Dentro desses limites, a tensão de soldagem na posição plana varia de 20 a 30 volts, para diâmetro na faixa de 3 a 6 milímetros do eletrodo.

Corrente de soldagem - É determinada basicamente pelo tipo de material a ser soldado e pelas características específicas da operação, como geometria e dimensões da junta, diâmetro e classe de revestimento do eletrodo, posição de soldagem, etc.

Uma corrente excessivamente alta também poderá acarretar a perda de elementos de liga. Em materiais de alta liga, poderá ocasionar trincas a quente, como na soldagem dos aços austeníticos, e produzir uma zona termicamente afetada de dimensões significativas. Daí a importância da seleção cuidadosa da corrente de soldagem.

Como regra prática, tem-se 40A x o diâmetro do eletrodo.

Parâmetros de tensão e corrente de soldagem

Velocidade de soldagem - É determinada em função da classe do eletrodo, diâmetro de sua alma, da corrente de soldagem, da especificação do metal-base e de adição, da geometria da junta e precisão de montagem das peças e utilização ou não de aquecimento.

A velocidade de soldagem praticamente independe da tensão elétrica, mas é proporcional à intensidade da corrente.

Uma alta velocidade implica um alto valor de corrente. Aumento na velocidade de soldagem, sendo constantes corrente e tensão, acarreta diminuição na taxa de deposição por unidade de comprimento da solda.

A penetração da solda aumenta até um determinado valor ótimo da velocidade de soldagem, a partir do qual começa a decrescer.

Um acréscimo no insumo de calor.

Um decréscimo no insumo de calor provoca um incremento na taxa de resfriamento na zona de solda, aumentando, portanto, seus efeitos prejudiciais.

Penetração da solda - A penetração da solda é um parâmetro importante na soldagem, pois influi diretamente na resistência mecânica estrutural da junta. Essa penetração é influenciada por fatores como as propriedades do fundente ou do fluxo, polaridade, intensidade de corrente, velocidade e tensão de soldagem.

Qualidades e características de uma boa soldagem

Uma boa soldagem deve oferecer, entre outras coisas, segurança e qualidade. Para alcançar esses objetivos, é necessário que os cordões de solda sejam efetuados com o máximo de habilidade, boa regulagem da intensidade e boa seleção de eletrodos.

Características de uma boa solda

Uma boa solda deve possuir as seguintes características:

Boa penetração - Obtém-se quando o material depositado funde a raiz e estende-se por baixo da superfície das partes soldadas.

Isenção de escavações - Obtém-se uma solda sem escavações quando, junto ao seu pé, não se produz nenhuma cratera que danifique a peça.

Fusão completa - Obtém-se uma boa fusão, quando o metal-base e o metal depositado formam uma massa homogênea.

Ausência de porosidade - Uma boa solda está livre de poros, quando em sua estrutura interior não existem bolhas de gás, nem formação de escória.

Boa aparência - Uma solda tem boa aparência quando se aprecia em toda a extensão da união um cordão uniforme, sem apresentar fendas nem saliências.

Ausência de trincas - Tem-se uma solda sem trincas quando no material depositado não existem trincas ou fissuras em toda a sua extensão.

Principais defeitos de uma soldagem:

Eletrodos para soldagem a arco elétrico

Os eletrodos para soldagem são:

1 – eletrodo nú – não há revestimento

2 – eletrodo tubular – no interior de um tubo metálico encontra-se o fluxo

3 - eletrodo revestido – o arame (alma do eletrodo) e coberto pelo fluxo

Eletrodo revestido

Funções do revestimento

Dentre as muitas funções do revestimento, encontra-se a seguir, uma série das mais importantes:

protege a solda contra o oxigênio e o nitrogênio do ar;

reduz a velocidade de solidificação;

protege contra a ação da atmosfera e permite a desgaseificação do metal de solda através da escória;

facilita a abertura do arco além de estabilizá-lo;

introduz elementos de liga no depósito e desoxida o metal de solda;

facilita a soldagem em diversas posições de trabalho;

serve de guia das gotas em fusão na direção do banho;

serve como isolante na soldagem de chanfros estreitos, de difícil acesso.

Tipos de revestimentos

Rutílico - Contém geralmente rutilo com pequenas porcentagens de celulose e ferros-liga . É usado com vantagem em soldagens de chapas finas que requerem um bom acabamento.

Básico - Contém em seu revestimento fluorita carbonato de cálcio e ferro liga. É um eletrodo muito empregado nas soldagens pela seguintes razões:

possui boas propriedades mecânicas;

dificilmente apresenta trincas a quente ou a frio;

seu manuseio é relativamente fácil;

apresenta facilidade de remoção da escória, se bem utilizado;

é usado para soldar aços comuns de baixa liga e ferro fundido.

Devido à composição do revestimento, esse tipo de eletrodo absorve facilmente a umidade do ar. É importante guardá-lo em estufa apropriada, após a abertura da lata.

Celulósico - Contém no seu revestimento materiais orgânicos combustíveis (celulose, pó de madeira, etc.).

Ácido - Seu revestimento é composto de óxido de ferro, óxido de manganês e outros desoxidantes. É utilizado com maior adequação em soldagem na posição plana.

Oxidante - Contém no seu revestimento óxido de ferro, podendo ter ou não óxido de manganês. Sua penetração é pequena e suas propriedades mecânicas são muito ruins. É utilizado onde o aspecto do cordão é mais importante que a resistência.

Classificações dos eletrodos

No Brasil, as classificações mais adotadas são:

AWS = American Welding Sociaty (Associação Americana de Soldagem).

ABNT = Associação Brasileira de Normas Técnicas.

Classificação AWS

1- A letra “E” designa um eletrodo, se tivermos: “R” – Vareta para soldagem a arco elétrico e a gás; “B” - Metal de adição para brasagem; “ER” - Varetas e arames para soldagem TIG, MIG/MAG e arco submerso.

2- Estes dígitos em número de dois ou três, indicam o limite de resistência a tração mínima do metal de solda em ksi( 1ksi=1000psi=1 lb/pol2)

3 – Indica as posições de soldagem: 1- todas as posições; 2- posição plana, horizontal (apenas para solda em ângulo); 3- somente posição plana; 4 – posição horizontal, vertical descendente, plana e sobre-cabeça.

4 – Este dígito pode variar de 0 a 8 e fornece informações sobre: Corrente empregada (CC+, CC-, CA); natureza do revestimento do eletrodo. Teor de H2; tipo do arco e penetração da solda.

5 – Este sufixo é composto de letra e algarismo que indicam a composição química do metal de solda.

Observação: consultando a tabela do fabricante de eletrodo podemos obter todas as características dos eletrodos.

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