Baixe Aco submerso e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! ad ESAB e Seu parceiro em Soldagem e Corte ARCO SUBMERSO ÍNDICE DESCRIÇÃO GERAL DA SOLDAGEM POR ARCO SUBMERSO .......................... 2 SELEÇÃO DO ARAME E DO FLUXO ........................................................... 11 PROJETO E PREPARAÇÃO DA JUNTA........................................................ 31 SOLDAGEM ........................................................................................... 68 PROCEDIMENTOS E DICAS OPERACIONAIS............................................. 104 Elaborado, traduzido (parte) e adaptado por Cleber Fortes – Engenheiro Metalúrgico, M.Sc. Assistência Técnica Consumíveis – ESAB BR Revisado por Welerson Araújo – Engenheiro Metalurgista, M.Sc. Desenvolvimento e Pesquisa – ESAB BR Última revisão em 24 de maio de 2004 FLUXOS OK 3 Posição — a alta corrente de soldagem aliada ao alto aporte térmico cria uma grande poça de fusão. Sob tais condições, as soldas devem ser mantidas na horizontal para evitar escorrer. Soldas com pequenas poças de fusão podem ser inclinadas por até 15° da horizontal sem grande dificuldade. Se o tamanho dos passes for limitado, soldas ho- rizontais podem ser executadas em superfícies verticais, desde que seja providenciado um suporte adequado para o fluxo. Vantagens do processo elevada velocidade de soldagem; maiores taxas de deposição; boa integridade do metal de solda; processo de fácil uso; melhor ambiente de trabalho e maior segurança para o operador. Limitações do processo O processo de soldagem por arco submerso é limitado às posi- ções de soldagem plana e horizontal em ângulo. FLUXOS OK 4 Elementos da soldagem por arco submerso Cinco elementos estão presentes na execução de uma solda por arco submerso: calor gerado pela passagem de uma corrente elétrica através de um arco; arame para soldagem — consumível; as peças a serem soldadas; fluxo para arco submerso - um composto mineral granulado para soldagem; o movimento relativo entre o cabeçote de soldagem e as peças de trabalho. Seqüência geral de atividades Reduzindo a soldagem por arco submerso aos seus termos mais simples, considerando o equipamento já montado e em uso, a se- qüência geral de atividades para fazer uma solda por arco submerso é a seguinte: Ajuste do equipamento de soldagem Para os detalhes descritos a seguir, veja a Figura 1. O cabeçote de soldagem deve ser montado em conformidade com as instruções fornecidas. FLUXOS OK 5 O cabeçote, o painel de controle e o carretel são montados em um dispositivo móvel. O caminho a ser percorrido pelo equipamento deve estar livre e disponível. A fonte de soldagem é conectada à rede elétrica. São conecta- das, através de cabos elétricos, a fonte de soldagem ao cabeçote e à peça de trabalho. Figura 1 - Equipamento de soldagem Preparação das peças de trabalho Para os detalhes descritos a seguir, veja a Figura 2. Determina-se o tipo de junta mais adequado para a solda a ser executada. Preparam-se e limpam-se as regiões a serem solda- das. Se aplicável, coloca-se o cobre-juntas. As peças a serem soldadas são colocadas em posição para sol- dagem. Normalmente elas são ponteadas ou presas por disposi- tivos auxiliares para mantê-las na posição desejada. FLUXOS OK 8 O enorme calor desenvolvido pela passagem da corrente de sol- dagem através da zona de soldagem funde a extremidade do arame e as bordas adjacentes das peças de trabalho, criando uma poça de metal fundido. Esta poça está em um estado líquido bem fluido e é turbulenta. Por essas razões, qualquer escória ou quaisquer bolhas de gás são prontamente varridas para a superfície. O fluxo para sol- dagem por arco submerso protege completamente a região de solda- gem do contato com a atmosfera. Uma pequena quantidade de fluxo se funde. Essa porção fundida tem várias funções: ela cobre comple- tamente a superfície da solda, evitando a contaminação do metal de solda por gases atmosféricos; dissolve e portanto elimina as impure- zas que se separam do metal fundido e flutuam em sua superfície; e também pode ser o agente de adição de certos elementos de liga. A combinação de todos esses fatores resulta em uma solda íntegra, limpa e homogênea. Figura 4 - O processo de soldagem por arco submerso À medida que o cordão de solda é constituído, a parte fundida do fluxo se resfria e endurece, formando um material duro e vítreo, que protege a solda até seu resfriamento, sendo normal seu completo destacamento da solda. FLUXOS OK 9 Desde que adequadamente executadas, as soldas por arco sub- merso não apresentam fagulhas, tornando desnecessários equipa- mentos de proteção contra a radiação. Não há respingos a serem re- movidos. Princípios básicos - teoria de controle de alimentação do arame de soldagem As altas velocidades de soldagem e altas taxas de deposição que são características do processo de soldagem por arco submerso re- querem um controle automático do motor que alimenta o arame de soldagem à solda. Nenhuma mão de soldador seria capaz de alimen- tar suavemente o arame de soldagem a velocidades comparáveis às de uma máquina de soldagem por arco submerso. Tampouco ele po- deria manter o controle preciso das mesmas condições de soldagem. O sistema de controle automático e a fonte de energia emprega- dos na soldagem por arco submerso atuam para manter constantes a tensão e a corrente de soldagem. Relação entre a tensão de soldagem e a distância entre o arame e a peça de trabalho A tensão de soldagem é proporcional ao comprimento do arco: se a distância entre o arame e a peça aumentar, a tensão de sol- dagem aumentará; se a distância entre o arame e a peça diminuir, a tensão de sol- dagem diminuirá; FLUXOS OK 10 se a distância entre o arame e a peça se mantiver constante, a tensão de soldagem permanecerá constante; Taxa de fusão versus taxa de alimentação do arame Fonte de corrente constante se, por um curto período de tempo, a corrente fluindo através da região de soldagem fundir o arame a uma taxa maior que a de sua alimentação, a distância entre o arame e a peça aumentará e a tensão de soldagem aumentará; inversamente, se, por um curto período de tempo, o arame for alimentado mais rapidamente que sua taxa de fusão, a distância entre o arame e a peça diminuirá e a tensão de soldagem diminu- irá; uma tensão de soldagem constante pode ser mantida se for em- pregada uma unidade de controle que automaticamente varie a taxa de alimentação do arame à medida que a tensão de solda- gem se altere. Fonte de tensão constante com uma fonte de tensão constante, a tensão do arco é mantida pela fonte. A corrente do arco é controlada pela velocidade de a- limentação do arame, de modo que um aumento nesse parâme- tro produzirá um aumento da corrente; portanto, o sistema de alimentação do arame é simplificado para um dispositivo de velocidade constante e o controle do arco é re- alizado pela fonte de energia. FLUXOS OK 13 lidade de remoção da escória, capacidade de remoção de óxidos e carepa, capacidade de condução de corrente elétrica, possibilidade de uso de vários arames e bons resultados no emprego de corrente alternada. Para algumas aplicações críticas e para a maioria das sol- das multipasse em peças com espessuras acima de 25 mm, as pro- priedades mecânicas são prioritárias, obrigando ao uso de uma clas- se determinada de fluxos. Figura 6 - Composição do metal de solda Arames para soldagem por arco submerso são escolhidos por sua influência nas propriedades mecânicas e/ou na composição quí- mica requerida para o metal de solda. Fluxos para soldagem por arco submerso Os fluxos para soldagem por arco submerso são compostos mi- nerais granulares e fusíveis que cobrem o arco e produzem proteção, limpeza e controle da geometria do cordão de solda. Eles influenciam fortemente a usabilidade e as propriedades mecânicas do metal de solda. Muitos fluxos diferentes estão disponíveis, cada um oferecendo suas características peculiares de desempenho, permitindo otimiza- ções de processo para os diferentes requisitos de aplicação. FLUXOS OK 14 Fluxos aglomerados Os fluxos aglomerados são fabricados através da mistura seca de seus ingredientes, que são aglomerados com uma solução aquosa de silicato de sódio e/ou de potássio (veja a Figura 7). A massa resul- tante é pelotizada, seca e reduzida mecanicamente a partículas que são peneiradas e classificadas para obter: melhor desempenho na remoção de óxidos e carepa; menor consumo de fluxo — 30 - 40% menor que fluxos fundidos; baixo custo de fabricação; bom desempenho sobre uma gama de aplicações com uma úni- ca distribuição granulométrica; podem ser ligados; soldas livres de porosidade mesmo com óxidos e carepa. Figura 7 - Aspecto dos grãos de fluxos aglomerados FLUXOS OK 15 Figura 8 - Fábrica de fluxos aglomerados Figura 9 - Fluxograma de fabricação de fluxos aglomerados Como as partículas dos fluxos aglomerados não são quimica- mente homogêneas, a remoção de finos pode alterar a composição química do metal depositado e conseqüentemente suas propriedades mecânicas. FLUXOS OK 18 Fluxos neutros x fluxos ativos As expressões neutro e ativo são freqüentemente utilizadas pa- ra descrever o comportamento do fluxo e geralmente referem-se ao teor de manganês e/ou de silício que será transferido do fluxo para o metal de solda (veja a Figura 13). Esses são termos relativos que de- pendem da composição do fluxo, da composição química do arame e da razão entre a escória e o arame fundido. Figura 13 - Fluxo ativo x fluxo neutro Fluxos neutros são definidos pelo ASME/AWS como "aqueles que não produzem alterações significativas na composição química do metal depositado como resultado de grandes mudanças na tensão do arco e, portanto, no comprimento do arco". Conseqüentemente, a resistência mecânica do depósito de solda não é significativamente alterada pela quantidade fundida de fluxo, que varia com a tensão de soldagem. O uso principal dos fluxos neutros é em soldas multipasse FLUXOS OK 19 de peças com espessuras acima de 25 mm. Esses fluxos apresentam maior sensibilidade à porosidade e às trincas. Fluxos ativos são definidos pelo ASME/AWS como "aqueles que contêm pequenas quantidades de manganês, silício ou ambos, que são desoxidantes adicionados ao fluxo para melhorar a resistência à porosidade e a trincas causadas pelos contaminantes no metal de base ou dele provenientes". Normalmente, o uso desses fluxos fica restrito a peças com espessuras menores que 25 mm, sendo aplicá- vel a soldas monopasse ou com poucos passes. Maiores tensões de soldagem causam aumento significativo do consumo de fluxo, aumen- tando os teores de manganês e/ou de silício no depósito de solda e, conseqüentemente, aumentando também sua resistência mecânica e dureza e diminuindo sua tenacidade. Fluxos ligados Fluxos ligados podem ser definidos como aqueles que contêm, além de manganês e silício, elementos de liga tais como: cromo níquel molibdênio cobre As principais aplicações dos fluxos ligados são aços de baixa liga e revestimento duro. FLUXOS OK 20 Classificação quanto à neutralidade Os fluxos aglomerados fabricados pela ESAB são classificados quanto à neutralidade conforme a Tabela I: FLUXO NEUTRALIDADE OK 10.35H OK 10.35 OK 10.60 OK 10.81W OK 10.92B LIGADO OK 10.61B OK 10.62B OK 10.70B OK 10.71 OK 429 NEUTRO OK 10.81 OK 10.81B OK 10.82B OK 350 ATIVO Tabela I - Classificação de fluxos OK quanto à neutralidade FLUXOS OK 23 Escolha de combinações arame-fluxo Arames para soldagem por arco submerso são escolhidos primei- ramente por sua influência nas propriedades mecânicas e/ou na com- posição química requerida para o metal depositado. Carbono e man- ganês são os elementos de liga mais comuns, com adições de Si, Mo, Ni, Cr, Cu e outros elementos adicionados para aumentar a resistên- cia mecânica e controlar as propriedades mecânicas a altas ou baixas temperaturas. Adições de manganês e silício também auxiliam na e- liminação da porosidade gerada pelo gás CO. Os fluxos para soldagem por arco submerso são escolhidos para satisfazer aos requisitos de propriedades mecânicas em conjunto com um arame particular e também para atender às necessidades de de- sempenho de cada aplicação. Classificações AWS / ASME As classificações da AWS (American Welding Society) para com- binações arame-fluxo auxiliam na escolha dos consumíveis adequa- dos para cada aplicação. A AWS classifica arames de aço carbono e de baixa liga para soldagem por arco submerso pelas normas AWS A5.17 (ou ASME SFA5.17) e AWS A5.23 (ou ASME SFA5.23) pela faixa de composição química. Como as propriedades do metal de solda depo- sitado pelo processo de arco submerso são afetadas pelo tipo de flu- xo empregado, é necessário aplicar uma classificação separada para cada combinação arame-fluxo. Um arame pode ser classificado com vários fluxos. FLUXOS OK 24 A seguir são mostrados os dois sistemas de classificação de combinações arame-fluxo da norma AWS: 1 q “aa bJes epjos ap jeyeui op opáisoduios y3WSy | SMY BUNOU PU SEpIo9|aqe)ss sagójpuoo se gos £Ha OpIj9s sue wn wo opeysodap opuenb (9.8L- no) 4.0 e (Fº ZZ no) gl oz soueu ojad ep oyoeduul sp apepeudoJd ewn & (2dIy 0Z9 No) 54 06 e JoLjadns 0g5e1 E eloUBJs|sa! un ela) Wsbepjos-sod sjuawe jus) opejeuy ap ogójpuoo eu 'enb epjos ap [ejou un gulZnpoJd onb oxhj Wh & os-sJoJ0% "ejojduoo ogSeublsep eun s ca-caa-0d6a :ojduiex3 NX- NXXX9I - XXX q FLUXOS OK opIjos sue eSpui elsugsme ens eN Jena) eueie eoIpuj (eweJe) opoJgeje E>pU| 'T 17 SP ounuju oe Wezejspes opeysodsp [Ejs op ojoeduu! sp sspepadoJd se jenb e BAngessduisy Jousu E ESIpu] "WISBEPJOS-SOC ODIUI9) OJUSUIBJEA) - 4h, 9 OPBPIOS OLOS - My, “SOPIZNPUOS WBJOJ 5959] SO [enh EU ODIULIS) OjUSLURJEL) Sp OESIpuOD E EUBISSA “184 00) Jessedexyn BIougIsIseJ E opuenh sopesn ops soyBip siog 'sepeogiosdso wsbepjos ap SegIpuos se WoS OpJooe sp sul op EDljjasdse opSeauIssejo ELINB|E é oxn|y O Wos 4 OL 9P sapepiun us opeyIsodep epjos sp [EJSL Op BLIUJUI BIIUBI9LU EIDUBJSISS E EDIpU] Oxny vopul FLUXOS OK 28 A combinação do desempenho com a maioria das propriedades mecânicas abrangendo a maior parte das indústrias, tais como caldei- raria, naval, e automotiva, pode ser simplificada. O exemplo seguinte ilustra o que pode ser feito com a pré-seleção de combinações simpli- ficadas de arame-fluxo. Seleção simplificada de arame-fluxo 3 fluxos + 1 arame Figura 15 - Consumíveis OK para a soldagem por arco submerso FLUXOS OK 29 Combinação de arame-fluxo pré-escolhida para a maioria das aplicações Com catorze fluxos e catorze arames de diferentes tipos, a esco- lha de produtos para uma nova aplicação pode ficar confusa. No en- tanto, a seleção pode ainda ser simples para a maioria das aplicações de soldagem de alta qualidade de aços carbono. OK Flux 429 + OK Autrod 12.20 ou OK Flux 10.71 + OK Autrod 12.20 ou OK Flux 10.70B + OK Autrod 12.20 (com toto) Figura 16 - Combinações de arames OK com fluxos OK neutros OK Flux 10.81B + OK Autrod 12.20 ou OK Flux 10.81 + OK Autrod 12.20 Figura 17 - Combinações de arames OK com fluxos OK ativos FLUXOS OK 30 OK Flux 350 + OK Autrod 12.20 ou OK Flux 10.82B + OK Autrod 12.20 Figura 18 - Combinações de arames OK com fluxos OK ativos de caracterís- ticas de desempenho especiais FLUXOS OK 33 Suporte para o metal de solda fundido Necessidade de suporte para o metal de solda fundido A soldagem por arco submerso forma um grande volume de me- tal fundido que permanece fluido por um período de tempo considerá- vel. É essencial que esse metal fundido seja suportado e contido até sua completa solidificação. Uso de cobre-juntas para assegurar o suporte ao metal fundido Existem cinco modos comumente empregados para suportar o metal de solda fundido: cobre-juntas não consumível; cama de fluxo; junta sem abertura de raiz; passe de selagem; cobre-juntas metálico consumível. Os dois primeiros empregam cobre-juntas temporários que são removidos após o término da soldagem. Nos outros três, o cobre- juntas torna-se parte integrante da junta soldada. Cobre-juntas não consumível O cobre-juntas de cobre é freqüentemente utilizado como cobre- juntas não consumível na soldagem dos aços. É empregado quando o metal de base não tem massa suficiente para prover um suporte FLUXOS OK 34 adequado ao metal de solda ou quando deve ser obtida uma penetra- ção completa em apenas um passe. O cobre-juntas de cobre é parti- cularmente útil na soldagem de peças de pequena espessura. Vários tipos de cobre-juntas de cobre são mostrados na Figura 23. Figura 23 - Diversos tipos de cobre-juntas não consumíveis de cobre Como o cobre é um excelente condutor de calor, ele resfria rapi- damente o metal de solda fundido, fornecendo ao metal de solda o suporte necessário sem ser fundido por ele. Foram feitas algumas tentativas para substituir o cobre por ligas de cobre e por alumínio e suas ligas, porém os resultados não foram satisfatórios tanto no as- pecto econômico quanto na qualidade do metal de solda produzido. Esse insucesso resulta da condutibilidade térmica apreciavelmente menor e também do menor calor latente de fusão das ligas alternati- vas em relação ao cobre. Por isso as ligas de cobre e o alumínio e suas ligas não conseguem suportar as altas temperaturas de solda- FLUXOS OK 35 gem e se deterioram rapidamente em serviço, mesmo que possuam inicialmente uma resistência à abrasão maior. É essencial que o cobre-juntas de cobre seja pressionado contra a base da junta para evitar que o metal de solda escorra por entre a raiz da junta e o cobre-juntas. O cobre-juntas de cobre deve ser entalhado ou rebaixado para facilitar a penetração do metal de solda na raiz da junta (veja a Figura 24). Na prática, o entalhe não é usado em chapas com espessura a- baixo de 10 MSG para não reduzir a capacidade de resfriamento rá- pido do cobre. Para chapas com espessura acima de 10 MSG, as di- mensões do entalhe variam de 0,5 mm a 2,0 mm de profundidade e de 6,5 mm a 20 mm de largura, sendo que as dimensões do entalhe aumentam com a espessura. Os cantos do entalhes podem ser arre- dondados. O entalhe é maior para as chapas mais espessas para evi- tar que a capacidade de resfriamento do cobre dificulte uma penetra- ção completa e para permitir um reforço adicional na raiz da junta. En- talhes mais largos permitem maiores desalinhamentos nas peças, o que é conveniente para a soldagem de peças de grande comprimen- to. Figura 24 - Cobre-juntas de cobre entalhado A vida da peça de cobre depende do cuidado no uso, particular- mente contra danos mecânicos e superaquecimento devido a uma montagem deficiente da junta. Se as superfícies de contato do cobre- juntas ficarem com um aspecto corroído, podem ser usinadas nova- FLUXOS OK 38 Cama de fluxo Embora todos os tipos de fluxo da ESAB possam ser usados co- mo cobre-juntas, o fluxo OK Flux 350, é o mais adequado para uso como cama de fluxo. A cama de fluxo deve ser pressionada unifor- memente contra a base da junta por uma mangueira inflada com água ou ar comprimido. O fluxo é depositado sobre a mangueira (veja a Figura 26). Figura 26 - Cama de fluxo Com o uso da cama de fluxo podem ser toleradas maiores irregu- laridades de montagem que com outros tipos de cobre-juntas porque o material granulado conformar-se-á melhor à base da peça. Pressão excessiva para manter o fluxo granulado contra a base da junta tende a produzir concavidade na raiz. Junta sem abertura de raiz e passe de selagem Juntas sem abertura de raiz e passes de selagem são os méto- dos mais empregados para obter suporte para o metal de solda. FLUXOS OK 39 Em uma junta sem abertura de raiz, o nariz deve ser espesso o suficiente para suportar o primeiro passe de solda sem perfurar o chanfro e alcançando a penetração requerida. Essa técnica é empre- gada em juntas de topo (com ou sem chanfro) e juntas em ângulo (in- clusive juntas sobrepostas e em “T”). Algumas vezes, são usados co- bre-juntas suplementares. É da maior importância que as faces da junta estejam fortemente pressionadas no ponto de máxima penetra- ção da solda. O passe de selagem pode ser realizado por outros processos de soldagem, empregando arames tubulares OK Tubrod® ou eletrodos revestidos OK (veja a Figura 27). Os passes subseqüentes ao passe de selagem podem ser executados do mesmo lado (para espessuras abaixo de 12,5 mm) ou do lado oposto nos demais casos. Figura 27 - Passe de selagem Eletrodos revestidos OK são freqüentemente empregados em passes de selagem, quando não for conveniente aplicar outras técni- cas de cobre-juntas devido à inacessibilidade, preparação ou monta- gem deficiente da junta ou mesmo dificuldade de girar o conjunto (ve- ja a Figura 28). O cordão soldado com eletrodo revestido OK pode permanecer como parte integrante da junta se atender aos requisitos de qualidade ou pode ser removido por goivagem, lixamento ou usi- nagem após execução da solda por arco submerso. Quando a solda FLUXOS OK 40 realizada com eletrodo revestido OK tem que ser removida, deposita- se posteriormente um cordão permanente com arco submerso. Para passes de selagem, é recomendado um eletrodo revestido OK de baixo hidrogênio como o OK 48.04. Não devem ser empregados para passes de selagem eletrodos revestidos do tipo E6012 e E6013 por- que eles tendem a causar porosidade na solda permanente realizada por arco submerso. Figura 28 - Diversos tipos de passe de selagem É importante que o passe de selagem por solda manual seja de boa qualidade, livre de poros e de inclusões de escória. Caso contrá- rio, a solda final por arco submerso poderá conter também esses de- feitos, se estes forem absorvidos da refusão de parte do passe de se- lagem. Deve ser mantida a abertura da raiz. FLUXOS OK 43 Quando biselar O biselamento é particularmente desejável para juntas de topo mais espessas que 16 mm. O biselamento é algumas vezes empre- gado em peças de espessura 6,5 mm, onde o bisel pode auxiliar co- mo guia para o cordão de solda. Em juntas em “T” onde é desejada uma penetração total na raiz, a peça superior é geralmente biselada se a profundidade de penetração requerida para cada solda exceder 10 mm. Efeito da dimensão do nariz O nariz não biselado deve ser espesso o suficiente para a solda fundi-lo, mas não atravessá-lo. Se a espessura do nariz for inadequa- da, não haverá massa de metal suficiente para absorver o calor do metal fundido, podendo escorrer para a parte inferior da junta. Como exemplo, veja a Figura 31a e a Figura 31b. Figura 31 - Efeito da dimensão do nariz FLUXOS OK 44 Técnicas de preparação do bisel Corte a plasma ou por maçarico Pode ser executado manualmente ou com equipamentos de cor- te. Procure a Filial ESAB mais próxima para uma descrição das técni- cas de preparação de biséis e dos equipamentos fornecidos pela ESAB. Toda borra e carepa resultantes do corte devem ser removidas antes da montagem e da soldagem. Não é necessário remover o filme de óxido formado no bisel durante o resfriamento se a peça vai ficar estocada algum tempo antes da soldagem. Essa prática evita a oxi- dação grosseira da peça após o corte. Usinagem A técnica de usinagem do bisel depende da disponibilidade dos equipamentos, tipo de corte requerido, etc.. No caso do uso de guilho- tinas ou tesouras de corte, deve ser removida toda a oxidação gros- seira antes do corte para evitar que alguma partícula de óxido fique entranhada no bisel após o corte. Todo o óleo residual deve ser re- movido com um desengraxante que evapore facilmente. Lixamento manual Essa técnica é algumas vezes empregada em vez de corte a chama ou usinagem. A precisão da preparação do bisel depende da habilidade do operador. Forjamento, laminação e fundição Essa técnica é algumas vezes empregada para conformar o bisel desejado para peças forjadas, laminadas ou fundidas. FLUXOS OK 45 Limpeza da junta Introdução É de fundamental importância que a junta esteja limpa. Qualquer material que produza gases quando aquecido pelo calor da soldagem como óleo, graxa, água, tinta, óxidos ou carepa deve ser removido. A carepa de usina ou mesmo marcas de lápis térmico ou marcadores podem causar problemas. A limpeza é particularmente importante na soldagem de peças de pequena espessura a altas velocidades de soldagem. Métodos de limpeza Limpeza a chama Empregado para remover óxidos, carepa e umidade, é um dos mais eficientes meios de eliminar porosidade na soldagem por arco submerso. Já que não há aquecimento pela radiação do arco prece- dendo a solda e as velocidades de soldagem são muito altas, a lim- peza a chama é mesmo mais importante que em processos por arco aberto. Em algumas aplicações, uma tocha de aquecimento é monta- da diretamente no equipamento de solda. A seção mais aquecida do núcleo da chama deve atuar no cordão de solda. A região de solda iminente deve ser aquecida a uma temperatura acima de 200°C para evitar a condensação de umidade proveniente dos gases evoluídos na junta. Lixamento Pode ser empregado para remover a carepa de usina ou óxidos grosseiros. As lixadeiras podem ser operadas manualmente ou por equipamentos semi-automáticos. Devem sempre ser usados óculos FLUXOS OK 48 Juntas de topo a) Junta topo-a-topo Soldas monopasse de boa qualidade podem ser executadas em peças com espessura até 16 mm empregando-se juntas topo-a-topo sem abertura de raiz e com um cobre-juntas adequado. O reforço de solda, que tende a se tornar excessivo em soldas mais espessas, po- de ser controlado ajustando-se a abertura da raiz (veja a Figura 32). Irregularidades na abertura da raiz, no alinhamento do arame de sol- da com a junta e na quantidade requerida de metal de solda geral- mente limitam a espessura desse tipo de junta a 20 mm. Figura 32 - Junta topo-a-topo Dois passes de solda são executados sem abertura de raiz até uma espessura de 16 mm. É essencial em soldas de dois passes que as faces estejam bem encostadas, já que não é usado cobre-juntas. A abertura máxima permitida para a raiz é de 0,8 mm, a menos que a junta seja suficientemente suportada para evitar que o metal fundido escorra através da abertura da raiz. Com tais suportes, podem ser usadas maiores aberturas de raiz. Quando a abertura de raiz exceder 1,6 mm, contudo, ela deve ser rigorosamente preenchida com fluxo à frente da solda. A abertura máxima de raiz é de 3,2 mm, por causa da dificuldade de refusão do fluxo de soldagem na base do primeiro pas- se de solda. Se a abertura de raiz for mantida constante por todo o cordão de solda, peças com espessura até 20 mm podem ser solda- das com juntas topo-a-topo. O primeiro passe constitui o passe de se- FLUXOS OK 49 lagem, executado no lado oposto da junta. Vira-se a peça e executa- se o passe de acabamento, que penetra e refunde parte do passe de selagem para garantir uma boa continuidade do metal de solda atra- vés de toda a espessura da peça. Uma técnica satisfatória de se conseguir a penetração requerida para a solda sem reforço excessivo no acabamento é goivar um enta- lhe de profundidade 3,2 mm a 8 mm no topo da junta depois de o passe de selagem ter sido executado. Quando a goivagem for em- pregada, não é necessária qualquer preparação ou limpeza, exceto a remoção de toda e qualquer escória. A vantagem da junta topo-a-topo é que um mínimo de preparação ainda chega a produzir soldas de boa qualidade com penetração a- dequada. b) Juntas de topo em "V" b1) Junta de topo em "V" com nariz Esse tipo de junta é empregado com cobre-juntas não consumí- veis para soldas de topo monopasse de espessura 8 mm ou acima veja a Figura 33). Para a maioria das aplicações industriais, a espes- sura máxima é de cerca de 32 mm a 38 mm. A existência do nariz traz diversas vantagens. As faces quadradas simplificam a montagem. Penetração e reforço excelentes podem ser obtidos e as alterações normais na tensão, na corrente e na velocidade de soldagem causam danos mínimos ao nariz de suporte. Quantidades relativamente pe- quenas de arame são consumidas porque o chanfro em "V" dá a pe- netração desejada sem correntes excessivas e o volume do "V" é consideravelmente menor que o volume requerido por outras técnicas de soldagem. Com cobre-juntas não consumíveis, a dimensão do nariz é de 3,2 mm a 1,6 mm. A abertura da raiz não deve exceder 1,6 mm. Co- bre-juntas metálicos consumíveis também são empregados com esta preparação com uma abertura de raiz de pelo menos 3,2 mm. FLUXOS OK 50 Figura 33 - Junta de topo em "V" com nariz Juntas de topo em "V" com nariz e sem cobre-juntas externo são também empregadas para soldas de dois passes onde a espessura das peças excede 16 mm. O primeiro passe, normalmente o mais lar- go, é o passe de selagem depositado no lado do "V"; a peça é então virada e o passe de acabamento depositado no lado plano. O passe de acabamento penetra e refunde uma parte do passe de selagem para garantir a penetração completa (veja a Figura 34). Figura 34 - Junta de topo em "V" com nariz - passes de selagem e de aca- bamento O nariz mede aproximadamente 10 mm para todas as espessu- ras de peças comercialmente soldadas. O nariz das peças deve ser fortemente pressionado (abertura máxima de 0,8 mm) como na junta topo-a-topo. Quando existe algum suporte abaixo da junta, a abertura pode ser ligeiramente aumentada; se a abertura exceder 1,6 mm, o fluxo deve ser suportado à frente da solda. FLUXOS OK 53 derá a escorrer, causando instabilidade na soldagem e uma geome- tria indesejável do cordão de solda. Passes de selagem manuais são algumas vezes utilizados com juntas de topo em duplo "V", quando a junta tem um nariz pequeno (máximo 3,2 mm) e uma abertura de raiz de cerca de 3,2 mm. Se as condições requererem que o passe de selagem por soldagem manual seja mais espesso que 10 mm, contudo, a junta mostrada na Figura 37 é preferencial. Figura 37 - Junta de topo em "V" e em "U" d) Junta de topo em "U" A junta de topo em "U" é freqüentemente empregada em soldas multipasses por arco submerso. Peças de qualquer espessura podem ser soldadas com esse projeto de junta (veja a Figura 38). Um pequeno passe de selagem é realizado freqüentemente do lado oposto da junta. Se não for executado o passe de selagem, os narizes devem ser fortemente pressionados (abertura máxima de raiz de 0,8 mm). Para peças extremamente espessas, juntas de topo em duplo "U" podem ser empregadas. Elas são essencialmente duas juntas de topo em "U" com uma raiz em comum. Se for realizado um passe de sela- gem manual, pode ser necessário removê-lo posteriormente se for uma junta de qualidade radiográfica. FLUXOS OK 54 Figura 38 - Junta de topo em "U" O uso de soldas semi-automáticas com gás de proteção elimina a necessidade de remoção do passe de selagem previamente à sol- dagem por arco submerso. Graças à natureza livre de escória dos depósitos com gás de proteção (com arames tubulares OK Tubrod® ou com arames sólidos cobreados OK Autrod®), depósitos de solda subseqüentes por arco submerso de excelente qualidade podem ser produzidos sobre esses passes de selagem. Juntas sobrepostas a) Junta sobreposta simples ou dupla A principal vantagem da junta sobreposta é a simplicidade do a- juste e a mínima preparação requerida para a borda (veja a Figura 39). A junta e as superfícies sobrepostas devem estar limpas e secas. A junta em ângulo assim obtida após a soldagem é utilizada princi- palmente onde o lado interno não é acessível ou para serviços onde apenas uma pequena resistência é requerida para a junta, sendo a função primária da solda somente manter as peças juntas. FLUXOS OK 55 Figura 39 - Junta sobreposta dupla b) Junta sobreposta dupla de encaixe Essa junta também é de fácil ajuste e requer mínima preparação das bordas. Adicionalmente, possui uma superfície alinhada que a junta simples não tem (veja a Figura 40). A junta deve estar limpa e as superfícies sobrepostas secas e firmemente ajustadas. Juntas sobre- postas simples de encaixe são empregadas na fabricação de peque- nos botijões de gás. Por sua vez, juntas sobrepostas duplas de encai- xe são extensivamente empregadas na indústria naval para facilitar a ajuste e a soldagem da última de uma série de chapas unidas topo-a- topo. Figura 40 - Junta sobreposta dupla de encaixe FLUXOS OK 58 solda pode ser positiva ou negativa em juntas em ângulo, dependen- do se a fusão se estende até o ponto A ou se apenas chega ao pon- to B (veja a Figura 44). Figura 43 - Variação do fator de concentração de tensões com a penetração da solda Conforme é mostrado pela curva, a concentração de tensões no filete diminui rapidamente à medida que a penetração aumenta. A concentração de tensões a uma penetração de -6,5 mm é 75% mais alta que a uma penetração de +6,5 mm. A concentração de tensões a uma penetração zero (a penetração normal em soldas manuais) é a- proximadamente 42% maior que a uma penetração de 10 mm (pene- FLUXOS OK 59 tração normal em uma solda feita por arco submerso do tamanho u- sado nos testes). Figura 44 - Penetração positiva e negativa b) Juntas em "T" na posição horizontal Soldas em filete monopasse com perna até 8 mm (equivalente a soldas com perna até 10 mm feitas por outros processos de solda- gem) são utilizadas para fazer juntas em "T" na posição horizontal. Se a espessura da alma não for maior que 10 mm, dois filetes de perna 8 mm interpenetrar-se-ão na raiz, veja a Figura 45a. Juntas em "T" necessitando de maior penetração ou soldas de filete mais largas po- dem ser executadas utilizando um procedimento multipasse, veja a Figura 45b. As limitações de tamanho de soldas de filete monopasse horizon- tais são determinadas, não pela capacidade do equipamento de arco submerso, mas pelo volume de metal fundido que assegurará uma geometria favorável, sem escorrer excessivamente. FLUXOS OK 60 Figura 45a - Solda em ângulo horizontal Figura 45b - Solda com penetração total, chanfro em "K" c) Juntas em "T" na posição plana Filetes de pernas iguais podem ser obtidos pelo posicionamento da junta a um ângulo de 45° (superfície da solda plana). A profundi- dade de penetração pode ser aumentada ainda mais aumentando o ângulo da alma até 60° da vertical e direcionando o arame para o lado da alma, veja a Figura 46a. Se a espessura da alma exceder 19 mm e FLUXOS OK 63 b) Junta de canto com chanfro em "V" Para juntas mais espessas, é recomendada uma preparação com chanfro em "V" para obter uma penetração adequada sem reforço ex- cessivo. O chanfro em "V" é preferido relativamente ao meio "V" por- que facilita a penetração total com um ótimo perfil de cordão. Primei- ramente, executa-se o passe de selagem e posteriormente a solda de topo do lado oposto. Se o passe de selagem for depositado por arco submerso, deve ser empregado um nariz profundo (veja a Figura 48). Para outros processos de soldagem, a preparação deve resultar em um nariz fino e uma abertura de raiz. Essas soldas em filete podem ser feitas também sem nariz, porém nesse caso o uso de um cobre- juntas de cobre pode ser útil. Figura 48 - Junta de canto com chanfro em "V" c) Junta de canto com bisel em "J" Essas juntas — com simples ou com duplo "J" — são emprega- das para soldas multipasse de peças com espessuras maiores que aquelas para as quais podem ser utilizadas juntas com chanfro em "V". A técnica de soldagem é similar à empregada em juntas de topo com chanfro em "U". Freqüentemente executa-se um pequeno passe de selagem antes da soldagem multipasse feita por arco submerso. Se não for aplicado o passe de selagem, a máxima abertura de raiz FLUXOS OK 64 permissível é de 0,8 mm. Como apenas um lado da junta é prepara- do, o ângulo e o raio de curvatura devem ser mantidos conforme é especificado na Figura 49 para assegurar o acesso suficiente para depositar os passes na região da raiz da junta. d) Junta de canto simples Juntas de canto com o cordão de solda em filete do lado externo são úteis em muitas aplicações. A resistência da junta pode ser au- mentada adicionando-se um segundo cordão de solda ao lado interno da junta para formar uma junta de canto soldada de ambos os lados. A junta de canto simples pode ter a vantagem de não requerer qual- quer cobre-juntas além daquele já formado pela própria geometria da junta (veja a Figura 50). Observe que as superfícies em contato de- vem estar limpas, secas e firmemente ajustadas. Figura 49 - Junta de canto com bisel em "J" FLUXOS OK 65 Figura 50 - Junta de canto simples e) Junta de canto com cobre-juntas Podem ser empregadas preparações com ou sem chanfro com cobre-juntas para assegurar penetração total de um só lado da junta. Os requisitos dessa técnica são essencialmente os mesmos das jun- tas de topo com cobre-juntas (veja a Figura 51). Figura 51 - Junta de canto com cobre-juntas f) Juntas tampão Juntas tampão são empregadas para unir duas peças em que uma delas possui um furo, onde o metal de solda deve assegurar uma boa ligação e encher o furo (veja a Figura 52a até Figura 52d). É importante que o furo seja largo o suficiente para evitar contato do a- rame com a peça superior. A menos que o furo seja biselado ou ado- FLUXOS OK 68 Capítulo 4 Soldagem Preparação para a soldagem Tratamentos térmicos Pré-aquecimento e pós-aquecimento de aços de alto carbono ou de alta liga Tratamentos térmicos raramente são requeridos para aços de baixo carbono ou estruturais, embora sejam ocasionalmente empre- gados para evitar empenamento ou para garantir baixa dureza para usinagem. Durante a soldagem de aços de alto carbono ou de alta liga, no entanto, existe o perigo de que o depósito de solda e a zona termica- mente afetada contenham altos percentuais de martensita, um consti- tuinte duro do aço. Tais soldas possuem alta dureza e baixa ductilida- de e podem mesmo vir a trincar durante o resfriamento. O objetivo do pré-aquecimento e do pós-aquecimento é manter o teor de martensita da solda a um nível mínimo. De ambos os tratamentos resultam me- lhor ductilidade, baixa dureza e menor probabilidade de fissuração du- rante o resfriamento. A martensita forma-se realmente durante o resfriamento da solda e da zona termicamente afetada. A quantidade de martensita formada pode ser limitada reduzindo-se a taxa de resfriamento da solda. Os tratamentos térmicos aumentam a temperatura do metal vizinho à FLUXOS OK 69 solda, de tal modo que o gradiente de temperatura entre a solda e sua vizinhança fica reduzido. O resultado é que a zona de soldagem aquecida resfria-se mais lentamente, visto que a taxa de resfriamento é diretamente proporcional à diferença de temperatura (ou gradiente de temperatura) entre as massas quente e fria. Se esses tratamentos térmicos devem ou não ser aplicados de- pende do teor de carbono e de outros elementos de liga no metal sendo soldado. Se corpos de prova soldados sem tratamento térmico apresentarem baixa ductilidade ou dureza muito alta, é indicativo da necessidade de pré-aquecimento ou pós-aquecimento. Pré-aquecimento Um método simples para determinar a necessidade de pré- aquecimento de uma solda é o do carbono equivalente (Ceq). A tem- perabilidade de um aço está relacionada ao seu teor de carbono a- crescido dos teores de certos elementos de liga. Determina-se o teor aproximado de outros elementos de liga que produzem a mesma du- reza que 1% de carbono. Então, uma indicação da temperabilidade, designada por carbono equivalente (Ceq), pode ser calculada pela Equação [4]: [4] 13 %Cu 5 %Cr 4 %Mo 15 %Ni 6 %Mn%CeqC +++++= A Equação [4] é válida quando os teores estão dentro das faixas: %C < 0,50 %Mn < 1,60 %Ni < 3,50 %Mo < 0,60 %Cr < 1,00 %Cu < 1,00 Outra equação para o carbono equivalente, a Equação [5], lar- gamente utilizada, é dada pelo IIW (International Institute of Welding): FLUXOS OK 70 [5] 15 %Cu%Ni 5 %V%Mo%Cr 6 %Mn%CeqC ++++++= A Tabela III fornece valores sugeridos de temperaturas de pré- aquecimento para diferentes valores de carbono equivalente: Carbono equivalente (%) Pré-aquecimento recomendado até 0,30 opcional 0,30 - 0,45 100 - 200°C acima de 0,45 200 - 375°C Tabela III - Temperatura de pré-aquecimento x Carbono equivalente Alguns aços, particularmente aqueles possuindo carbono equiva- lente maior que 0,45%, podem requerer, além de pré-aquecimento, pós-aquecimento. Esses tratamentos são especialmente recomenda- dos para a soldagem de seções espessas. Entretanto, para a maioria dos aços carbono e de baixa liga, apenas o pré-aquecimento pode ser necessário de um modo geral. O pré-aquecimento a 120 - 150°C é geralmente empregado na soldagem multipasse em seções de espessura maior que 25 mm para reduzir a susceptibilidade da solda à fissuração. Pós-aquecimento Pós-aquecimento, dentro deste contexto, significa o aquecimento da junta soldada imediatamente após a solda ter sido realizada. É distintamente diferente de outros tratamentos executados após o res- friamento da solda, tais como alívio de tensões, revenimento e reco- zimento. O pós-aquecimento tem a mesma função do pré-aquecimento. Mantém a temperatura da peça em um nível suficientemente elevado de tal maneira que a junta soldada resfrie lentamente. Assim como no pré-aquecimento, o resultado é uma ductilidade maior na região da FLUXOS OK 73 TEMPOS E TEMPERATURAS DE PÓS-AQUECIMENTO SUGERIDOS PARA AÇOS TEMPERÁVEIS TÍPICOS Aplicar o pós-aquecimento imediatamente após o término da soldagem e antes que a junta resfrie a menos de 300°C Aço SAE Temperatura de pós-aquecimento (°C) Tempo de pós-aquecimento (minutos) Dureza (HRc) Dureza máxima de têmpera (HRc) 315 25 50 1060 535 1 36 65 370 5 40 8620 480 15 26 45 Tabela IV - Tempos de temperaturas de pós-aquecimento para aços tempe- ráveis Outros tratamentos térmicos Além do pré-aquecimento e do pós-aquecimento, vários outros tratamentos térmicos são empregados em juntas soldadas para influ- enciar nas propriedades do metal de solda: alívio de tensões; recozimento pleno; normalização. Esses tratamentos são similares de dois pontos de vista. Primei- ro, usualmente requerem temperaturas mais altas que o pré- aquecimento e o pós-aquecimento. Segundo, embora sejam ativida- des de "pós-aquecimento" no sentido de que são aplicados após a solda ter sido executada, diferem do pós-aquecimento no fato de que a solda é deixada resfriar antes que o tratamento seja iniciado. São largamente utilizados em soldas de aços carbono e de aços de baixa liga. Alívio de tensões no forno Seguindo a atividade de soldagem, o resfriamento e a contração do metal de solda originam tensões na solda e nas regiões adjacen- tes. O objetivo do alívio de tensões é reduzir essas tensões. Esse tra- FLUXOS OK 74 tamento leva a junta soldada a uma condição mais durável; a ductili- dade é aumentada sobremaneira, embora a resistência mecânica di- minua ligeiramente. Certos códigos permitem maiores tensões de pro- jeto, desde que seja aplicado o alívio de tensões. Tipicamente, o alí- vio de tensões consiste no aquecimento da peça a uma temperatura em torno de 600°C e mantê-la por uma hora para cada 25 mm de es- pessura (veja a Tabela V). O conjunto é então resfriado lentamente em ar calmo até 300°C. Se temperaturas altas como 600°C forem im- praticáveis, podem ser empregadas temperaturas mais baixas com um tempo de encharcamento mais longo. TEMPO E TEMPERATURA DE ALÍVIO DE TENSÕES Temperatura (°C) Tempo (h/25 mm) 595 1 565 2 535 3 510 5 480 10 Tabela V - Tempo e temperatura de alívio de tensões Recozimento pleno O recozimento pleno possui outra função adicional em relação ao alívio de tensões simples. Além de levar a peça soldada a uma condi- ção sem tensões, o recozimento pleno assegura ductilidade e baixa dureza da solda e da zona termicamente afetada. Esse tratamento térmico consiste no aquecimento do conjunto até sua faixa crítica (840°C até 1.000°C) e resfriá-lo no forno. Normalização Esse tratamento é na realidade uma outra forma de recozimento. As temperaturas utilizadas são as mesmas que no caso do recozi- FLUXOS OK 75 mento, mas a normalização pressupõe resfriamento em ar calmo até a temperatura ambiente em vez de resfriamento no forno. As tensões internas são aliviadas, porém a solda não fica com as mesmas ducti- lidade e baixa dureza obtidas com o recozimento pleno. Posicionamento das peças Montagem e fixação da junta Para todas as aplicações de soldagem, a junta deve ser montada em uma ligação adequada e deve ser mantida rígida para limitar os deslocamentos causados pelo calor. Pontos, acopladores, dispositi- vos auxiliares de fixação (conhecidos como cachorros) ou combina- ções desses dispositivos de fixação são normalmente necessários. Quando são fabricados conjuntos grandes e pesados, os pontos de solda são suficientes para manter a junta adequadamente alinhada. O peso do conjunto evita deslocamentos causados pelos efeitos do ca- lor. Conjuntos leves como chapas 10 MSG ou mais finas devem ser rigidamente fixados. Os cachorros mantêm o alinhamento, ajudam a dissipar o calor e evitam o empenamento. O ponteamento é desne- cessário se a fixação com cachorros for adequada. Para espessuras intermediárias, uma combinação entre cachorros e ponteamento pode ser a opção mais econômica. Inclinação do conjunto A maior parte das soldas por arco submerso é executada na po- sição plana (veja a Figura 53a). No entanto, algumas vezes torna-se necessário ou desejável soldar com o conjunto ligeiramente inclinado. Por exemplo, na soldagem a altas velocidades de chapas de aço 18 MSG, conseguem-se melhores resultados na soldagem se o con- junto for inclinado de 15° a 18° e se a soldagem for feita na progres- são descendente. A soldagem com o conjunto inclinado é realizada também em seções conformadas, tais como chapas de proa e de po- pa de navios. O ângulo de máxima inclinação diminui à medida que a FLUXOS OK 78 Posicionamento do arame Na determinação da posição adequada do arame de solda, três fatores devem ser considerados: o alinhamento do arame de solda em relação à junta; o ângulo de inclinação nas direções laterais, isto é, a inclinação transversal da junta; o ângulo de ataque do arame de solda. No ângulo de ataque pu- xando, o arame de solda faz um ângulo obtuso com a solda exe- cutada. No ângulo de ataque empurrando, o arame de solda faz um ângulo agudo com a solda executada. Em geral, um ângulo de ataque puxando produz uma penetração maior e mais unifor- me e também maior altura e menor largura do reforço de solda. Por outro lado, um ângulo de ataque empurrando resultará em menor penetração com reforço de solda mais largo e mais plano. Para cada um dos vários tipos de soldagem, o posicionamento do arame é feito dos seguintes modos: Soldagem de juntas de topo alinhamento - veja a Figura 54; inclinação lateral - nenhuma; ângulo de ataque puxando ou empurrando. Pode ser obtida uma boa estabilidade com o arame na vertical durante a soldagem de peças espessas (espessuras iguais ou maio- res que 12,5 mm). No entanto, durante a soldagem de peças finas (14 MSG a 16 MSG), torna-se necessário aplicar um ângulo de ata- que puxando de 25° a 45° para estabilizar a tensão do arco. E FLUXOS OK ARAME DE SOLDA q JUNTA a. Arame de solda diretamente sobre a linha de centro da junta. Esse alinhamento resulta em uma zona de fusão centrada. 1 (ARAME DE SOLDA q E sunTA Fusão € ARAME DE SOLDA INCOMPLETA / b. Arame descentrado resulta em fusão incompleta ARAME DE SOLDA DESALINHAMENTO q E JUNTA c. Desalinhamento necessário quando se soldam materiais dissimilares ou chapas com espessuras diferentes Figura 54 - Posicionamento do arame 79 FLUXOS OK 80 Soldagem de juntas em ângulo Alinhamento A linha de centro do arame não deve estar na linha de centro da junta, mas abaixo, direcionada à peça horizontal de uma distância i- gual a ¼ a ½ do diâmetro do arame (veja a Figura 55a). Utiliza-se uma distância maior quando se executam soldas em ângulo de perna mais larga (aproximadamente 10 mm). Alinhamento descuidado ou impreciso causará soldagem insatisfatória (veja a Figura 55b e a Figura 55c). Figura 55a - Alinhamento do arame em juntas em ângulo FLUXOS OK 83 Inclinação lateral O arame é normalmente mantido na posição vertical (ângulo zero de inclinação lateral). Ocasionalmente, ao depositar cordões em filete na posição plana onde é almejada penetração total, o arame é ligei- ramente inclinado em relação à vertical. Veja a Figura 57b. Ângulo de ataque Aplica-se o mesmo que na soldagem horizontal em ângulo. Figura 57 - Alinhamento do arame numa soldagem em ângulo na posição plana Juntas circunferenciais em conjuntos girantes Alinhamento Quando se soldam conjuntos girantes, o arame de solda é ali- nhado de modo semelhante a uma soldagem normal em uma superfí- cie horizontal (veja a Figura 58). E FLUXOS OK ARAME DE SOLDA q JUNTA a. Arame de solda diretamente sobre a linha de centro da junta. Esse alinhamento resulta em uma zona de fusão centrada. € Junta 1 ARAME DESOLDA | (ag É JUNTA Fusão € ARAME DE SOLDA INCOMPLETA / b. Arame descentrado resulta em fusão incompleta ARAME DE SOLDA DESALINHAMENTO q E JUNTA c. Desalinhamento necessário quando se soldam materiais dissimilares ou chapas com espessuras diferentes Figura 58 - Posicionamento do arame 84 FLUXOS OK 85 Adicionalmente, o arame é usualmente posicionado à frente do ponto de tangência horizontal para evitar os efeitos prejudiciais da soldagem nas progressões ascendente e descendente. Algumas ve- zes, quando se soldam peças de pequena espessura e quando se depositam cordões em filete, esses efeitos das progressões ascen- dente e descendente auxiliam na obtenção do perfil desejado para o cordão de solda. O exato posicionamento deve ser determinado por tentativas e ajustes (veja a Figura 59a e a Figura 59b). Figura 59a - Soldagem circunferencial externa Inclinação lateral A soldagem circunferencial em peças girantes usualmente não requer qualquer inclinação lateral do arame de solda. FLUXOS OK 88 Partida com material fundido Sempre que houver uma poça de fluxo fundido, pode ser iniciada uma soldagem simplesmente inserindo o arame de solda na poça e aplicando a corrente de soldagem. Quando dois ou mais arames de solda forem alimentados sepa- radamente na poça de fusão, como é o caso na soldagem com múlti- plos eletrodos (tandem arc), é necessário alimentar apenas um arame de solda para iniciar a poça de fusão. Os outros arames iniciarão a soldagem quando forem alimentados na poça de fusão. Partida com arame retrátil Essa partida somente é possível quando o equipamento de sol- dagem é especificamente adaptado a este procedimento. É emprega- do quando têm que ser efetuadas partidas freqüentes em um curto tempo de soldagem e quando a posição de partida é particularmente importante. A prática normal é alimentar aos poucos o arame de solda até que ele encoste a peça, certificando-se de que foi estabelecido um bom contato elétrico. A ponta do arame de solda é então coberta com fluxo e a corrente de soldagem é ativada. Assim que o circuito fechar, o arame de solda retrai-se acionado pelo dispositivo adaptado ao e- quipamento e momentaneamente reverte o motor de alimentação, evitando que o arame de solda fure a peça. Se a peça tiver pequena espessura, as condições de partida tor- nam-se críticas. O arame de solda deve ter o contato mais leve pos- sível que produza uma boa condutividade elétrica. O cabeçote de sol- dagem deve ser rigidamente montado. A ponta do arame de solda de- ve estar limpa e seu diâmetro deve ser escolhido de modo a permitir altas densidades de corrente já que, quanto maior a densidade de corrente, mais fácil será a partida. FLUXOS OK 89 Variáveis controláveis durante a soldagem Conhecimento e controle das variáveis na soldagem por arco submerso são essenciais caso se queira obter soldas de boa qualida- de. As variáveis, na ordem aproximada de importância, são: corrente de soldagem; tensão do arco; velocidade de soldagem; largura e altura da camada de fluxo; ajustes mecânicos. Essas variáveis são discutidas no texto a seguir. Corrente de soldagem A corrente de soldagem é a variável mais influente. Ela controla a taxa de fusão do arame de solda, a profundidade de fusão e a quanti- dade de metal de base fundido. Se a corrente for excessivamente al- ta, a fusão será também excessivamente profunda (excesso de pene- tração) e o metal de solda fundido poderá vazar. Adicionalmente, o maior calor desenvolvido pode alargar demais a zona termicamente afetada do metal de base. Correntes muito altas significam também um desperdício de energia e de arame de solda no sentido de reforço excessivo. Por outro lado, se a corrente for muito baixa, haverá pene- tração e reforço insuficientes. FLUXOS OK 90 Tensão do arco O mais próximo em importância à corrente de soldagem é a ten- são do arco, que é a diferença de potencial elétrico entre a ponta do arame de solda e a superfície do metal de solda fundido. A tensão de soldagem varia com a distância entre o arame de solda e a poça de fusão (comprimento do arco). Se o comprimento do arco aumentar, a tensão do arco aumenta; inversamente, se o comprimento do arco diminuir, a tensão do arco diminui. A tensão do arco tem um pequeno efeito na quantidade de arame de solda depositado, que é determinada majoritariamente pela corren- te de soldagem. A tensão do arco determina principalmente a geome- tria da zona de fusão e o reforço (perfil do cordão de solda). Altas ten- sões do arco produzem cordões mais largos, mais planos e menos profundos. Velocidade de soldagem Com qualquer combinação de corrente-tensão de soldagem, os efeitos de variação da velocidade de soldagem seguem um modelo geral: Se a velocidade de soldagem aumentar: diminui o aporte térmico (quantidade de calor transferido pelo ar- co por unidade de comprimento de solda); diminui a quantidade de arame de solda por unidade de compri- mento de solda; conseqüentemente, diminui o reforço de solda. Se a velocidade de soldagem diminuir: aumenta o aporte térmico; FLUXOS OK 93 ções de arcos múltiplos podem ser empregadas para controlar o perfil do cordão de solda e aumentar as taxas de deposição em relação à soldagem com um único arame. Os depósitos de solda podem variar desde cordões largos com pouca penetração para revestimentos até cordões estreitos com penetração profunda para juntas espessas. Parte dessa versatilidade provém do emprego de CA. Os princípios que favorecem o uso de CA para minimizar o sopro magnético na soldagem com um único arame são freqüentemente a- plicados na soldagem com arcos múltiplos para criar uma deflexão favorável do arco. A corrente que flui nos eletrodos adjacentes gera campos magnéticos interativos que podem tanto aumentar quanto diminuir um ao outro. No espaço entre os arcos, esses campos mag- néticos são usados para produzir forças que irão defletir os arcos (e, portanto, distribuir o calor) nas direções benéficas à aplicação de sol- dagem pretendida. Vários tipos de fontes de soldagem e acessórios são projetados e fabricados especialmente para a soldagem com arcos múltiplos. Es- ses equipamentos relativamente sofisticados são projetados para a produção em larga escala de longos cordões ou para aplicações re- petitivas. As configurações seguintes são típicas do processo de soldagem por arco submerso empregadas atualmente na soldagem de produ- ção. Elas podem ser empregadas para a soldagem de aços carbono e de baixa liga dentro das limitações anteriormente observadas. Soldagem com um único arame A soldagem com um único arame é a mais comum dentre todas as configurações, utilizando apenas um arame e uma fonte de solda- gem. É normalmente aplicada com CC+, porém pode também ser a- plicada com CC- quando for requerida uma menor penetração no me- tal de base. O processo pode ser empregado no modo semi- FLUXOS OK 94 automático, onde o soldador manipula o arame, ou no modo automá- tico. Um único arame é freqüentemente utilizado com equipamentos de soldagem especiais para passes de acabamento em juntas hori- zontais com chanfro em tanques de estocagem e vasos de pressão. O equipamento é montado sobre o anel superior e solda a junta cir- cunferencial. Um dispositivo especial é empregado para suportar o fluxo contra os anéis. Normalmente, ambos os lados da junta (interno e externo) são soldados simultaneamente para reduzir o tempo de fa- bricação. Soldagem com chanfro estreito Configurações com chanfro estreito são freqüentemente empre- gadas para a soldagem de peças com espessuras acima de 50 mm, com aberturas de raiz entre 13 e 25 mm e um ângulo total de chanfro de 0 a 8°. Essa variante de processo normalmente alimenta o arame com CC+ ou CA, dependendo do tipo de arame e do fluxo sendo utili- zados. É essencial empregar fluxos especialmente desenvolvidos pa- ra a soldagem em chanfro estreito por causa da dificuldade de remo- ção da escória. Esses fluxos apresentam características especiais que facilitam a remoção de escória em chanfros estreitos. Soldagem com arames múltiplos Sistemas de arames múltiplos combinam dois ou mais arames de soldagem alimentando a mesma poça de fusão. Os arames podem ou conduzir corrente elétrica ou ser alimentados a frio. Eles podem ser alimentados por uma ou por várias fontes, que podem ser CC ou CA ou ambos os tipos de corrente. FLUXOS OK 95 Sistemas de soldagem com arames múltiplos não só aumentam a taxa de deposição do metal de solda como também melhoram a fle- xibilidade operacional e proporcionam uma aplicação mais eficiente do metal de solda. Esse controle melhorado da taxa de deposição também pode levar a maiores velocidades de soldagem, até cinco ve- zes os valores normalmente atingidos com um único arame. Processo com arames geminados (twin arc) Essa configuração usa dois arames alimentados na mesma poça de fusão. Os dois arames são conectados a uma única fonte de sol- dagem e alimentador, e são normalmente utilizados com CC+. Como os dois arames são fundidos, esse modo proporciona taxas de depo- sição maiores quando comparadas com a soldagem com um único arame. O processo é empregado no modo automático e pode ser a- plicado em juntas com chanfro na posição plana ou em juntas em ân- gulo na posição horizontal. a) Taxas de deposição A Tabela VI mostra valores de taxas de deposição que podem ser alcançados para diversos diâmetros de arame sólido e tubular e tam- bém para diferentes polaridades de corrente. Com um arranjo de um arame, o efeito do tipo e da polaridade da corrente desempenha um papel mais importante na taxa de deposi- ção. Um arame sólido de ∅4,0 mm a 1.000 A depositará 20,5 Kg/h com CC- ou 44% mais que CC+ com 14,2 Kg/h. Se for aplicada CA, a taxa de deposição é de 17,4 Kg/h (23% maior que para CC+). Como o arranjo mais comum é CC+, devido à maior penetração e estabilidade do arco, as comparações a seguir são feitas somente com CC+. Com uma corrente de 600 A, um arame sólido de ∅2,0 mm de- positará 11,5 Kg/h e um de ∅4,0 mm 7,2 Kg/h. Isso representa um aumento de 60% na taxa de deposição para o arame de ∅2,0 mm comparado com o arame de ∅4,0 mm à mesma corrente devido à densidade de corrente quatro vezes maior na seção do arame de ∅2,0 mm (191 A/mm2 para ∅2,0 mm e 48 A/mm2 para ∅4,0 mm). Se