Calderaria - Noções Básicas de Processos de Soldagem e Corte

(Parte 1 de 3)

Espírito Santo

CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção Caldeiraria

Noções Básicas de

Processos de Soldagem e Corte

Espírito Santo Noções básicas de Processos de Soldagem e Corte - Caldeiraria

© SENAI - ES, 1996

Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão)

Coordenação Geral

Supervisão

Elaboração Aprovação

Editoração

Luís Cláudio Magnago Andrade (SENAI) Marcos Drews Morgado Horta (CST)

Alberto Farias Gavini Filho (SENAI) Rosalvo Marcos Trazzi (CST)

Carlos Roberto Sebastião (SENAI)

José Geraldo de Carvalho (CST) José Ramon Martinez Pontes (CST) Tarcilio Deorce da Rocha (CST) Wenceslau de Oliveira (CST)

Ricardo José da Silva (SENAI)

SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial DAE - Divisão de Assistência às Empresas Departamento Regional do Espírito Santo Av. Nossa Senhora da Penha, 2053 - Vitória - ES. CEP 29045-401 - Caixa Postal 683 Telefone: (27) 3325-0255 Telefax: (27) 3227-9017

CST - Companhia Siderúrgica de Tubarão AHD - Divisão de Desenvolvimento de Recursos Humanos AV. Brigadeiro Eduardo Gomes, n° 930, Jardim Limoeiro - Serra - ES. CEP 29163-970 Telefone: (27) 3348-1333

Espírito Santo Sumário

Introdução à Soldagem	05
• Introdução	05
• Definição da Solda	05
• Considerações sobre a solda	05
• Fontes de calor utilizadas	07
• Vantagens das junções soldadas em geral	08
• Classificação dos processos de soldagem	09

	10
• Solda a arco elétrico	10

• Considerações sobre os principais processos de soldagem

	1
• Soldagem a arco elétrico com proteção gasosa (TIG)	1
Soldagem Oxiacetilênica	13
• Soldagem por fusão a gás	13
• Equipamentos	15
• Equipamentos auxiliares	17
• Soldagem oxiacetilênica	19
• Propagação da chama e o retrocesso	23
• Métodos de soldagem	25
• Tipos e funções dos consumíveis	29
Corte por ação térmica e goivagem	31
• Corte oxiacetilênico	31
• Tipos de maçaricos para corte manual	35
• Qualidade do corte	37
• Classificação do corte	37
• Máquinas de corte	38
• Tipos de cortes em chanfros por máquinas	40
• Defeitos típicos em corte a gás	42
• Defeitos na face de corte no sentido vertical	43
• Defeitos na face de corte no sentido longitudinal	45
• Corte com arco elétrico	49
• Corte a plasma	50
• Goivagem	53
Soldagem a arco elétrico	58
• Introdução à eletrotécnica	58
• Materiais condutores de corrente elétrica	64
• Fontes de corrente de soldagem	65
• Máquinas de solda	6
• Solda a arco elétrico com eletrodo revestido	70

• Soldagem a arco elétrico com proteção gasosa (MIG/MAG) • Corrente de soldagem........................................................74

• Eletrodos de solda	75
• Sopro magnético	76
• Seleção dos parâmetros de soldagem	81
• Qualidades e características de uma boa soldagem	84
Simbologia de Soldagem	89
Noções básicas de processo de Soldagem - Avaliação	91
Eletrodos para soldagem a arco elétrico	93
• Tipos de revestimento	94
Classificação	97
• Introdução	97
• Manuseio, armazenamento e secagem dos eletrodos	105
• Equipamentos para armazenamento, secagem e manutenção da secagem	105
• Exercícios	108
Soldagem de manutenção I	109
• Diferença entre soldagem de manutenção e soldagem de produção	110
• Tipos e causas prováveis das falhas	113
• Exercícios	116
Soldagem de manutenção I	117
• Elemento mecânico de ferro fundido com trinca	117

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de contração	120
• Reconstrução de ponta de dentes de escavadeira	121

• Soldagem a frio de uma alavanca de ferro fundido quebrada sem restrição • Exercícios ....................................................................................................... 123

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Introdução à Soldagem

Introdução

O progresso alcançado no campo da soldagem, bem como o desenvolvimento de processos e tecnologias avançadas nos últimos anos, é de tal ordem que todo aquele que não possuir uma mentalidade aberta, capaz de assimilar novas idéias, será ultrapassado e incapacitado para acompanhar o atual ritmo do 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.

Considerações sobre a solda

Na soldagem, os materiais das peças devem ser, se possível, iguais ou, no mínimo, semelhantes em termos de composição.

As peças devem ser unidas através de um material de adição, também igual em termos de características, pois os materiais se fundem na região da solda.

O metal de adição deve ter uma temperatura de fusão próxima àquela do metal-base ou, então, um pouco abaixo dela, caso contrário, ocorrerá uma deformação plástica significativa.

Condições de trabalho

De acordo com o orifício, é possível graduar a pressão de trabalho a qual estará em estreita relação com o metal-base (tabela 1)

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6	Companhia Siderúrgica de Tubsrão

As Figuras 1 a 4 apresentam alguns exemplos de aplicação da solda.

Solda em perfilados

Fig. 1 Solda aplicada em conjuntos matrizes

Fig. 2 Solda aplicada em caldeiraria

Fig. 3 Solda em componentes de automóveis

Fig. 4

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Fontes de calor utilizadas

As fontes principais utilizadas na soldagem de metais, como fornecedoras de calor, são:

• chama oxiacetilênica;

• arco elétrico.

As Figuras 5 a 7 apresentam os dois tipos de fontes de calor com suas características.

Em especial, utiliza-se amplamente o arco elétrico na fabricação industrial, porque se aplica a quase todos os metais a serem soldados e em todas as espessuras imagináveis.

Chama oxiacetilênica

Fig. 5 Solda por chama oxiacetilênica

Fig. 6 Solda por arco elétrico

Fig. 7

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8	Companhia Siderúrgica de Tubarão

Vantagens das junções soldadas em geral

Na atualidade, a solda tem sido o processo mais freqüentemente utilizado nas junções entre peças.

A seguir, são apresentadas algumas vantagens da solda em comparação com outros processos, tais como rebitar, aparafusar, soldar brando, etc.

• redução do peso;

• economia de tempo;

• melhor fluxo da força;

• suporte de elevadas solicitações mecânicas, tanto quanto a peça.

Fluxo normal da força

Fig. 8 Mudança de direção do fluxo de força

Fig. 9

Desvantagens da solda

• não podem ser desmontáveis; • na soldagem, ocorrem tensões, trincas e deformações;

• exige acabamento posterior;

• em trabalhos especiais, exige mão-de-obra especializada, análise e ensaios dos cordões de solda.

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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 quadro 1 apresenta os principais processos de soldagem, divididos em dois grupos, em função dos processos físicos.

Solda por fusão

Soldagem por fusão é o processo no qual as partes soldadas são fundidas por meio de ação de energia elétrica ou química, sem que ocorra aplicação de pressão.

Solda por pressão

Soldagem por pressão é o processo no qual as partes soldadas são inicialmente unidas e posteriormente pressionadas uma contra a outra para efetuar a união.

Quadro 1 Processo de soldagem e fontes de energia Fonte de energia

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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 quadro 1 apresenta os principais processos de soldagem, divididos em dois grupos, em função dos processos físicos.

Solda por fusão

Soldagem por fusão é o processo no qual as partes soldadas são fundidas por meio de ação de energia elétrica ou química, sem que ocorra aplicação de pressão.

Solda por pressão

Soldagem por pressão é o processo no qual as partes soldadas são inicialmente unidas e posteriormente pressionadas uma contra a outra para efetuar a união.

Quadro 1 Processo de soldagem e fontes de energia

Fonte de energia

Movimento Solda por atrito Solda a explosão

Líquido Solda por fusão (Termit)

Gás Solda oxiacetilênica Solda a fogo

Corrente elétrica Solda a resistência

Solda por costura

Eletroescória Solda MIG / MAG

Raios incidentes Solda laser Solda a feixe de elétrons

Descarga de gás Solda de cavillhas por arco elétrico Solda TIG

Solda a arco submerso Solda a plasma

Descarga de gás Solda de cavillhas por arco elétrico Solda TIG

Solda a arco submerso

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10 Companhia Siderúrgica de Tubarão

Considerações sobre os principais processos de soldagem

Solda oxiacetilênica

A temperatura alcançada com a chama oxiacetilênica é de 3200ºC na ponta do cone. A chama é o resultado da combustão do oxigênio e do acetileno.

Aplicando-se esse processo, pode-se soldar com ou sem material de adição (vareta) (Fig. 10).

Solda oxiacetilênica

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 (Fig. 1).

Solda a arco elétrico

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 (Fig. 1).

Solda a arco elétrico

Normalmente ela é utilizada em aço carbono, ferro fundido, metais não-ferrosos, ligas, etc.

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Soldagem a arco elétrico com proteção gasosa (MIG/MAG)

Solda MIG/MAG São processos em que um eletrodo é continuamente alimentado numa solda, com velocidade controlada, enquanto um fluxo contínuo de um gás inerte ou ativo envolve a zona de solda, protegendo-a da contaminação pelo ar atmosférico (Fig. 12).

Solda processo MIG/MAG (metal-inerte-gás)

Com o processo MIG/MAG, podem-se soldar todos os materiais com considerável qualidade.

Soldagem a arco elétrico com proteção gasosa (TIG)

TIG (tungstênio-inerte-gás) São freqüentemente chamados de Heliarc, Heliwelding e Argonarc, nomes derivados da combinação entre o arco e o gás. Os gases normalmente empregados são o argônio ou o hélio, que têm a função de proteger o metal em estado de fusão contra a contaminação de outros gases da atmosfera, tais como o oxigênio e o nitrogênio (Fig. 13).

Solda processo TIG (tungstênio-inerte-gás)

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12 Companhia Siderúrgica de Tubarão

O calor necessário para a soldagem provém de um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo de tungstênio (não consumível) e o metal-base. O processo TIG difere da solda convencional e do MIG, pois o eletrodo não se funde e não deposita material.

Quando necessário, pode-se utilizar metal de adição, como na solda oxiacetilênica (vareta), mas não se deve estabelecer comparações entre os dois processos.

É normalmente utilizado para todos os aço, aços inoxidáveis, ferro fundido, ligas resistentes ao calor, cobre, latão, prata, ligas de titânio, alumínio e suas ligas, etc.

Questionário - Resumo

1) Cite três vantagens das junções soldadas, em relação a outros tipos.

2) Quais os dois grupos principais de processos de soldagem?

3) Quais as principais fontes de calor utilizadas nos processos de soldagem?

4) Especifique três processos principais de soldagem por arco elétrico.

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Departamento Regional do Espírito Santo 13

Soldagem Oxiacetilênica

Soldagem por fusão a gás

A soldagem a gás é normalmente aplicada aos aços carbono, não-ferrosos e ferros fundidos.

Nas indústrias petroquímicas, é amplamente utilizada na soldagem de tubos de pequenos diâmetros e espessura, e na soldagem de revestimentos resistentes a abrasão. Pode também ser utilizada na soldagem de outros materiais, variando-se a técnica, preaquecimento, tratamentos térmicos e uso de fluxos.

A soldagem por fusão a gás, também chamada autógena, processa-se mediante a fusão do material, através do auxílio de uma chama constituída de gás e oxigênio de elevada temperatura (Fig. 14).

Solda por fusão a gás

Os gases combustíveis, por exemplo, hidrogênio, propano e acetileno, são aplicados na soldagem. O acetileno é empregado, principalmente, por se obter um bom rendimento e elevadas temperaturas.

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14 Companhia Siderúrgica de Tubarão

O acetileno (C2H2) é um hidrocarboneto que contém, em peso, uma porcentagem maior de carbono que qualquer outro gás hidrocarboneto combustível. É incolor e menos denso que o ar. Quando gasoso, é instável, se sua temperatura excede 780ºC ou sua pressão monométrica sobre acima de 20N/cm2. Uma decomposição explosiva pode ocorrer mesmo sem a presença do oxigênio. O acetileno deve ser manuseado cuidadosamente.

Obtenção do acetileno CaC2 + 2H2O → C2H2 + (OH)2

O acetileno, no tocante às suas propriedades, é superior aos demais gases e oferece uma série de vantagens em comparação com o propano e hidrogênio.

O acetileno é obtido através da ação da água em combinação com o carboneto de cálcio.

Algumas vantagens deste processo • Custo relativamente baixo.

• Altamente portátil e de fácil transporte.

• Soldagem possível em todas as posições.

• Equipamento versátil, pois pode ser utilizado em operações de brasamento, corte a chama e fonte de calor para aquecimento.

• Pode ser utilizado para soldar peças de espessuras finas e médias. A principal desvantagem do processo é o grau elevado de habilidade requerido do soldador, uma vez que ele deve controlar a temperatura, posição e direção da chama, além de manipular o metal de adição.

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Departamento Regional do Espírito Santo 15

Equipamentos

Garrafas de acetileno

O acetileno é fornecido em garrafas de aço (Fig. 15), com uma capacidade de 40 l, a qual é preenchida internamente por uma massa porosa de 16 l de acetona. Ele é solubilizado na acetona, pois normalmente o acetileno puro só pode ser comprimido até 1,5 bar sem que ocorra problemas, o que significa baixo conteúdo. O acetileno solubilizado na acetona pode ser comprimido sem problemas a 15 bar, ocorrendo assim 6000 l de gás acetileno por garrafa.

Garrafa de acetileno

O consumo de acetileno não deve ser superior a 1000 l/h.

As garrafas, cuja cor é vermelha, devem ficar na posição vertical e nunca expostas ao sol.

O acetileno combinado com o ar em torno de 2 a 8% torna-se inflamável e explosivo.

Garrafa de oxigênio

Possui um conteúdo de 40 l, numa pressão de 150 bar, e uma quantidade de 6000 l de gás.

Não deve ter graxa ou óleo nas válvulas, pois provoca combustão.

Não deve ser utilizado mais de 1200 a 1500 l/h, por curto espaço de tempo.

A garrafa de oxigênio é de cor azul ou preta.

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16 Companhia Siderúrgica de Tubarão

Maçarico de soldar

O maçarico de soldar (Figs. 16 e 17) é composto de um dosador, onde o oxigênio circula numa pressão de 2-5bar, provocando uma depressão que arrasta o acetileno (0,4 bar), formando a mistura. A mistura circula até o bico de maçarico, em condições para iniciar a chama.

Maçarico de solda

Esquema da mistura dos gases no maçarico Detalhe Z

O fluxo de mistura gasosa deverá sair do bico do maçarico, com uma velocidade que depende da pressão necessária para soldar.

A velocidade do fluxo deve ser maior que a propagação da combustão do gás empregado, para se evitar o retrocesso da chama.

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Departamento Regional do Espirito Santo

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Tabela 1

Espessura do material em

Número do bico Pressão de oxigênio em atm aprox.

Pressão de acetileno em bar

Diâmetro do orifício do bico em m

Consumo de oxigênio em litros/hora

0,5-1 1 1 0,2 0,74 100 1-1,5 2 1 0,2 0,93 150 1,5-2 3 1,5 0,25 1,20 225 2-3 4 2 0,3 1,4 300 3-4 5 2,5 0,4 1,6 400 4-5 6 3 0,45 1,8 500 5-7 7 3 0,48 2,1 650 7-1 8 3,5 0,5 2,3 800 1-15 9 4 0,52 2,5 900

Equipamentos Auxiliares

Reguladores de pressão

São acessórios que permitem reduzir a elevada e variável pressão do cilindro a uma pressão de trabalho adequada para a soldagem e manter essa pressão constante durante o processo (Fig. 18).

Regulador de pressão

Fig. 18 Tipos de pressões

São três os tipos de pressões de trabalho do acetileno:

• Alta pressão Quando o acetileno trabalha na faixa de 3 a 5N/cm2.

• Média pressão

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	CST
18	Companhia Siderurgica de Tubarão

Quando o acetileno trabalha na faixa de 1 a 3N/cm2. • Baixa pressão

Manômetro de alta e baixa pressão

O manômetro de alta pressão marca o conteúdo de gás contido no cilindro; o de baixa marca a pressão necessária ao trabalho, a qual é regulada de acordo com o bico e o material base a ser usado (Fig. 19)

Manômetro de pressão

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Departamento Regional do Espirito Santo

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Válvula de segurança

A válvula de segurança permite a saída do gás em caso de superpressão (Fig. 20)

Válvula do cilindro de oxigênio Fig. 20

É um equipamento de grande importância no tocante à segurança do operador no posto de trabalho.

Soldagem oxiacetilênica

Fase de combustão

O oxigênio e o acetileno são retirados das garrafas. A mistura obtida queima-se em duas fases.

A chama para soldar é ajustada ou regulada através do maçarico. Para que se obtenha um combustão completa, para uma parte de acetileno, necessita-se de 2,5 partes de oxigênio.

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