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Guias e Dicas
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Manual de Soldagem, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Mecânica

Apostila com uma linguagem bem clara e objetiva. Distribuida pela Alcan Alumínios do Brasil S/A

Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas

Antes de 2010
Em oferta
30 Pontos
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Compartilhado em 08/08/2009

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Baixe Manual de Soldagem e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! Ah, Manual de Soldagem Alumínio e suas Ligas Classificação das Ligas de Alumínio Metalurgia de Soldagem Metal de Adição Preparação do Metal a Soldar Operações Adicionais Soldagem TIG Soldagem MIG Brasagem Controle da Qualidade de Solda MIG Pulsado Prefácio Desenvolvimento industrial e tecnologia são duas palavras que não podem ser utilizadas à parte uma da outra. Ambas estarão sempre juntas em qual- quer época, em qualquer lugar. Tecnologia pressupõe conhecimento adquiri- do. Conhecimento, por sua vez, nos lembra livros. É por demais conhecida a carência de literatura técnica especializada e livros produzidos e editados em língua portuguesa. A Alcan Alumínio do Brasil S/A vem dedicando um grande esforço na diminuição do atraso tecnológico e na ampliação do conhecimento dos enge- nheiros e projetistas nacionais. A criação de um Centro de Tecnologia de Soldagem em 1986 foi um primeiro passo neste sentido. Criado com a finali- dade de prestar serviços de assessoria em práticas e teoria de soldagem para empresas que utilizam o alumínio como matéria-prima, o Centro de Soldagem já efetuou dezenas de palestras técnicas, treinou supervisores, engenheiros e soldadores de diversas empresas. A soldagem do alumínio, consolidada nos anos 40 nos Estados Unidos e Europa, esteve praticamente desconhecida no Brasil durante muitos anos. A idéia de que não era possível soldar alumínio permaneceu por longos anos em nosso meio industrial. Até meados da década de 70 a soldagem do alumínio e suas ligas era, no Brasil, uma prática metalúrgica de poucos iniciados. Sua maior aplicação ocorreu deste período em diante e, temos muito orgulho em afirmar que a Alcan Brasil e o Centro de Soldagem em muito contribuíram para isto. Neste trabalho de divulgação dos procedimentos modernos de soldagem do alumi- nio a maior carência que verificamos era a falta de uma literatura em língua portuguesa. Os anos de experiência prática acumulada, do constante estudo e atu- alização teórica e prática de nosso corpo técnico resultaram em algo que nos é muito caro e muito nos orgulha: Um livro. É este livro que dedicamos e oferecemos à indústria brasileira para atualizar o seu conhecimento sobre soldagem do alumínio, de tal forma que se possa obter as máximas vantagens das propriedades inerentes a este metal. Este livro foi produzido para servir como um manual básico no ensino de todos os aspectos da soldagem do alumínio para todos os níveis de pesso- al industrial, incluindo soldadores, supervisores, instrutores, projetistas, enge- nheiros de soldagem e sua gerência. Soldar, como tudo na vida, requer vivência prática. Para aprender, os soldadores devem soldar, os supervisores devem testar e inspecionar soldas reais, os engenheiros devem estabelecer práticas de trabalho e os projetistas devem resolver problemas reais de projeto de juntas soldadas. Este livro con- tém a teoria básica e encaminha o trabalho prático, fornecendo instruções adequadas para o pessoal envolvido com a produção de componentes solda- dos. Particular atenção é dada aos processos de soldagem por arco elétrico sob atmosfera inerte MIG e TIG que são, de longe, os processos mais utiliza- dos em todo o mundo. E nossa intenção, num futuro próximo, produzir e divul- gar outros processos cuja aplicação prática é ainda restrita em nosso pais. Apresentamos este livro com a esperança de que ele possa esclarecer muitas de suas dúvidas, permitir a você produzir componentes soldados de alta qualidade ao menor custo e lhe dar uma idéia a respeito de que realmente deve ser feito para solidar o alumínio Alcan. Para maiores esclarecimentos, utilize nossos serviços de assistência ao cliente: (011) 446-8271 e 446-8039. Atenciosamente, Alcan Alumínio do Brasil S/A <AS al Alumínio e suas gas mostra a Tabela 1, o coeficiente de expansão linear do alumínio é aproximadamente duas vezes o do aço. O efei- to desta propriedade na soldagem do alumínio é discuti- do no parágrafo sob o título “Soldabilidade”. * Calor Específico O calor específico de um material é uma medida da quan- tidade de calor requerida para elevar sua temperatura. Define-se como a quantidade de calor necessária para produzir um dado aumento de temperatura em um dado peso de um material comparado com a quantidade de calor requerida para produzir a mesma variação de tem- peratura no mesmo peso de água. A Tabela 1 fornece o calor específico do alumínio e de outros materiais. O calor específico é uma propriedade dos materiais importante do ponto de vista da soldagem e é discutida mais adiante sob o tema “Soldabilidade”. * Calor Latente de Fusão O calor latente de fusão é o calor absorvido quando uma substância passa do estado sólido para o estado líquido sem acréscimo na temperatura. No alumínio, o calor la- tente é relativamente pequeno comparado a outros fato- res e seu efeito sobre a soldagem por fusão do alumínio é usualmente desconsiderado. PROPRIEDADES QUÍMICAS É característica do alumínio e suas ligas, a formação natural de um filme de óxido (AL,O,) sobre a sua superfí- cie. A espessura do óxido logo no início de sua formação é cerca de 15 À (1,5 mm), mas a taxa de crescimento subsequente decresce de modo que a espessura de óxi- do normal fica em torno de 25 - 50 À (2,5 - 5,0 mm). Embora a camada de óxido seja extremamente fina, ela é suficiente para proteger o metal contra o ataque dos mais diversos meios corrosivos. Isto justifica a excelente resistência à corrosão apresentada pelo alumínio e suas ligas. E essa resistência pode ser aumentada por meio da anodização, que é um crescimento artificial (por mei- os eletroquímicos) dessa camada de óxido. O filme de óxido é tenaz, aderente, impermeável e funde somente a 2052ºC (cerca de três vezes a temperatura de fusão do alumínio). Isto significa que tentar soldar por fusão o alumínio, sem primeiro remover o filme de óxido, resulta na fusão do metal bem antes de o óxido fundir-se e a coalescência pode não ocorrer. Além disso, a forma- ção de uma nova camada durante a soldagem deve ser evitada quando pretende-se produzir soldas a níveis satisfatórios. Na soldagem a arco metálico e na brasagem isto se realiza por meio do fluxo. Nos processos de soldagem a arco metálico com proteção de gás inerte, o óxido é removido pela ação do arco elétrico e a formação CAPÍTULO 1 de um novo filme é evitada pela ação do campo de gás protetor. O óxido de alumínio possui ainda outras propriedades importantes, tais como: * O óxido é muito duro, sendo o material de maior dureza depois do diamante. Por esta razão, óxido de alumínio é normalmente empregado como matéria-prima abrasiva na fabricação de rebolos de esmeril. * O óxido é muito duro, sendo o material de maior dureza depois do diamante. Por esta razão, o óxido de alumínio é normalmente empregado como matéria-prima abrasiva na fabricação de rebolos de esmeril. sejam removidos totalmente depois da soldagem. A maior preferência pelos processos de soldagem a arco protegido com gás inerte resulta da sua capacidade de remover o óxido sem o uso de fluxos. * A superfície do óxido de alumínio é bem porosa, possi- bilitando a retenção de umidade ou contaminantes os quais podem ocasionar porosidade na solda. Isto é muito comum nas ligas contendo magnésio, porque o óxido de magnésio ou de magnésio-alumínio se hidrata com faci- lidade. Então, é prática usual remover o óxido da super- fície do metal, com uma escova, somente momentos an- tes da soldagem. * O óxido é um isolante elétrico. Espessuras de óxido normais não são suficientes para impedir a abertura do arco elétrico de soldagem. O mesmo não acontece com o material que foi anodizado cuja espessura do filme de óxido impede a abertura do arco de soldagem. PROPRIEDADES MECÂNICAS O alumínio puro é um metal que apresenta uma resistên- cia mecânica relativamente baixa, mas ductilidade ele- vada. Entretanto, por meio da adição de um ou mais ele- mentos de liga, a sua resistência pode ser substancial- mente aumentada, embora mantenha valores de ductilidade bastante aceitáveis. Como a maioria dos metais, o alumínio perde resistência em temperaturas elevadas. Muitas aplicações são projetadas com base nas propriedades das ligas em tem- peratura ambiente, embora alguns códigos, tal como Seção VIII do ASME, reduzam os valores de tensões admissíveis de projeto com o aumento da temperatura. Em baixas temperaturas a resistência do alumínio au- menta sem perda de ductilidade, ou seja, a sua tenacida- de não diminui com o abaixamento da temperatura; sen- do esta a razão do seu uso cada vez mais crescente em aplicações criogênicas. O efeito das características do alumínio sobre a soldagem e,o inverso, o efeito da soldagem sobre suas proprieda- des serão tratados em detalhes no desenvolver deste manual. <AS Alumínio e suas gas OUTRAS PROPRIEDADES CAPÍTULO 1 SOLDABILIDADE *Antimagnética O alumínio e suas ligas são antimagnéticos para a maio- ria dos fins práticos. O metal é levemente paramagnético, acusando efeitos muito fracos em comparação com o feno, quando ambos se colocam em fortes campos mag- néticos (tal característica é importantíssima em pontes de comando de navios). * Antifagulhante O alumínio praticamente não desprende fagulhas quan- do atritado ou golpeado por objetos duros. Sua aplicação é fundamental em lugares onde uma fagulha acidental poderia ser desastrosa, como, por exemplo, em ambien- tes explosivos ou altamente inflamáveis. * Refletividade A refletividade do alumínio pode chegar a 90% atuando em um largo espectro de comprimentos de onda, desde radiação ultravioleta, passando pelo espectro visível, infravermelho, calor, até ondas de rádio e radar. Daí sua grande aplicação em luminárias e refletores de luz e ca- lor (os espelhos dos grandes telescópios são revestidos com um filme de alumínio coloidal). O alumínio pode atu- ar como blindagem de calor quando a sua transmissão é feita por radiação (exemplo disso são as telhas de alumí- nio que refletem o calor do sol, mantendo a temperatura baixa no interior dos edifícios). * Compostos de Reação Os produtos de reação do alumínio são geralmente atóxicos e incolores, possibilitando o uso do metal em contato com alimentos, remédios e no processamento de tintas e fibras sintéticas. Com afinalidade de melhor compreensão dos efeitos das propriedades físicas na soldabilidade do alumínio, uma comparação com aço será demonstrada. A condutividade térmica exerce uma grande influência na soldabilidade, pois ela é quase cinco vezes maior no alumínio do que no aço. Isto significa que o alumínio necessita de um for- necimento de calor cerca de cinco vezes maior do que o requerido para o aço, para uma mesma massa elevar sua temperatura localmente. Na prática, isto significa o uso de uma fonte de calor com maior intensidade para que a soldagem seja bem sucedida. Numa primeira análise, devido ao ponto de fusão do alu- mínio ser menor do que o do aço, pode parecer que o calor requerido para soldar o alumínio é menor do que o requerido para soldar o aço. Entretanto, a alta condutividade térmica do alumínio compensa esta dife- rença entre as temperaturas de fusão; e, de fato, o alu- mínio necessita de pelo menos tanto quanto ou prova- velmente mais calor do que o aço para ser soldado. A alta condutividade térmica, o alto coeficiente de expan- são linear e a necessidade de maior aporte de calor po- derão causar consideráveis distorções durante a soldagem, se não forem utilizadas as velocidades de tra- balhos mais altas possíveis quando da soldagem do alu- mínio com fontes de calor mais intensas. Uma vantagem da alta condutividade térmica do alumí- nio, sob o ponto de vista do soldador, é que ela proporci- ona uma rápida solidificação da poça de solda, tornando a soldagem do alumínio mais rápida que a do aço. VA CAPÍTULO 1 Alumínio e suas ligas TABELA 1 PROPRIEDADES FÍSICAS APROXIMADAS DOS VÁRIOS MATERIAIS LS E ER oa BRONZE 65/35 [NS ES [NISTO Densidade Kem: | 2700 | 8925 8430 7800 | 7880 4740 Condutividade Elétrica | LAC.S. | 62 100 27 10 2 38 Condutividade Térmica | mec) | 222 394 mn = E pe azsc Coeficiente de Expansão) 4pc | 23,6XI0%|16,5X 10º | 20,3X 10º |126X 105] 12X 105 | 25,8X103 Linear Calor Específico Médio |, (5ac) | 940 so E 496 490 1022 0-1000 Calor Latente de Fusão | KJ/Kg 388 212 - 272 - 372 Ponto de Fusão ec eso 1083 930 1350 | 1426 651 Módulo de Elasticidade, | mpa | 69X10º | 110X10º | 103X10º | 200X 10º | 200x10º | 45x10º E V/A Classi cação das gas de Alumínio modificações da liga alumínio-magnésio 5056. Do mes- mo modo, 2017 é uma liga da série alumínio-cobre e 2117 é uma modificação desta. “Ligas Trabalháveis Não-Tratáveis Termicamente As ligas trabalháveis não-tratáveis termicamente são aquelas em que o aumento de propriedades mecânicas só pode ser conseguido por deformação a frio, tal com: laminação e trefilação. As propriedades assim obtidas são reduzidas pelo aquecimento acima de determinadas tem- peraturas, tal como acontece na soldagem; assim sen- do, elas não podem ser restauradas, exceto por trabalho a frio adicional. As ligas trabalháveis não-tratáveis termicamente são pro- duzidas em várias têmperas, de acordo com o grau de encruamento e, em geral, são das séries 1 XXX, 3XXX, 4XXX e 5XXX. O sistema de nomenclatura é apresenta- do a seguir sob o título “Têmpera”. “Ligas Trabalháveis Tratáveis Termicamente As ligas trabalháveis tratáveis termicamente são aque- las que apresentam a característica de reagir a tratamento térmico e, desse modo, conseguem um aumento apreci- ável de resistência mecânica, O calor gerado durante a soldagem reduz as propriedades mecânicas destas ligas. Contudo, as ligas tratáveis termicamente podem ser re- tratadas após soldagem, desde que a aplicação justifi- que esta operação e caso existam condições disponí- veis. Os tratamentos térmicos que proporcionam o au- mento de resistência mecânica destas ligas são a solubilização e o envelhecimento. As ligas tratáveis termicamente contêm na sua composi- ção química elementos de liga cuja solubilidade de um elemento ou um grupo de elementos no alumínio aumenta com a temperatura, e o limite de solubilidade é excedido em temperatura ambiente ou em temperaturas baixas. Ao se aquecer a liga, esses elementos entram em solu- ção sólida, podendo ser mantidos na solução em tempe- ratura ambiente desde que a liga seja resfriada rapida- mente (solubilização). Após a solubilização, a liga encontra-se em situação ins- tável - os elementos da liga tendem a sair da solução sólida, formando compostos intermetálicos precipitados na matriz. Esses precipitados são finos (da ordem de angstrons) e bem distribuídos, e propiciando o endureci- mento da liga. Essa precipitação (envelhecimento) pode ocorrer em temperatura ambiente (envelhecimento natu- ral), para períodos mais longos (dias ou meses), ou ser acelerado pelo aquecimento na faixa 120 a 200ºC, por algumas horas (envelhecimento artificial). CAPÍTULO 2 As ligas trabalháveis das séries 2XXX, 6XXX, 7XXX são tratáveis termicamente. Da mesma forma que as ligas não-tratáveis termicamente, o sistema de nomenclatura é descrito no parágrafo que se segue sob o título “Têm- pera”. TÊMPERA Otermo têmpera aplicado às ligas de alumínio designa o estado que o material adquire pela ação do trabalho a frio ou a quente, ou por tratamentos térmicos ou pela combinação de ambos, os quais exercem influência de- cisiva sobre a estrutura e propriedades do produto. O sistema de nomenclatura de têmpera se baseia em letras, e as subdivisões dessas têmperas básicas são indicadas por números que especificam as operações principais que o produto deve sofrer. Se uma variante da sequência de operações tiver de ser realizada, novos di- gitos serão acrescentados à designação inicial. Nomenclaturas Básicas * “F” (como fabricado) Aplica-se aos produtos em que não se exerce nenhum controle sobre as condições térmicas ou nível de encruamento. Não se especificam limites para as propri- edades mecânicas. * “O” (recozido) Aplica-se aos produtos acabados, no estado em que apre- sentam o menor valor de resistência mecânica. * “H” (encruado) Aplica-se às ligas não-tratáveis termicamente, em que o aumento de resistência mecânica é conseguido por de- formação plástica a frio e que podem ser submetidas a um recozimento complementar para produzir amoleci- mento parcial ou a um processo de estabilização. Dígitos adicionais indicam o nível de encruamento necessário ou algum tratamento que possa influenciar as proprieda- des obtidas. * “Wº” (solubilizado) Aplica-se somente a algumas ligas, as quais envelhe- cem naturalmente em temperatura ambiente após trata- mento de solubilização. * “T” (tratado termicamente) Aplica-se às ligas tratáveis termicamente, produzindo propriedades mecânicas estáveis diferentes de “F”, “O” e “H”, com ou sem encruamento complementar. A letra “T” deve ser seguida por um ou mais dígitos. <AS Classificação das ligas de Alumínio Classificação das Temperas “H” O primeiro dígito que se segue à letra “H” indica combi- nação das operações básicas, como segue: * “H1” (apenas encruada) As propriedades mecânicas do material são obtidas ex- clusivamente por trabalho a frio, sem nenhum tratamen- to suplementar. * “H2” (encruada e recozida parcialmente) As propriedades mecânicas são aumentadas mais do que o nível desejado e depois são diminuídas por recozimento parcial. * “H3” (encruada e estabilizada) Aplica-se somente àquelas ligas que amolecem com o passar do tempo após terem sido deformadas plastica- mente a frio (encruada). Esse amolecimento pode ser acelerado e estabilizado com tratamento térmico após encruamento. Grau de Deformação O segundo dígito que se segue à designação “H1”, “H2” e “H3” indica o grau de encruamento, ou seja, a quanti- dade de deformação aplicada ao material. O número “8” designa a têmpera alcançada por uma dada liga que so- freu uma redução mecânica a frio de aproximadamente 75%, após um recozimento pleno. As têmperas entre “O” (recozida) e “8” são especificadas por números de 1 a 7. Para o material que apresente um limite de resistência à tração em torno da metade entre os valores de resistên- cias da têmpera “O” e da têmpera “8”, a têmpera é desig- nada por “4”; em tomo da metade das têmperas “O” e “4”; a têmpera é designada por “2”; e em tomo da metade das têmperas “4” e “8”, a têmpera é designada por “6”. O número “9” designa as têmperas cujo limite de resistên- cia mecânica mínimo excede àquele da têmpera “8” de 15 MPa (2,0 Ksi) ou mais. O terceiro dígito, quando usado, indica uma variação em relação à têmpera “H” de dois dígitos, que resulta numa apreciável diferença nas propriedades. A designação da têmpera segue-se ao número que iden- tífica a liga, por exemplo, 3003-H18 ou 5083-0. Classificação das Têmperas “T” Os números de 1 à 10 que se seguem à letra “T” indicam as sequências de tratamentos básicos a que o material foi submetido, conforme abaixo: est Resfriado após o processo de fabricação a uma tempe- ratura elevada e envelhecido naturalmente até uma con- dição estável. CAPÍTULO 2 «sT2” Resfriado após o processo de fabricação a uma tempe- ratura elevada, posteriormente deformado plasticamen- te a frio e finalmente envelhecido naturalmente até uma condição estável. eta” Solubilizado, deformado plasticamente a frio e envelhe- cido naturalmente até uma condição estável. Tg” Solubilizado e envelhecido naturalmente até uma condi- ção estável. STS” Resfriado após o processo de fabricação a uma tempe- ratura elevada e envelhecido artificialmente. « “TE” Solubilizado e envelhecido artificialmente. et” Solubilizado e estabilizado (superenvelhecimento). Tg” Solubilizado, deformado plasticamente a frio e envelhe- cido artificialmente. ««T9” Solubilizado, envelhecido artificialmente e em seguida deformado plasticamente a frio. “TIO” Resfriado após o processo de fabricação a uma tempe- ratura elevada, deformado plasticamente a frio e posteri- ormente envelhecido artificialmente. As designações “T1” a “T10” podem ser seguidas de dígitos adicionais, dos quais o primeiro não pode ser zero, a fim de indicar uma variação no tratamento básico que altera de maneira significativa as características do pro- duto. - Exemplos: *“TX5 1º ou “TXX51” Aplica-se aso produtos que são submetidos a alívio de tensões por estiramento. *“TX52” ou “TXX52” Aplica-se aos produtos que são submetidos a alívio de tensões por compressao. <A Classificação das ligas de Alumínio LIGAS FUNDIDAS As ligas fundidas são aquelas cujos produtos são obti- dos por meio do vazamento do metal líquido em um mol- de para adquirir a forma desejada. Da mesma maneira que as ligas trabalháveis, também utiliza-se um sistema de quatro digitos para identificar o alumínio na forma de fundidos. O primeiro dígito indica o grupo da liga, como mostrado na Tabela 2.2, abaixo. TABELA 2.2 DESIGNAÇÃO DAS LIGAS FUNDIDAS POR GRUPOS LIGA ABNT (NBR6S34) RATES (ee INN XxX Alumínio não-ligado de no mínimo 99,00% de pureza 2XXx Cobre 3XXX Silício com adições de Cobre e/ou Magnésio 4XXx Silício XXX Magnésio 6Xxx Série não utilizada TXXX Zinco 8xxx Estanho 9XXX Outros Elementos Os dois dígitos seguintes identificam a liga ou pureza do alumínio. O último dígito que está separado dos outros por um ponto indica que o produto está sob a forma de peças ou lingote. No grupo 1XX.X, alumínio não-ligado de no mínimo 99,00%, os dois dígitos seguintes ao algarismo 1 repre- sentam os centésimos da porcentagem mínima de alu- mínio. O último dígito, à direita do ponto, indica a forma do pro- duto. - 1XX.0 - Peças fundidas -1XX.1 - Lingotes Nos grupos de ligas de 2XX.X até 9XX.X, os dígitos que antecedem o ponto são arbitrários, servindo somente para identificar as diferentes ligas do grupo. O último dígito, à direita do ponto, indica a forma do pro- duto. - XXX.0 - Peças fundidas -XXX1 ou -Lingotes - XXX.2 Limites de impurezas ou modificações das ligas originais ou metal não-ligado são indicados através de uma letra antes da designação numérica. CAPÍTULO 2 PROPRIEDADES DAS LIGAS DE ALUMÍNIO Asérie de tabelas que se seguem fomece um panorama geral das ligas de alumínio usuais, em termos de suas propriedades, assim como sua fabricação e aplicações em estruturas. Elas foram agrupadas por tipo de metal, isto é, trabalhável versus fundida, por resposta ao trata- mento térmico e por dados de classificação referentes a aplicações, em tabelas separadas dos dados referentes a soldabilidade e propriedades. As legendas das tabelas são listadas a seguir para ajudar a encontrar a informa- ção desejada. * Tabela 2.3 - Composição Química e Aplicações das Ligas Trabalháveis Não-Tratáveis Termicamente. * Tabela 2.4 - Composição Química e Aplicações das Ligas Trabalháveis Tratáveis Termicamente. * Tabela 2.5 - Soldabilidade das Ligas Trabalháveis Não-Tratáveis Termicamente. * Tabela 2.6 - Soldabilidade das Ligas Trabalháveis Tratáveis Termi- camente. * Tabela 2.7 - Propriedades das Ligas Trabalháveis Não-Tratáveis Termicamente. * Tabela 2.8 - Propriedades das Ligas Trabalháveis Tratáveis Termi- camente. * Tabela 2.9 - Composição Química e Aplicações das Ligas Fundidas Não-Tratáveis Termicamente. * Tabela 2.10 - Composição Química e Aplicações das Ligas Fundidas Tratáveis Termicamente. * Tabela 2.11 - Soldabilidade das Ligas Fundidas Não-Tratáveis Termi- camente. * Tabela 2.12 - Soldabilidade das Ligas Fundidas Tratáveis Termi- camente. * Tabela 2.13 - Propriedades das Ligas Fundidas Não-Tratáveis Termi- camente. * Tabela 2.14 - Propriedades das Ligas Fundidas Tratáveis Termi- camente. VA CAPÍTULO 2 Clas ação das ligas de Alumínio TABELA 2.4 COMPOSIÇÃO QUÍMICA E APLICAÇÕES DAS LIGAS DE ALUMÍNIO TRABALHÁVEIS TRATÁVEIS TERMICAMENTE COMPOSIÇÃO NOMINAL Elementos de Liga-% em Peso APLICAÇÕES TÍPICAS ER O Ro 201 55 | 04] - -|- - o Usinagem de peças em tomo automático Peças forjadas com elevada resistência mecânica E a | 08] 081 05| o para aeronaves e automóveis. , , , , Estruturas. Acessórios hidráulicos e estruturais. 2017 40 | 05] 07| 06 | - IE Usinagem de peças com resistência mecânica elevada. Elementos estruturais. Chapas para construção de aeronaves, normalmente aus 44 | 06 | 15] - - - recobertas (“CLAD”) para melhorar a resistência à corrosão. Rodas de carro de combate e locomotivas. 2036 26 | - | 025] 045] - = 5 Carrocerias de automoveis. Liga para forjamento; cabeçotes de cilindros e pistões. 2218 40 | - - |asl20| - |. Componentes que requerem resistência mecânica e dureza em alta temperatura. Estrutural; elevada resistência mecânica em alta temperatura. . Tanques de aeronaves para armazenamento de 2219 63 | - | 030) - | - -|.- combustível. Boa soldabilidade. Estrutural; liga de alta resistência mecânica utilizada na 2519" 58 | - 0.30] 0,17] 0,06] - - blindagem de veículos militares. ame | 23/0148 - | 146] - |40]- As mesmas aplicações que a 2218. 6009 040| 0,80) 0,50] 06 | 025] - [010 | Carrocerias de automóveis. eoto 040] 10] 0,50] 08 | 0,25] - [0,10 | Carrocerias de automóveis. Aplicações estruturais em geral. Estrutural; automóveis, vagões, ferroviários, embarcações. Tubos e conexões. ce [025)08) - | 40) - | - | 020] Rebites. Boa trabalhabilidade. soldabilidade e resistência à corrosão. Caixilharia e ornamentos. 6063 - |04| - | o7|- - - | Tubos. Grades. 6101 05 | - - |06 | - E - | Estruturas elétricas com boa resistência mecânica. 6202 |028/06| - |10 | - - | 0,09 | Usinagem de peças em torno automático. 6351 - |10] 06 |08 | - - | Asmesmas aplicações que a 6061. 7004º - - [045 [15 | 42] - - | Vagões ferroviários, perfis extrudados. 7005! E - |045 [44 | 45| - | 0,43] vagões ferroviários, perfis extrudados. 7039 - - | 03 |28 | 40 | - | 020 | Pontesmiltares e blindagem de veículos miltares. 775 [148] - | - |25 | 56 | - | 023 | Estruturas acroespaciais de elevada resistência. NOTAS: a. Contém também 0.06 Ti, 0,10 V 6 0,1870. c. Contém também 1,1 Fe e 0,07 Ti e. Contémtambém 0,15 Zr b. Contém também 0,06 Ti, 0,1770 e 0,10 V d. Contém também 0,6 Pb 6 0,6 Bi V/A | dl, ALCAN TABELA 2.5 Cc CAPÍTULO 2 lassificação das ligas de Alumínio SOLDABILIDADE DE LIGAS DE ALUMÍNIO TRABALHÁVEIS NÃO-TRATÁVEIS TERMICAMENTE [ALTAR IS O 1060 1100 1350 3003 3004 3105 5005 5050 5052 5652 5083 5086 5154 5254 5182 5252 5454 5456 5457 5557 5657 A >P>rL>>rL>r>r>r>rr>rr>rDrDrDrr [lo eira B D>0xXxX0Oxxxxxoonmnm >>>» >P>>>P>>D>>>D>>D>>D>>DDrm> E) [o D>0xXxX0Oxxxxxoonmnm >>>» V/A CAPÍTULO 2 Clas ação das ligas de Alumínio TABELA 2.6 SOLDABILIDADE DAS LIGAS DE ALUMÍNIO TRABALHÁVEIS TRATÁVEIS TERMICAMENTE PROCESSOS 1,2,3 SAMG/SATG ES 2014 2017 2024 2036 2218 2219 2618 6009 6010 6061 6063 6070 6101 6201 6951 7004 7005 7039 7075 7178 oo 00PP>PP>P>P>P>P>>ODrODOO >>>P>P>P>P>D>D>D>>DD>DrDDD>D XxXx0oDD>P>PODPDPDDXXXxXXxx xx0o nv? nnOOD 0000 NOTAS: 1. SAMG: Soldagem e arco metálico com atmosfera gasosa. SATG: Soldagem a arco tungstênio com atmosfera gasosa. SPR: Soldagem a ponto por resistência. SCR: Soldagem de costura por resistência. B: Brasagem. SB: Solda branda com fluxo. N Classilicação baseada nas têmperas de maior facilidade de união: A: A união pelo processo é fácil. B: Aunião pelo processo é possível para a maioria das aplicações, podendo requerer técnicas especiais ou testes preliminares para estabelecer o procedimento elou desempenho. C: Aunião pelo processo é difícil. X: Aunião pelo processo não é recomendada. 3. Aunião de todas as ligas pode ser feita através de: soldagem ultrasônica, colagem com adesivos ou fixadas mecanicamente. V/A CAPÍTULO 2 Clas ação das ligas de Alumínio TABELA 2.9 COMPOSIÇÃO QUÍMICA, TIPOS E APLICAÇÕES DAS LIGAS DE ALUMÍNIO FUNDIDAS NÃO-TRATÁVEIS TERMICAMENTE COMPOSIÇÃO NOMINAL ER ESTA TIPOS DE FUNDIÇÃO APLICAÇÕES TÍPICAS Em | Molde Molde CT] Mg Zn E RR A Liga de aplicação geral, tubos e válvulas de distribuição, caixas de válvula e aplicações que requerem estanqueidade sob pressão. 208.0 40 30 - - x x - 213.0 7,0 20 - - x x - - Aplicações onde se deseja dureza 238.0 10,0 | 4,0 0,25 | - - x - elevada na condição como fundido. Base para ferro elétrico. Uso geral em peças fundidas 360.0 - los los |. . . x sob pressão, chapas reforço (viga) e caixas de instrumentos. Excelentes caracteristicas de fundição. Liga de aplicação geral, 380.0 35 |8s | - |- E - | x boas características de fundição propriedades mecânicas. Liga para fundição em matrizes de uso geral em componentes grandes, complexos com secções finas, co- 4130 - |ro | = |. - - x mo carcaça de máquina de escrever, caixas de instrumentos, etc. Excelentes características de fundi- ção, resistência à corrosão muito boa Liga de aplicação geral, utensílios EO oca =] domésticos, caixilharia e aplicações x i expostas à atmosfera marinha, A443.0 | 03máx| 525 | - | x - - conexões para tubos. Excelentes B443.0 | 0,15máx 5,25 | - | - x x - características de fundição e estanqueidade sob pressão. A444.0 - 7,0 - - - x - - Peças de caixilharia anodizadas, componentes decorativos. S11.0 - 05 | 40 | - x x - Apresenta características de anodização unifurme. 5120 - lú4s | 40|- x . . Utensílios domésticos e conexões para tubos. Utensílios domésticos e peças 5130 - |- |40 |18]| - x E decorativas. Apresenta caracte- rísticas de anodização uniforme. Equipamentos para manuseio de alimentos, componentes para 5140 - - 40 | - x - - indústria química, peças expostas à atmosfera marinha. Excelente resistência à corrosão. Equipamentos e acessórios para o. . o. embarcações. Elevada resistência seo a» x mecânica, ductilidade e resistência à corrosão. CAPÍTULO 2 I | Ii, ALCAN * TABELA 2.9 (Continuação) COMPOSIÇÃO QUÍMICA, TIPOS E APLICAÇÕES DAS LIGAS DE ALUMÍNIO FUNDIDAS NÃO-TRATÁVEIS TERMICAMENTE COMPOSIÇÃO NOMINAL [un Rr Au) TIPOS DE FUNDIÇÃO APLICAÇÕES TÍPICAS [CER Cu Si Mg Zn DC E RU A Elevada resistência mecânica 535.0! z z 69 z x z z e ductilidade na condição soldada. Uso geral em peças fundidas em molde de areia para posterior- 710.0 0,5 - 07 65 x - - mente serem brasadas Boa ductilidade. 711.0? 0,5 z 0,35 | 6,5 z x z Peças brasadas, boa usinabilidade. 720 “o oo |s58 | x |. . As mesmas aplicações que a 710.0 (acima), boa resistência à corrosão. NOTAS: 1. Contém também 0,18 Mn, 0,18 Ti e 0,005 Be. 2. Contém também 1,0 Fe. 3. Contém também 0,5 Cr. V/A CAPÍTULO 2 Clas ação das ligas de Alumínio TABELA 2.10 COMPOSIÇÃO QUÍMICA, TIPOS E APLICAÇÕES DAS LIGAS DE ALUMÍNIO FUNDIDAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE COMPOSIÇÃO NOMINAL Elem.Liga-% em Peso TIPOS DE FUNDIÇÃO APLICAÇÕES TÍPICAS Em | Molde Molde [TR] Mg Zn PE A Bucha, tampas de mancais e componentes A201.05| 45 - | 025) - x - - de registro, cabeçotes de cilindros refrige- 2220 | 10,0 - | 025] - x E E rados a ar. Mantém a resistência em alta temperatura. 240.0 80 - 60 | 05) x - - 2420 40 E 15| 20) X x - Pistões para serviço pesado e cabeçotes de cilindros refrigerados a ar. Boa resistência em alta temperatura. Ao | 44 - 15|20| x x - Pistões para serviço pesado e cabeçotes de cilindros refrigerados a ar. Boa resistência em alta temperatura. 295.0 4,5 141 a - x - - Mecanismos e membros estruturais para aeronaves, carters e rodas. 319.0 35 6,0 - - x x - Uso geral, elementos de máquina, cabeçotes de cilindros de automóveis. 332,0º 35 95/10] - E E Pistões de automóveis. Boas propriedades nas temperaturas de serviços. Elementos de máquinas, peças de regula- 333.0 3,0 90 | 030] - - x - dores, invólucro de medidores de gás e uso geral. Pistões diesel para serviços pesados. Boa 336.0 10 [120] 10] 25| - x E resistência em alta temperatura. Aeronaves, mísseis e outras aplicações que 354.0 18 90 | 050] - - x - requerem fundidos de alta resistência me- cânica. Peças fundidas de uso geral, carters, cai- 355.0 13 50 | 05| - x x - xa de acessórios e componentes para aeronaves. Aeronaves, mísseis e outras aplicações es- c355.0 13 50 | 05| - x x - truturais onde se requer resistência mecã- nica elevada. 356.0 - 70 | 035] - x x E Peças fundidas de uso geral, caixas de transmissão, caixas de diferencial, rodas, blocos de cilindros, acessó- rios de vagões e tanques ferroviá- rios, equipamentos para embarcações, componentes de grades para pontes e caixilharia. A356.0 - 7,0 0,35 - XxX x - Aeronaves, mísseis e outras aplicações A357.0* - 7,0 0,55 - x x - estruturais onde se requer resistência me- 359.0 - 9,0 0,6 - x x - cânica elevada. 520.0 a - 10,0 a x - - Peças fundidas em molde de areia onde se requer resistência mecânica e resis- tência ao choque, exemplo, componen- tes estruturais de aeronaves. Excelente resistência à corrosão. Não indicada para serviços acima de 120ºC. NOTAS: 1. Contém também 0,5 Mn. 3. Contém também 1,0 Zn. 5. Contém também 0,7 Ag, 0,30 Mn, 0,25 Ti. 2. Contém também 0,20 Cr. 4. Contém também 0,05 Be. VA ALCAN TABELA 2.13 208.0 2130 443.0 A443.0 B443.0 5110 5120 514.0 535.0 710.0 7120 208.0 2130 238.0 443.0 B443.0 A444.0 513.0 mo 360.0 380.0 413.0 518.0 2798 2937 2687 2687 2687 2660 2660 2660 2521 2826 2826 2798 2937 2964 2687 2687 2687 2687 2854 2687 2743 2660 2521 CAPÍTULO 2 C PROPRIEDADES DAS LIGAS DE ALUMÍNIO TRABALHÁVEIS NÃO-TRATÁVEIS TERMICAMENTE PROPRIEDADES FÍSICAS [E LE o tc) 512-63; [518-627 577-63: 577-63; 577-63: 588-63 88-632 1599-638) 549-63; 599-64: 599-63] 21-632 1518-627 10-599 1577-632 77-632 1577-632 82-638 [5909-643 71-588 21-588 7-588 38-621 [ot Tra Térmica (Wimec) 144 107 153 [ot eta au] (Ae) PROPRIEDADES MECÂNICAS TÍPICAS Dee PV Resist. 1 [EE SR Fadiga [CER ET AU Diâmetro) [OL RR) E (MPa) PEÇA FUNDIDA EM MOLDE DE AREIA 3 30 37 37 37 36 38 35 23 35 40 PEÇA FUNDIDA EM MOLDE PERMANENTE 3 30 25 37 37 4 3 40 37 27 39 24 F 145 96 25 76 F 165 103 1,5 62 F 131 55 80 55 F 131 55 80 55 F 131 55 80 55 F 145 8 30 55 F 138 90 2,0 59 F 172 8 90 48 F 248 124 90 - F 241 172 5,0" 55 F 241 172 50 55 F 193 110 20 89 F 207 165 1,5 65 F 207 165 1,5 É F 158 62 10,0 55 F 158 62 10,0 55 F 241 124 80 76 F 186 110 70 69 F 241 124* 80 76º PEÇA FUNDIDA SOB PRESSÃO F 324 172 30 131 F 331 165 3,0 145 F 296 145 25 131 F 310 186 80 138 SA [oc mento (MPa) 151 165 165 nO 110 151 207 213 193 200 ação das ligas de Alumínio psp) [E [VE] 70 85 100 45 45 70 60 70t 75 80 8o 80 V/A al, ALCAN TABELA 2.14 Liga A242.0 295.0 319.0 355.0 C355.0 356.0 319.0 333.0 336.0 354.0 355.0 356.0 A356.0 359.0 Densi dade (cd) 2798 2964 2770 2826 2826 2826 2798 2715 2715 2687 2715 2715 2687 2964 2826 2798 2770 2770 2715 2715 2715 2715 2687 2715 2715 2687 CAPÍTULO 2 C PROPRIEDADES DAS LIGAS DE ALUMÍNIO FUNDIDAS TRATÁVEIS PROPRIEDADES FÍSICAS Condut. 3 Térmica [ot ora au] [E AE Fusão ACD (Cc) (WimeC) (hIACS) TERMICAMENTE PROPRIEDADES MECÂNICAS TÍPICAS Ri CEA EueE] O Escoa- [o Resist 1 Fadiga Resist. [cc mento Pe PE E EEE ANE Diâmetro) (MPa) E (MPa) (MPa) (MPa) PEÇA FUNDIDA EM MOLDE DE AREIA 571-648 120 30 Tê 521-627 127 33 T61 515-604 M 23 F 527-638 148 38 T77 131 3 T571 527-638 - - T75 521-648 136 35 T4 140 35 T62 521-604 E - T5 - - Tê 549-621 165 43 T51 140 36 Tê 161 42 T7 549-621 144 39 Tê 560-616 165 43 T51 148 39 T6 153 40 T7 643-610 148 40 Tê 554-610 157 40 Tê 566-599 136 35 Tê 449-559 86 21 T4 PEÇA FUNDIDA 521-627 128 33 TOS 527-638 131 3a T571 131 33 T61 521-604 - - Tê 521-638 103 26 T5 521-588 120 29 T5 116 29 Tê 140 35 T7 538-571 116 29 T551 - - T6s 538-599 124 32 T62 549-621 148 39 T16 549-621 144 39 T61 560-616 148 E Tê 153 40 T7 560-610 148 40 T61 554-610 157 40 Tê 566-599 136 35 T62 448 379 80 E 289 282 276 0,5 58 220 234 193 1,0 - - 207 158 20 72 165 220 207 0,5 76 179 213 - 20 - - 220 110 85 48 179 282 220 20 55 227 207 179 1,5 76 165 248 165 20 76 200 193 158 1,5 55 151 241 172 3,0 62 193 262 179 0,5 69 193 269 200 50 - - 172 138 20 55 55 227 165 3,5 58 58 213 207 20 62 62 276 207 60 - - 317 248 30 8 83 33 179 16,0 55 55 EM MOLDE PERMANENTE 330 250 0,5 62 179 276 234 1,0 72 207 324 289 0,5 65 241 276 186 3,0 - - 248 193 1,0 - - 234 172 1,0 8 186 289 207 1,5 103 227 255 193 20 183 193 248 193 0,5 93 193 324 296 0,5 - 248 393 317 30 - 276 289 186 40 69 234 317 234 60 96 220 262 186 50 90 207 220 165 60 76 172 282 207 10,0 90 193 358 289 50 103 241 345 289 5,5 nO - as de Alumínio Ap) Brinell (pie) 140 105 110 95 105 105 105 125 110 100 70 100 NOTAS: 1. Resistência a fadiga para corpos de prova cilíndricos e 500 milhões de ciclos. 2. Espera de teste de 10 mm. 3. Condutividade térmica a 25ºC. 4. Teste realizado, aproximadamente, 30 dias após a fundição da peça. V/A CAPÍTULO 3 Metalurgia de Soldagem Macrografia de uma solda na liga 6061-T6 <q Aa, A TÊMPERAS F Haro M34 HM MH E Mir mia E 18 o E sons = 320 5 5o5z , Dol 2 esa E < n0a õ = 100 q : FR PORCENTAGEM DE TRABALHO A FRIO FIGURA 3.1 EFEITO DO TRABALHO A FRIO SOBRE O LIMITE DE ESCOAMENTO DE VÁRIAS LIGAS ENCRUADAS RESISTÊNCIA AO ESCOAMENTO (MPa) ua 8 o 2 & asger tez2rc) 11000 — oO, soo* tE60%C) [DD asc 1Z88C] too 7 2, TS tg *6) too eso cr t393º0) 1 l L 1 ! Po so 0 so 100 TEMPO DE RECOZIMENTO (s) FIGURA 3.2 CURVAS DE RECOZIMENTO ISOTÉRMICO DAS LIGAS 5052 COM 80% DE ENCRUAMENTO CAPÍTULO 3 Metalurgia de Soldagem LIGAS TRABALHÁVEIS Ligas Não-Tratáveis Termicamente Como comentado no Capítulo 2, elas são das séries 1XXX, 3XXX, 4XXX e 5XXX e caracterizam-se por se- rem aquelas cujo aumento de propriedades mecânicas só pode ser obtido por deformação mecânica a frio (de- signado também por encruamento). Esta deformação mecânica da estrutura do metal provoca escorregamento cristalográfico, que por sua vez resulta em aumento da resistência, facilita a deformação e, deste modo, confere maior resistência mecânica e menor ductilidade. Assim sendo, as propriedades mecânicas são expressivamen- te melhoradas. A Figura 3.1 ilustra as curvas de encruamento levantadas para as ligas não-tratáveis ter- micamente mais comuns. Pode-se observar que o acrés- cimo no limite de escoamento em função do encruamento é maior do que o acréscimo no limite de resistência à tração. Um nível de dureza desejado para um dado material pode ser obtido a partir da condição recozida ou como fabricada por meio de uma quantidade de encruamento controlado ou, alternativamente, o material pode ser encruado até alcançar a dureza máxima (redução de aproximadamen- te 75%) seguido de recozimento parcial. A Figura 3.2 mostra algumas curvas de recozimento isotérmico para a liga 5052, onde fica evidente que, para se fazer um recozimento parcial da liga, tanto o tempo como a tem- peratura precisam ser rigidamente controlados. O recozimento pleno só se aplica caso seja necessário re- mover totalmente o encruamento. O sistema de nomenclaturas de têmperas para as ligas trabalháveis não-tratáveis termicamente está apresenta- do no capítulo anterior. * Ligas da Série 1XXX Embora as ligas da série 1XXX não sejam ligas no senti- do estrito da palavra, por conveniência elas são designa- das como ligas. Elas reagem ao encruamento, especial- mente no caso de possuírem quantidades apreciáveis de impurezas, tais como ferro e silício. As ligas desta série destinam-se principalmente à fabricação de estruturas onde prevalece a necessidade de alta resistência à cor- rosão - como, por exemplo, em tanques e tubulações para as indústrias químicas e petroquímica. E também são utilizadas em condutores elétricos, devido a sua elevada condutividade elétrica. No entanto, cabe ressaltar que há ligas em outros grupos que, apesar de possuírem resis- tência à corrosão e condutividade elétrica ligeiramente inferior às das séries 1XXX, ainda assim, quanto a pro- priedades anteriores, são excelentes e com a vantagem <A Metalurgia de Soldagem de apresentarem propriedades mecânicas bem maiores, o que permite, em dadas situações, uma melhor combi- nação de tais propriedades. As ligas da série 1XXX são de fácil soldabilidade e brasabilidade. Elas são soldáveis pelos processos de fu- são a arco, embora suas faixas de temperaturas de fu- são estreitas possam causar falta de fusão e outros tipos de defeitos, caso alguns cuidados não sejam tomados. A soldagem a pontos por resistência elétrica apresenta uma certa dificuldade em virtude de as ligas desse grupo possuirem alta condutividade térmica e baixa resistência à deformação. O metal de adição adequado para soldar as ligas da sé- rie 1XXX deve apresentar composição química igual a do metal base, não obstante o consumível ER-4043 (Al 5% Si) seja o mais usual em virtude da sua fluidez eleva- da, o que facilita a fusão e promove maior resistência mecânica da solda. * Ligas da Série 3XXX Adicionando-se manganês ao alumínio aumenta-se le- vemente sua resistência mecânica, além de melhorar tam- bém a resposta ao encruamento, sem que isso venha reduzir apreciavelmente sua ductilidade ou resistência à corrosão. Da mesma forma que a série anterior, as ligas desta sé- rie apresentam boa soldabilidade aos processos de fu- são a arco, assim como não são suscetíveis à ocorrência de trinca de solidificação. Elas também podem ser brasadas satisfatoriamente e soldadas por resistência com facilidade. Contudo, o uso delas em aplicações es- truturais não é muito comum devido apresentarem resis- tências moderadas. O consumível adequado a soldagem das ligas da série 3XXX deve possuir composição química similar à do metal base, muito embora o metal de adição ER-4043 (Al-5% Si) seja o mais usual, pelos mesmos motivos já mencio- nados acima para as ligas da série 1XXX. * Ligas da Série 4XXX O silício quando adicionado ao alumínio reduz seu ponto de fusão, bem como melhora sua fluidez. Estas são ca- racterísticas desejáveis, que o consumível destinado à soldagem por fusão ou brasagem deve possuir. Conse- quentemente esta série é utilizada na fabricação de consumíveis de soldagem e brasagem nas diversas for- mas, incluindo-se: arame, vareta e chapa de recobrimento (“cladding”) sobre outras ligas. CAPÍTULO 3 * Ligas da Série 5XXX O magnésio é um dos elementos mais eficazes e larga- mente empregado na formação de ligas de alumínio. As ligas da série 5XXX podem ser não apenas a base de magnésio como também de magnésio e manganês. As ligas desta série são as que apresentam as maiores re- sistências entre as ligas não-tratáveis termicamente, e por isso são de grande importância para aplicações es- truturais. São fabricadas principalmente na forma de cha- pas e lâminas, apenas ocasionalmente como extrudados. E, entre os diversos campos de aplicação, elas destinam- se em particular à área de transporte, como, por exem- plo, na fabricação de vagões ferroviários, embarcações, tanques rodoviários, veículos militares, carrocerias de ônibus e furgões e outros. As ligas desta série, com teor abaixo de 2,5% Mg (5052, 5252, 5005, 5050), quando soldadas com os processos de fusão a arco ficam sujeitas à fissuração a quente du- rante a fase de solidificação, caso o metal de adição uti- lizado tenha a mesma composição química do metal da base. Além do que, o risco de fissuração aumenta quan- do a solda é depositada sob condições de restrição, ou seja, as partes a serem unidas ficam impedidas de movi- mentação. Este problema éfacilmente superado pelo au- mento do teor de Mg da poça de solda para mais de 3,0% Mg, o que pode ser feito mediante o uso de um metal de enchimento adequado. Os metais de adição de classifi- cação Al-5% Mg (ER-5356, ER-5556 e ER5183) são muito eficazes e podem evitar a fissuração até mesmo em jun- tas com movimentação restrita, nas quais há considerá- vel diluição do metal base. Nesta série, destaque especial é dado à liga Al-4,5% Mg- Mn (5083), por ser a mais resistente das ligas trabalháveis não-tratáveis termicamente e pôr já há muitos anos vir sendo amplamente empregada na construção de estru- turas soldadas em aplicações marítimas e instalações criogênicas. Esta liga não apresenta tendência à fissuração na solda e pode ser soldada com os seguin- tes consumíveis normalizados: ER-5356, ER-5 183 e ER- 5556 (ver Capítulo 4, parágrafo - Escolha do Metal de Adição). Destes metais de enchimento, o de classifica- ção ER-5356 é empregado mais comumente na fabrica- ção em geral; entretanto, os de classificação ER-5 183 e ER5556 são os mais indicados para a soldagem de ma- terial espesso (acima de 20 mm), visto que a liga ER-5 183 propícia propriedades semelhantes às do metal base na condição como recozida, e a liga ER-5556 confere maior resistência, porém com ductilidade e tenacidade ligeiramente inferiores. <A Metalurgia de Soldagem Todas as ligas pertencentes a esta série são soldáveis por fusão e também podem ser soldadas a pontos por resistência elétrica, todavia é necessário cuidado espe- cial na preparação da superfície, devido a seus filmes de óxido serem muito duros. Ligas Tratáveis Termicamente Elas compreendem as ligas das séries 2XXX, 6XXX e 7XXX. Como descrito no Capítulo 2, elas contêm na sua composição química elementos de liga (cobre, magnésio, silício e zinco) cuja solubilidade de um elemento ou gru- po de elementos no alumínio aumenta com a temperatu- ra; isto torna possível submetê-las ao tratamento térmico para aumentar-lhes a resistência. O ciclo completo de tratamento térmico consiste de solubilização e envelhecimento, que estão relatados no Capítulo 2. Em aplicações especiais, o endurecimento por deformação plástica a frio pode ser acrescentado ao tratamento térmico como parte de um processo de ma- nufatura ou para elevar as propriedades mecânicas. * Ligas da Série 2XXX As ligas desta série possuem alta resistência e são prin- cipalmente destinadas a aplicações aeroespaciais. A maioria delas são consideradas não-soldáveis pelos pro- cessos de arco em virtude de serem muito suscetíveis à fissuração a quente, exceto as ligas 2219 e 2519, que apresentam boa soldabilidade. As duas ligas anteriores constituem-se basicamente de 6,0% de cobre e são am- plamente utilizadas na fabricação de tanques soldados para armazenar combustível de míssil. As soldas com as ligas 2014 e 2024 geralmente apre- sentam baixa ductilidade. Em geral, para se conseguir valores melhores de propriedades mecânicas com esta série, na condição como soldada, deve-se empregar ve- locidade de soldagem elevada juntamente com alta taxa de resfriamento, assim como conseguir máxima transfe- rência de calor através do metal base. O tratamento térmico após a soldagem é um recurso que pode ser utilizado quando se deseja obter um ganho adi- cional de propriedades mecânicas, especialmente no lIi- mite de escoamento. Todas as ligas da 2XXX são de difícil brasagem, porém facilmente soldadas a pontos por resistência elétrica. * Ligas da Série 6XXX A combinação de dois elementos de liga, magnésio e si- lício, produz um composto, siliceto de magnésio, que concede às ligas desta série a sua tratabilidade térmica CAPÍTULO 3 e média resistência mecânica. As ligas da série 6XXX possuem elevada capacidade de extrusão e, portanto, formam um sistema complementar com as ligas da série 5XXX (chapas e lâminas) para aplicações estruturais. As ligas desta série são utilizadas em estruturas solda- das numa proporção muito maior do que quaisquer ligas de outras séries tratáveis termicamente. A liga 6061 é uma das mais usuais e apresenta excelente soldabilidade, tanto em espessura fina como grossa, podendo ser utili- zada na condição como soldada ou tratada termicamen- te após a soldagem quando o acréscimo da resistência da solda for considerada importante. Já a liga 6063 apre- senta resistência mecânica menor do que 6061, sendo utilizada na maioria das vezes na condição como solda- da. Embora as ligas da série 6XXX sejam de certo modo pro- pensas à fissuração a quente, isto é superado com facili- dade através da escolha correta do metal de enchimento edo perfil da junta. Também há uma perda de resistência significativa nas ZTAs, a qual deve ser prevista no proje- to da junta e do componente. Todavia, para recuperar a resistência da ZTA é necessário executar um tratamento térmico completo pós-soldagem. No final deste capítulo a ZTA e suas propriedades são explicadas detalha- damente sob o título “Efeito Metalúrgico da Soldagem”. A tabela 3.4 fornece as propriedades típicas de soldas em chanfro na liga 6061. Pode-se notar que a resistência mecânica e o alongamento variam numa faixa larga em função da: espessura, temperatura e tratamento térmi- co. Aumentando-se a velocidade de soldagem, é possível obter-se maior resistência mecânica na condição como soldada. Isto é verificado, particularmente, em chapas mais finas (linha A até D, Tabela 3.4). O envelhecimento após soldagem confere ao material soldado na condição T4 um aumento adicional na resistência (linha C, Tabela 3.4). Em material mais espesso, o ganho extra na resis- tência pode não ser tão acentuado quanto no caso ante- rior. Já em material muito espesso, as propriedades de uma junta retratada termicamente podem ser baixas de- vido à liga do material de enchimento utilizada não ser tratável termicamente. Além do que deve contar com a diluição do metal base para obter uma composição de metal de solda que seja tratável termicamente. Este efei- to é mostrado na linha F da tabela já referida, para uma solda em chanfro “V” simples realizada numa lâmina de três polegadas de espessura na liga 6061. Sempre que o projeto da junta não propicia suficiente diluição e a junta soldada tiver que ser posteriormente tratada, recomen- da-se o uso da liga de adição 4643 em vez da 4043 (li- nha G, Tabela 3.4). <A Metalurgia de Soldagem TABELA 3.5 CAPÍTULO 3 TIPOS DE FUNDIÇÃO, TRATABILIDADE TÉRMICA E SOLDABILIDADE DAS LIGAS DE ALUMÍNIO FUNDIDAS USUAIS. LIGA TIPO DE FUNDIÇÃO | TRATÁVEL TERMICAMENTE SOLDABILIDADE 319.0 Em areia Sim Excelente Molde Permanente 355.0 Em areia Sim Excelente Molde Permanente 356.0 Em areia Sim Excelente Molde Permanente 443.0 Em areia Não Excelente Molde Permanente A444.0 Molde Permanente Não Excelente 520.0 Em areia Sim Excelente 535.0 Em areia â Excelente 710.0 Em areia Não Boa 712.0 Em areia Não Boa Zona Termicamente Afetada da Solda (ZTA) O efeito do calor de soldagem sobre as ligas de base em alumínio varia com a distância a contar da solda e pode ser dividido, aproximadamente, em áreas que exprimem as diferentes temperaturas atingidas pelo metal. O perío- do de tempo em cada temperatura também é significante para as ligas tratáveis termicamente. A largura dessas áreas e o grau de transformações metalúrgicas nas ligas tratáveis termicamente dependem da espessura e geo- metria da junta, do processo de soldagem, do procedi- mento de soldagem, temperaturas de preaquecimento e interpasses e dos efeitos térmicos do cobre-junta (“backing”) e dispositivos de fixação. AZTAnas juntas feiias com os processos com proteção de gás inerte raramente extendem-se além de meia po- legada (12,7 mm) da linha do centro da solda, contudo para a finalidade de projeto assume-se o valor de uma polegada (25,4 mm) de largura para cada lado da junta. Ligas Não-Tratáveis Termíicamente Nas ligas não-tratáveis termicamente a ZTA é considera- da como uma zona única, onde o metal passa por uma faixa de temperaturas, sendo que em determinado ponto ele atinge a temperatura de recozimento, geralmente 3450C. Uma vez que a recristalização ocorre rapidamen- te, em especial no metal encruado, a resistência mínima desta zona será bem próxima da resistência da liga na condição totalmente recozida, apresentando um ganho de ductilidade. Temperatura, tempo e taxa de resfriamento não são fatores tão importantes no recozimento dessas ligas ocasionado pela operação de soldagem. Dessa for- ma, num projeto baseado no limite de resistência à tra- ção, utiliza-se para o valor da tensão máxima admissível em tração para as soldas de topo nas ligas não-tratáveis termicamente o valor mínimo de resistência da liga na condição recozida. A popularidade das ligas de elevada resistência perten- centes à série 5XXX, tais como 5083, 5086 e 5456, em estruturas soldadas, ocorre em virtude de as mesmas apresentarem alta resistência na condição recozida e boa ductilidade. Em geral, a têmpera do metal base e outros fatores, tal como espessura, afetam muito pouco as pro- priedades mecânicas dessas ligas; já o mesmo não acon- tece às ligas tratáveis termicamente. As soldas nas ligas não-tratáveis termicamente possu- em excelente ductilidade. Sendo assim, elas conseguem resistir a grandes deformações antes de atingir a ruptu- ra, devido âàcapacidade que as mesmas apresentam de redistribuir as tensões. VA | dl, ALCAN * A Figura 3.3 ilustra a estrutura metalúrgica típica de uma solda na liga 5083. A mudança na microestrutura do me- tal base em virtude da soldagem é evidente; no entanto, ela apresenta uma perda pequena de resistência se com- parada com o valor original. Ligas Tratáveis Termicamente Nas ligas tratáveis termicamente ocorre uma degrada- ção das propriedades do metal base localizada na ZTA formada adjacente à zona de fusão. A microestrutura nesta zona é alterada devido às temperaturas elevadas CAPÍTULO 3 Metalurgia de Soldagem que a mesma experimentou durante a soldagem. Nes- sas ligas endurecíveis por precipitação, a ZTA apresenta dissolução ou crescimento de precipitados. Por exem- plo, nas ligas da série 2XXX ela corresponde a uma dis- solução, enquanto nas da série 6XXX é principalmente um crescimento de precipitados. Embora a natureza des- sas ZTAs possam diferir, elas são exclusivamente gover- nadas por difusão e como tal, termicamente dependen- tes. Um meio prático de determinar a largura e a extensão da ZTA é fazendo-se um levantamento do perfil de dureza através de uma secção transversal da solda. A Figura Metal de Base (200 x) Junta Soldada (2,5 x) Interface do metal de Solda (200 x) Metal Recristalizado (200 x) Metal de Solda (200 x) FIGURA 3.3 SOLDA DE UMA LIGA NÃO-TRATÁVEL TERMICAMENTE (5083 COM CONSUMÍVEL 5356) V/A Metalurgia de Soldagem 3.4 mostra os perfis de dureza de soldas TIG realizadas em três ligas de alumínio usuais. O perfil de dureza da liga 2219-T87 mostra a ocorrência de dissolução de pre- cipitados. Afase endurecedora é uma fase intermediária, de modo que próximo à zona de fusão, onde ocorrem as maiores temperaturas, há uma maior dissolução dessas fases. Isto resulta num decréscimo gradual de dureza nesta zona, como ilustra a figura. DUREZA (Re) * Te D sasa-Hos a sem-Ter 55 TE WO Es DISTÂNCIA A PARTIR DA SOLDA (em) FIGURA 3.4 PERFIS DE DUREZA DE SOLDAS TIG EM LIGAS DE ALUMÍNIO O perfil de dureza da liga 6061-T6 é típico de todas as ligas da série 6XXX. A ZTA é governada por um cresci- mento, semelhante à transformação de precipitados para formar fases não-endurecedoras. Essa transformação ocorre muito rapidamente quando o metal encontra-se na faixa de temperatura entre 427ºC e 288ºC. Os pontos mais baixos indicados no perfil de dureza desta liga sig- nificam que o metal experimentou temperaturas dentro desta faixa. Próximo à zona de fusão, onde as tempera- turas são maiores, o precipitado encontra-se dissolvido CAPÍTULO 3 em solução vindo a precipitar durante o resfriamento. A extensão da ZTA também pode ser identificada metalograficamente, contudo, para as ligas endurecidas por precipitação, a metalografia ótica define somente os extremos da dissolução ou do crescimento. (Por outro lado, a recristalização da ZTA das ligas endurecíveis por encruamento é facilmente identificada metalogra- ficamente.) Alguns exemplos de micrografias da ZTA de uma solda na liga 6061 são mostradas na Figura 3.5. Devido as transformações metalúrgicas que ocorrem na ZTA serem termicamente dependentes, os processos de soldagem e os procedimentos de parâmetros determi- nam a extensão do metal base que sofre degeneração. O aporte térmico elevado e o uso de preaquecimento aumentam a perda de resistência como a largura da ZTA. Isto se verifica, particularmente, nas ligas endurecíveis por precipitação e está ilustrado na Figura 3.6 para sol- das na liga 6061-T6 feitas com diferentes aportes térmi- cos. Para melhorar a resistência da ZTA de juntas soldadas em ligas da série 6XXX, é comum a prática do tratamen- to térmico pós-soldagem. Este assunto é tratado mais adiante sob o título “Tratamento Térmico Pós-Soldagem”. Resumindo o que foi dito até aqui, a ZTA de uma junta soldada numa liga tratável termicamente pode ser carac- terizada por três regiões diferentes, a saber: a) adjacente ao cordão de solda, há uma região onde a temperatura excede o limite de solubilidade sólida da liga, que no caso das ligas da série 7XXX é aproximadamen- te 350ºC, onde o metal é ressolubilizado; b) na outra extremidade da ZTA, próxima do metal base, a temperatura excede o limite de prévia precipitação, sendo imperceptíveis as mudanças; c) entre estas duas regiões, a operação de soldagem normalmente provoca superenvelhecimento, o que cau- sa um prejuízo nas propriedades mecânicas, sendo ne- cessário executar um tratamento térmico pós-soldagem para recuperá-las. Nas ligas da série 7XXX, esta região não, apresenta superenvelhecimento, dado que o tempo de permanên- cia em temperaturas elevadas no ciclo de soldagem é muito reduzido e a taxa de envelhecimento específica da liga é muito lenta. CAPÍTULO 3 Metalurgia de Soldagem temperaturas e resfriar em água, o que poderia resultar FISSURAÇÃO A QUENTE em tensão residual e distorção. A liga 6061 soldada na condição T4 e em seguida Como foi constatado nos parágrafos anteriores deste envelhecida apresenta uma recuperação de resistência capítulo, existem ligas de alumínio que durante a da ZTA bem acentuada. Entretanto, quando o mesmo soldagem são sujeitas a fissurações de solidificação e/ caso se repete com a liga na têmpera T6, embora a re- ou de liquação. O surgimento de fissuras em soldas de sistência da ZTA aumente, a resistência do metal base alumínio é decorrente da perda de resistência mecânica adjacente a ela, diminui. Isto significa que esta zona foi ou ductilidade do metal de solda ou da zona termicamen- superenvelhecida. Por este motivo, o metal base deve te afetada em temperaturas elevadas. A trinca de estar na condição T4 caso ele venha a ser submetido solidificação ocorre interdendriticamente no metal de sol- somente ao envelhecimento depois de soldado. A Figura da e caracteristicamente se manifesta como uma linha 3.8 mostra os perfis de dureza da ZTA da liga 6061-T4e | no centro do cordão ou na cratera deixada no término da T6 nas condições como soldada e envelhecida pós- solda. Já a trinca de liquação ocorre na ZTA, seguindo soldagem. uma trajetória ao longo de alguns contornos de grão par- O tratamento térmico pós-soldagem é especificado na, cialmente fundidos. maioria das vezes para aumentar as propriedades da ZTA, Na soldagem de uma liga de alumínio específica, a esco- no entanto isto pode levar o cordão de solda a sera parte . lha do metal de adição é fator preponderante para evitar integrante da junta mais fraca, especialmente quando os a ocorrência de trincas de solidificação e de liquação. reforços dos cordões são removidos. No caso das ligas Além disto, os aumentos de espessura e tamanho de grão da série 6XXX, isto pode ser solucionado substituindo a do metal, do aporte de energia fornecida pelo processo liga de adição 4043 pela 4643 e através do tratamento de soldagem, da diluição e do grau de restrição a movi- térmico pós-soldagem de solubilização e envelhecimen- mentos também favorecem a formação de trincas. to. Aliga de enchimento 4643 contém teores de Mg mai- . Quando o consumível possui temperatura de fusão simi- ores, o que propicia uma boa resposta do cordão de sol- | lar ou inferior à do metal base, a tendência à fissuração da ao tratamento térmico pós-soldagem acima referido. intergranular na ZTA é bastante reduzida. O consumível com esta característica minimiza as tensões impostas pela contração decorrentes da solidificação do metal de sol- da, até que as fases de baixo ponto de fusão existentes na ZTA se solidifiquem e desenvolvam resistência sufici- ente para suportar as tensões. A soldagem com consumível com maior teor de liga que o metal base é um recurso bem eficaz para se reduzir a tendência à trinca de solidificação. Por exemplo, a liga 6061 com teor nominal de 0,6% Si seria extremamente sensível à trinca se fosse soldada com um metal de en- chimento de classificação ER-606 1. Contudo, quando se emprega um metal 2.5 de adição com 5,0% Si, de classificação ER-4043, a soldagem é sobremaneira faci- litada (ver Figura 3.9). Isto é explicado pela menor tem- peratura de fusão que o metal de adição, apresenta em relação aos metais base para os quais é normalmente empregado. Por esta razão, o metal de solda elaborado com a liga ER-4043 não só apresenta maior plasticidade DISTÂNCIA A PARTIR DA LINHA DE FUSÃO (cm) em relação ao metal base, como também durante o seu resfriamento resiste ao alívio das tensões de contração que podem causar fissuras. FIGURA 3.8 Sob outras condições, um metal de adição na liga de alu- TT [>>> >>>>>>>>>—>——>— mínio-magnésio, tais como ER-5183, ER-5356 ou ER- 5556, proporciona boa resistência à solda e baixa ten- dência à fissura. O metal de adição ER-4043 não deve ser indicado para soldar as ligas com alto teor de magnésio, tais como 5083, 5086 ou 5456, porque há pos- sibilidade de formar grande quantidade de eutéticos de DUREZA [DPH - 500 G) 9 E Lo LE zo zs PERFIS DE DUREZA DA LIGA 6061-T4 E T6, NAS CONDIÇÕES COMO SOLDADA E ENVELHECIDA PÓS-SOLDAGEM VA CAPÍTULO 3 Metalurgia de Soldagem siliceto de magnésio no metal de solda, o que provoca um decréscimo acentuado da ductilidade, bem como au- menta a suscetibilidade à fissura. Composições de metal de solda reconhecidamente sen- síveis a fissuras devem ser evitadas. Por exemplo, não é recomendável a combinação magnésio e cobre num metal de solda em alumínio. Em razão disso, os metais de adi- ção da série 5XXX não devem ser empregados para sol- dar as ligas da série 2XXX. Reciprocamente, o metal de adição ER-2219 não pode ser utilizado na soldagem da série 5XXX. No caso dos metais de solda nas ligas Ai-Si e Ai-Mg, a sensibilidade à trinca de solidificação é maior quando o mesmo contém cerca de 0,5 a 2,0% de silício ou magnésio, respectivamente. A tendência à trinca di- minui quando a composição do metal de solda está abai- xo ou acima desta faixa. Por exemplo, se a liga 5052 (2,5% de Mg) for soldada com metal de adição ER-5554 (2,7% de Mg), a solda apresentará 'mais suscetibilidade à trinca do que se fosse soldada com o metal de enchi- mento ER-5356 (5,0% de Mg) (ver Figura 3.9). De modo inverso, se o metal de adição ER-4043 (5% de Si) for diluído a 80% com o metal base 1100, a composição do metal de solda cairá na faixa sensível à trinca (1,0% Si). Tal diluição pode ocorrer em uma junta soldada sem chanfro. As ligas de fabricação Alcan que não apresentam sensi- bilidade à trinca são: 1050, 1100, 1350, 3003, 3004,5086, 5082, 5182 e 5083. O mesmo não se verifica com as ligas 6063, 6101, 5052 e 7004, as quais possuem maior tendência à trinca de solidificação. Nos casos onde a fissuração ocorre, pode-se eliminá-la através do empre- go de um ou mais dos seguintes métodos: * Controlando a composição química da poça de solda através do uso de um consumível que venha a produzir um metal de solda com composição tal que não seja sus- cetível àtrinca de solidificação. * Utilizando juntas com abertura de ângulos e folgas ade- quadas para permitir que a deposição do metal de adi- ção seja suficiente de modo a produzir o efeito do item anterior * Sempre que for possível utilizar velocidades de soldagem maiores. Elas reduzem o tempo que o metal de solda permanece na faixa de fragilização, e dessa for- ma a tendência a fissuras é minimizada. Além disso, ve- locidades de soldagem elevadas reduzem a extensão da ZTA e, consequentemente, a contração ao longo da jun- ta, que por sua vez reduz as tensões transversais e a tendência a fissuras. * Aplicar uma força externa de modo a manter a solda em compressão enquanto ela estiver na faixa de fragilidade a quente. <A h CAPÍTULO 3 Il Metalurgia de Soldagem I [| ALCAN * FIGURA 3.9 EFEITO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO METAL DE SOLDA NA SENSIBILIDADE À TRINCA A QUENTE DAS LIGAS DE ALUMÍNIO V/A CAPÍTULO 4 Metal de Adição TABELA 4.1 COMPOSIÇÃO QUÍMICA NOMINAL DOS METAIS DE ADIÇÃO (AWS 5.10) EEE ES) CLASSIFICAÇÃO Outros Ele- Alumínio mentos (b) (c) AWS E Mg i | Cada Total (Mm.) ER-1100 (a) (a) | 0,05-020 0,05 z z z 0,10 z 0,05 | 0,15 99,0 ER-2319(d) 0,20 0,30 5,8 -6,8 | 0,20-0,40 0,02 - - 0,10 | 0,10-0,20 | 0,05 | 0,15 (e) ER-4043 4,5-60 | 0,80 0,30 0,05 0,05 z z 0,10 0,20 0,05 | 0,15 (e) ER-4047 11,0-13,0 | 0,80 0,30 0,15 0,10 - - 0,20 - 0,05 | 0,15 (e) ER4145 9,3-10,7 | 0,80 334,7 0,15 0,15 0,15 z 0,20 z 0,05 | 0,15 (e) ER-5183 0,40 0,40 0,10 0,5-1,0 | 43-52 | 0,05-0,25 - 0,25 0,15 0,05 | 0,15 (e) ER-5356 0,25 0,40 010 0,05-0,20 | 4,5-5,5 | 0,05-0,20 : 0,10 | 0,06-0,20 | 0,05 | 0,15 (e) ER-5554 0,25 0,40 0,10 0,50-1,0 | 24-30 | 0,05-0,20 - 0,25 | 0,05-0,20 | 0.05 | 0,15 (e) ER-5556 0,25 0,40 010 0,50-1,0 | 4,7-5,5 | 0,05-0,20 z 0,25 | 0,05-0,20 | 0,05 | 0,15 (e) ER-5654 (e) (e) 0,05 0,01 31-39 | 0,15-0,35 - 0,20 | 0,05-0,15 | 0,05 | 0,15 (c) R-2420() | 07 10 |35-45| 0,35 | 12-18 025 |17-23/035| 025 |005/0,15 (o) R-2950() |07-1,5 | 10 | 40-50 0,35 003 - - 0,35 | 0,25 | 0,05 |0,15 (0) R-3550 (1) | 45-55 | 0,6(9) | 10-15 | 0,50(9) | 040060] 0,25 E 0,35| 0,25 |0,05/0,15 (e) R-3560 () | 65-75 | 0,6 0,25 0,35 | 0,20-0,40 - - 0,35 | 0,25 | 0,05 |0,15 (c) NOTAS: 1 Quando não se menciona uma faixa, a porcentagem é máxima. 2 A análise deve ser feita para os elementos cujos valores específicos estão indicados nesta tabela. Se entretanto, a presença de outros elementos foi indicada no transcorrer da análise de rotina, deve ser feita uma análise adicional para verificar se o total desses outros elementos não excede os limites especificados na coluna “outros elementos”. O teor de Silício mais o de Ferro não deve exceder a 0,95%. O teor de Berílio não deve exceder a 0,0008%. O teor de Alumínio e a diferença entre 100% e o somatório dos demais elementos metálicos com teor superior a 0,010% expressa até a segunda casa decimal. O teor de Vanádio deve ser de 0,05% a 0,15%. O teor de Zircônio deve ser de 0,10% a 0,025%. O teor de Silício mais o de Ferro não deve exceder a 0,45%. Para reparo de peças fundidas. Quando o teor de Ferro exceder a 0,45%, o teor de Manganês não deve ser menor do que a metade do teor de Ferro. or» = ESCOLHA DO METAL DE ADIÇÃO * Os fatores que influenciam na escolha do metal de adi- ção são os seguintes: A escolha do metal de adição mais adequado para cada - - composição química do metal base; circunstância de soldagem pode ser simples ou comple- - geometria da junta; xa. Ela é simples quando as estruturas são fabricadas a - diluição; partir de ligas usuais, as práticas empregadas na fabri- - resistência mecânica e ductilidade do metal de solda; cação são comuns, e também quando as condições de -tendência ao fissuramento a quente; serviço às quais ficam expostas são normais. Entretanto, - resistência à corrosão em serviço; ligas de base especiais, procedimentos de fabricação ou | - comportamento da solda em temperaturas elevadas; condições de serviço específicos podem necessitar de - fluidez do metal de solda; metais de adição em que a escolha é mais complexa. - alimentação do eletrodo no processo MIG; VA Metal de Adição - diferença de tonalidade entre o metal de solda e o me- tal base após a anodização. A Tabela 4.4 (no final do capítulo) informa quais os me- tais de adição corretos utilizados para unir várias combi- nações de metais base, levando-se em consideração a maioria dos fatores acima. Todavia, se houver necessi- dade de se soldar combinações de metais base não listados na Tabela 4.4, ela deve ser avaliada pela adequabilidade às finalidades previstas. As combinações de ligas listadas são apropriadas para a maioria dos am- bientes; algumas preferíveis em relação às outras, con- forme os itens empregados na avaliação; na falta de in- formações específicas, colocamos o Departamento Téc- nico da Alcan Alumínio do Brasil à disposição dos usuári- os de solda em alumínio para a formulação de consultas. A seguir são dados pequenos resumos sobre os grupos de metal de adição e suas aplicações, visto que pode ser útil ao usuário ter algum conhecimento de como as reco- mendações foram determinadas e das consequências possíveis no caso de se escolher um metal de adição errado. Ligas 5356, 5183 e 5556 As ligas acima foram desenvolvidas, inicialmente, para soldar as ligas de base da série 5XXX. A primeira delas (5356) é a mais usual de todas as ligas de adição em alumínio, devido a sua compatibilidade com a maioria dos metais de base, por apresentar boa resistência mecâni- ca e possuir boa alimentabilidade quando empregada na forma de eletrodos no processo MIG. A liga 5183 é uma opção para a 5356 com resistência mecânica ligeiramente maior. Já a 5556 é a segunda alternativa com a resistên- cia mecânica também maior do que a 5356. As três ligas de adição citadas contêm alto teor de magnésio (5,0%) e são indicadas todas as vezes que se deseja soldar ligas da série 5XXX entre si ou formando juntas dissimilares com as ligas tratáveis termicamente das séries 6XXX e 7XXX. Entretanto, estas ligas apresentam uma limitação importante que é a sua inadequabilidade em aplicações sob tensão, para períodos prolongados e temperaturas de serviço acima de 650C (por exemplo, em vasos de pressão, sistemas de tubulação, ou navios petroleiros transportando cargas aquecidas ou sujeitas à limpeza com vapor). Isto é explicado pela formação do composto A18Mg5 nos contornos dos grãos, tornando as ligas com teor de Mg ao redor 5,0% propensas à corrosão sob ten- são em determinadas condições metalúrgicas e ambientais. CAPÍTULO 4 Liga 5554 Aliga de base 5454 foi especialmente desenvolvida para aplicações em alta temperatura, sem ser sensível à cor- rosão sob tensão. Em tal caso, o metal base 5454 deve ser soldado com o metal de adição 5554, igualmente desenvolvido para este fim. As ligas 5454 e 5554 contêm menos do que 3% Mg, o que as torna adequadas para serviços em alta temperatura. A liga 5554 também é indicada para soldar juntas dissimilares entre o metal base 5454 com ligas da série 6XXX. Devido possuir a melhor combinação de temperatura “solidus” e menor sensibilidade à trinca quando reaquecida, a liga 5554 é a preferida quando se utilizam pontos de solda para fixar componentes fabricados a partir de ligas da série 6XXX e que posteriormente vão ser brasados. Liga 5654 Uma aplicação típica em alumínio soldado são os tan- ques para armazenamento e transporte de peróxido de hidrogênio (água oxigenada). Entretanto, como o peróxido de hidrogênio é muito reativo, os vasos soldados para contê-lo requerem ligas especiais, frequentemente com elevada pureza, a fim de ser obtida uma boa resistência à corrosão, ou para evitar a contaminação do produto contido. O metal de adição 5654 é feito partir de liga de elevada pureza com baixo teor de Cu e Mn (elementos considerados impurezas), de modo que as soldas tam- bém apresentam o mesmo comportamento que o metal base na presença de peróxido de hidrogênio. O teor de Mg da liga 5654 excede a 3,0%, o que conseqientemen- te impede o seu uso em aplicações cujas temperaturas de serviço sejam elevadas. Ligas 4043,4643,4047 e 4145 A primeira destas ligas (4043) foi desenvolvida para a soldagem das ligas de base tratáveis termicamente, prin- cipalmente as da série 6XXX. Ela possui ponto de fusão menor e fluidez melhor se comparada com as ligas de adição da série 5XXX, sendo a predileta da maioria dos soldadores, porque ela “molha e flui melhor” e é menos sensível ao fissuramento da solda com metais de base da série 6XXX. Também proporciona um acabamento de solda superficial mais brilhante, isto é, com menos fuli- gem, o que contribui ainda mais para o fato de ser a pre- ferida dos soldadores. No entanto, estas ligas de adição não são adequadas <A Metal de Adição para soldar ligas de Mg, principalmente aquelas com alto teor, tais como 5083, 5086, 5456, 5182 ou 5082, devido à quantidade excessiva de siliceto de magnésio (Mg,Si) que provavelmente pode se formar na estrutura da sol- da, provocando um decréscimo de ductilidade e aumen- to de suscetibilidade à trinca. A liga 4643, que contém uma pequena quantidade de magnésio, é indicada para soldar metal base da série 6XXX com espessuras maiores do que 9,5 mm, e que após a operação de soldagem serão submetidas a trata- mento térmico de solubilização. A composição química do cordão de solda (mistura de metal de adição / metal base), possuindo uma quantidade adicional de magnésio, propicia uma resposta melhor ao tratamento térmico de solubilização sem depender tanto da diluição para con- seguir a composição química desejada quanto uma sol- da feita com metal de adição 4043. As ligas 4047 e 4145 foram desenvolvidas como metal de adição para brasagem, para tirar vantagem dos seus pontos de fusão muito baixos e elevada fluidez. Porém, também são usa- das como metais de adição de soldagem. Por exemplo, a liga 4145 de vez em quando é empregada para soldar ligas Al-Cu (série 2XXX), tanto fundidas como trabalháveis, embora a sua resistência seja inferior a do metal de adição 2319. A liga 4047 é usada como substi- tuta da 4043, para aumentar o teor de Si no metal de solda e com isso minimizar o fissuramento a quente e produzir filetes de solda com resistência ao cisalhamento ligeiramente maior. Todas as ligas de adição da série 4XXX são adequadas para suportar temperaturas de serviço elevadas, isto é, acima de 65ºC. Liga 2319 Esta liga de adição é semelhante à liga base da série 2XXX, 2219. Ela é tratável termicamente e utilizada para soldar as ligas 2014, 2036, 2219 e ligas fundidas de Al- Cu, obtendo resistência mecânica e ductilidade maiores do que as ligas de adição da série 4XXX quando as jun- tas soldadas são submetidas a tratamento térmico após a operação de soldagem. Liga 1100 e 1188 Inúmeras aplicações em alumínio, no campo da indústria química e de eletricidade, frequentemente utilizam metal base não-ligado ou com pequenas quantidades de ele- mento de liga, e a soldagem das mesmas também, na maioria das vezes, requer metais de adição com compo- sições químicas similares às do metal base. A liga 1100 se aplica na maioria dos casos, embora contenha uma pequena quantidade de cobre. A liga 1188 não contém CAPÍTULO 4 cobre e, ainda, possui limites mais estreitos para todas as impurezas, de modo que em aplicações onde se de- seja elevada resistência à corrosão passa a ser mais indicada. Casos Especiais Embora a 4043 seja a liga de adição normalmente indicada para a soldagem das ligas de base da série 6XXX, em aplicações de arquitetura, (por exemplo, per- fis para esquadrias) onde as peças são anodizadas após a soldagem, as soldas ficam com uma cor cinza muito escura depois da anodização, sendo muito perceptível. Isto é normalmente inaceitável, e tendo em vista esse tipo de aplicação, a solução é encontrar um metal de adição alternativo que elimine ou, pelo menos, atenue este problema. Qualquer metal de adição da série 5XXX é melhor do que o 4043 nestes casos, todavia uma se- melhança de tonalidade entre a solda e o metal base pode, em alguns casos, nunca ser perfeita, porque, sen- do a solda um metal fundido, sempre apresentará um tom cinza diferente do metal base trabalhado. Na soldagem de sistemas condutores de energia elétri- ca, a escolha do metal de adição não é, frequentemente, tão simples como possa parecer. Estruturas condutoras de eletricidade, fabricadas a partir de uma liga da série IXXX, naturalmente nos levam a pensar que o metal de adição 1100 é o indicado, mas, devido à sua dificuldade de alimentação e a tendência do mesmo para ocasionar falta de fusão e outros defeitos de solda, alguns fabrican- tes destas estruturas preferem optar pelo uso do 4043 ou, até mesmo, por um metal de adição da série 5XXX. Ainda que esta opção contribua para o aumento da resistividade elétrica do metal de solda, seu efeito sobre o sistema condutor total pode ser aceitável. Uma vez que os eletrodos da série 4XXX possuam um limite de escoamento menor do que os da série 5XXX, a alimentação dos mesmos através do conduíte flexível da pistola MIG é mais difícil. Ocasionalmente, isto é sufici- ente para justificar a opção pelo último. COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO METAL BASE A composição química do metal base, bem como, a geo- metria da junta determinam se o metal de adição é ade- quado para a soldagem. Alumínio não-ligado e ligas de alumínio com intervalos de solidificação estreitos geral- mente podem ser soldados com ou sem metal de adição sem apresentarem maiores problemas. Por outro lado, ligas com intervalos de solidificação largos, usualmente, apresentam maior tendência ao fissuramento, necessi- tando de maiores cuidados na escolha do metal de adi- ção. <A CAPÍTULO 4 Metal de Adição TABELA 4.4 GUIA PARA ESCOLHA DO METAL DE ADIÇÃO PARA SOLDAGEM EM GERAL 319.0,333,0 ARO 7005,7039 os PRI SR US Ea] PRP CDU SUR TD 6201,6151 E 6351,6951 1060,1070 . . . . . . . po 4145Gi 4043if 4043 ei 40431 4043i 4043i 5356 c 4043i 1100,3003 Alciad3003 | 4145ci 4043if 4043 e 40431 40431 40431 5356 c 4043 e 2014,2036 41459 4145 4145 4145 - - - - 2219,2519 4145 gci 4145 ci 40431 40431 4043 fi 4043 fi 4043 40431 Ala a004 4043i 4043 5654b 5356 e 40436 4043b 5356 e 5654 b 5005,5050 40431 40431 5654 b 5356 e 40436 4043b 5356 e 5654 b 5052,5652a 4043 4043 bi 5654b 5356eh | 5356bc 5356 bc 5356b 5654b 5083 - 5356 ce, 5356 e 5183 eh 5356 e 5356 e 51836 5356 e 5086 - 5356 ce 5356 e 5356 e,h 5356 e 5356 e 5356 e 5356 b 5154,5254a - 4043 bi 5654 b 5356bh | 5356bc 5356 b,c 5356 b 5654 b 5454 4043i 4043 bi 5654b 5356bh | 5356bc 5356 bc 5356 b 5554 c,e 5456 - 4043 bi 5356 e 5556 eh 5356 e 5356 e 5556 e - 6061,6063 a 4145Gi 5356 ce 5356bc | 5356bchi | 4043bj 4043 bi - - 6201,6151 6951 6070 4145 ci 4043 e, 5356ce | 5356cehi | 40436 - - - 7005,7039 710.0,711.0 4043 4043 bihji 5356 bh 5356 e - - - - 7120 511.0,512.0 . To - 4043 bi 5654 bd - - - - - 356.0,A356.0) A357.0,359.0 4130 4145Gi 4043 di - - - - - - A4440,443.0 319.0,333,0 354.0,3550 | 4145 dci - - - - - - - C355.0,380.0] Notas +1.Os metais de adição são classificados conforme especificação AWSAS.10. + 2. A escolha dos metais de adição pode ser limitada pelas condições de serviço, tais como: imersão em água doce ou salgada; exposição em determinados meios químicos ou manutenção em temperaturas acima de 65ºC. Os metais de adição 5356, 5183, 5556 não são recomendados para serviços contínuos em temperaturas elevadas. + 3. Os metais de adição contidos nesta tabela aplicam-se aos processos de soldagem a arco com proteção gasosa. Para a soldagem a gás oxicombustível são normalmente usados os metais de adição 1100, 40434047 e 4145. + 4. Na soldagem a arco com proteção gasosa das ligas de alumínio distintas é importante que o metal de adição seja compatível com os materiais. + 5. A falta de indicação de metal de adição significa que a combinação dos metais não é recomendada para soldagem. + a. Os metais base de ligas 5254 e 5652, são usados em serviços com peróxido de hidrogênio. O metal de adição 5654 é usado para a soldagem de ambas a ligas para serviems de temperaturas baixas, iguais e inferiores a 65ºC. V/A CAPÍTULO 4 Metal de Adição TABELA 4.4 (Continuação) GUIA PARA ESCOLHA DO METAL DE ADIÇÃO PARA SOLDAGEM EM GERAL 5154 PuIEa Metal Base 5254a PK 1060,1070 1080,1350 1100,3003 Alclad 3003 2014,2036 - - - - 41459 | 41459 - E 2219,2519 | 40431 4043 4043 4043i 4043 4043 | 2319cfi | - - - 3004 Alclad 3004 5005,5050 | 5654b | 5356e | 5356e | 40436i | 4043de - - - - - 5052,5652a | 5654b | 5358e | 53566 | 5654ab,o - E E E - - 5083 5356e | 5356e | 5183€ - - - - - - - 5086 s356b | 53566 - - - E E E - - 5154,5254a | 5654 ab - - - - - - - - - 5454 - E E E E E E - - - 5456 - - - - - - - - - - 6061,6063 6351,6101 6201,6151 6951 so7o - - - - - - - - - - 7005,7039 710.0,7110 E E E E , , - - - - 7120 511.0,5120 513.0,514.0 356.0,A356.0) A357.0,359.0) 4130 A4440,443.0 319.0,333,0 354.0,355.0 - - - - - - - - - - C355.0,380.0) 4043 ej 5356c | 5356c 4043i 1100 c 4043 4145 4145 | 1100c | 1188] 4043 ei 5356 c 5356 c 4043 e, 4043 e 40436 4145 4145 | 1100c - 5654 b 5356 e 5356 e 4043 ej 4043 e 4043 e a a a a + b. Os metais de adição 5183, 5356, 5554, 5556, 5654 podem ser usados. Em alguns casos estes metais de adição proporcionam: (1) Melhor semelhança de tonalidade após o tratamento de anodisação; (2) Maior resistência da solda; (3) Maior ductilidade da solda. O metal de adição 5554 é adequado para serviços em temperaturas elevadas +. O metal de adição 4043 pode ser usado em algumas especificacões. + d. Em alguns casos é usado metal de adição com a mesma composição química do metal base. + e. Os metais de adição 5183, 5356 ou 5556 podem ser usados. + .O metal de adição 4145 pode ser usado em algumas aplicações. O metal de adição 2319 pode ser usado em algumas aplicações. + h. O metal de adição 5039 pode ser usado em algumas aplicações. +. O metal de adição 4047 pode ser usado em algumas aplicações. +j. O metal de adição 1100 pode ser usado em algumas aplicações. V/A CAPÍTULO 5 Preparação do Metal à Soldar Remoção da película de Óxido de Alumínio AS A Preparação do Metal a Soldar Corte por Serra As senas se constituem em ferramentas versáteis e efi- cazes para cortar e chanfrar o alumínio. Elas podem ser de diversos modelos, tais como serras de fita, serras circulares e serras tico-tico. A qualidade do corte em alumínio depende de três fatores principais: * velocidade da lâmina; * formato do dente; * espaçamento entre os dentes. É importante que as velocidades da lâmina sejam eleva- das para se conseguir fazer cortes rápidos e precisos e com bom acabamento, isto é, sem precisar remover as rebarbas após o corte. As serras de fita (ver Figura. 5.2) devem ser semelhan- tes às dos tipos empregados no trabalho em madeira, projetadas para apresentar certa robustez e capazes de operarem em altas velocidades. Para que a sena de fita possa ser efetivamente utilizada na preparação das bor- das é preciso que a sua mesa seja inclinável. O tipo de lâmina indicada para cortar as várias ligas, têmperas e espessuras de alumínio deve respeitar as especificações do fabricante. Normalmente, as lâminas das serras de fita possuem dentes com travamento alternado e o espaçamento entre eles deve ser maior do que é comum para cortar a maioria dos outros metais, ou seja, de 6 a 12 mm (dois a quatro dentes por polegada). Já a veloci- dade de corte deve ser de no mínimo 30 mis sob carga total, e as guias da lâmina devem ser mantidas em boas condições de uso e perfeitamente ajustadas. A velocida- de de avanço deve ser suficientemente alta para manter o corte da sena, uma vez que isto reduz a quantidade de calor gerado e aumenta a vida da lâmina. Como lubrifi- cante é comum o uso de ceras desenvolvidas especial- mente para essa finalidade. E, quando é preciso lubrifi- car e refrigerar, usa-se uma solução de óleo solúvel. Apesar da serra de fita ser uma ferramenta útil na prepa- ração de chanfros, o acabamento da superfície do corte não é tão bom como o de uma peça usinada. Nessas circunstâncias, as superfícies com um certo nível de rugosidade podem comprometer a qualidade da soldagem, devido à sua maior propensão em reter contaminantes, tais como oleosidade e sujeira em geral, e porque são mais difíceis de limpar. As serras circulares (ver Figura. 5.3) adequadas ao tra- balho em alumínio operam com velocidades elevadas, e, CAPÍTULO 5 como as senas de fita, são semelhantes às usadas em madeira. Elas são disponíveis no mercado na versão portátil ou acopladas a uma mesa, podendo ser elétricas ou pneumáticas. Com relação à velocidade superficial, recomenda-se que seja da ordem de 40 mis para as senas que usam lâminas de aço rápido e de 60 mis para as que empregam lâminas com pastilhas de carboneto de tungstênio. Para facilitar o corte e aumentar a vida da lâmina aconselha-se o uso de um lubrificante (cera ou óleo solúvel). Nos cortes contínuos, principalmente em secções espessas, o refrigerante aplicado abundante- mente permite que o corte seja mais rápido e também aumenta a vida útil da lâmina. Onde houver necessida- de, pode ser utilizado óleo mineral, gordura animal, etc., todavia, em seguida deve-se desengordurar a peça. As serras tico-tico, elétricas e portáteis, são recomenda- das para fazer furos e outros trabalhos em alumínio quan- do não há disponibilidade de senas de fita ou o seu uso for impraticável. OUTROS MÉTODOS MECÂNICOS Além dos métodos de preparação das bordas descritos até aqui, há outros que também são de enorme valia. Eles normalmente usam ferramentas de carpinteiro, como: a plaina manual portátil (ver Figura. 5.3), que pode ser empregada para chanfrar ou para aplainar juntas de bordas paralelas, principalmente quando a peça a usinar é muito grande para ser manuseada em uma máquina operatriz fixa a uma mesa. As tupias de alta velocidade (ver Figura. 5.4) e as fresadoras de borda, equipadas com ferramentas de corte moldadas de tal forma a dar o con- torno da borda desejada (chanfros “J, “U”, “V” e outros), produzem excelentes resultados em alumínio e o uso delas é bastante difundido. As tupias desenvolvem duas funções em uma única operação: primeiro preparam e moldam o perfil das bordas e posteriormente estabele- cema parede das juntas; todavia é essencial que as cha- pas estejam presas na posição correta antes de se inici- ar as operações citadas. As tupias devem possuir potên- cia suficiente de modo que seu eixo motor opere a velo- cidades superiores a 25.000 rpm. As fresas devem ser afiadas constantemente, e, toda vez que o aquecimento da ferramenta consistir num problema, deve se utilizar uma solução de óleo solúvel para agir como lubrificante e refrigerante. Para regular o corte e, particularmente, a profundidade, usam-se limitadores e guias projetados adequadamente para essa finalidade. <AS CAPÍTULO 5 Preparação do Metal a Soldar FIGURA 5.2 da ai dd id éd di! ds A AR PREPARAÇÃO DA BORDA DE UMA CHAPA DE ALUMÍNIO DE 12,0 mm COM UMA SERRA FIGURA 5.3 FERRAMENTAS TÍPICAS PARA TRABALHAR COM MADEIRA ADAPTADA PARA A PREPARAÇÃO DA BORDA DE UMA CHAPA DE ALUMÍNIO FIGURA 5.4 TUPIA UTILIZADA PARA TRABALHAR COM MADEIRA ADAPTADA PARA PREPARAÇÃO DA BORDA DE UMA CHAPA DE ALUMÍNIO Preparação do Metal a Soldar ESMERILHAMENTO A operação de esmerilhamento do alumínio apresenta melhores resultados quando se utilizam discos semiflexíveis reforçados com uma tela de fibra de vidro, que operam em alta velocidade. O esmerilhamento é pró- prio para chanfrar e, também, é util para goivar quando outros meios não são praticáveis. Ele pode produzir uma superfície acabada sem precisar de nenhuma outra pre- paração antes da soldagem, a não ser a limpeza caso se permita que a superfície venha a ser contaminada. O esmerilhamento é um método excelente para remover o reforço do cordão de solda, com a vantagem adicional, em relação aos métodos mecânicos, de que a superfície da solda pode ficar paralela com a superfície adjacente do metal base. Os discos para esmerilhamento de alumínio são disponí- veis no mercado e normalmente usam-se os de 180 mm (7 in) de diâmetro, que conseguem atingir cerca de no máximo 8.600 rpm em regime. Quando operam nesta velocidade apresentam eficiência máxima. Eles removem o metal rapidamente e não perdem rendimento mesmo quando utilizados a seco ou em ligas mais moles. Entre- tanto, várias esmerilhadeiras manuais, frequentemente empregadas no trabalho com aço, não conseguem atin- gir a velocidade de rotação especificada e, por essa ra- zão, não devem ser usadas. Por exemplo, as esmerilhadeiras pneumáticas, para ser- viços leves, normalmente não possuem torque suficiente para manter a velocidade requerida em operação, logo não se comportam bem em alumínio. Assim sendo, reco- menda-se que, na especificação de uma esmerilhadeira, é importante não esquecer que ela deve ter velocidade e potência suficientes para realizar o serviço com eficiên- cia. GOIVAGEM A operação de goivagem de uma junta pode ser feita com os processos a arco, tais como o arco plasma e o arco de grafite em presença de ar, e também por esmerilhamento; todavia, os processos com ferramentas mecânicas são mais usuais. No caso da goivagem ser retilínea, a sua execução é presumivelmente melhor quando se utiliza uma máquina com uma fresa rotativa, projetada especi- almente para esta finalidade. Este equipamento também serve para remover o reforço do cordão de solda. Uma opção para o equipamento acima, e que funciona plenamente, é adaptar uma serra circular (normalmente uma serra de 4 in) para a goivagem de alumínio. Isto é CAPÍTULO 5 feito substituindo a lâmina da serra por uma fresa retificada no perfil requerido. Recomenda-se, para a goivagem em alumínio, fresas com insertos de metal duro. Este item não estaria completo sem que nos referisse- mos à rebarbação pneumática, embora esta técnica não seja bem aceita na maioria das fábricas devido ao seu excessivo nível de ruído produzido e também por ser muito lenta. Contudo, há ocasiões em que a única ma- neira eficiente de se goivar só é possível com o seu uso - por exemplo, cantos sem saída e outras localizações de difícil acesso. Então, caso ele tenha que ser utilizado, é desejável que o mesmo seja eficaz para que o serviço possa ser executado o mais breve possível. Dois fatores principais determinam a sua funcionalidade. O primeiro é a escolha do martelete, que deve possuir potência suficiente para propiciar ao cinzel impactos fir- mes de modo que o mesmo avance a cada golpe, e ain- da não deve ser muito pesado, para que o operador pos- sa manipulá-lo com facilidade. O outro fator é a forma correta do cinzel, que é muito diferente daquela empre- gada para o aço. Ele deve ter a ponta redonda, em vez de sextavada como é comum para os aços; e os ângulos de ataque e afastamento devem ser maiores. A Figura 5.5 ilustra a forma correta do cinzel para a goivagem em alumínio. CORTE, BISELAGEM E GOIVAGEM A ARCO PLASMA O processo a arco plasma é um método de corte e goivagem de alumínio altamente produtivo e que vem sendo bastante difundido. As suas principais caracteris- ticas são as altas velocidades de corte e o bom acaba- mento das superfícies cortadas, que na maioria das ve- zes podem ser soldadas sem que haja qualquer prepara- ção prévia, desde que não se permita que as mesmas venham a ser contaminadas depois do corte. Tendo em vista a alta produtividade que o processo de corte a plas- ma pode propiciar para uma ampla gama de espessuras (desde a espessura de uma folha até uma lâmina de seis polegadas), e o elevado custo do equipamento, princi- palmente para cortar material de grande espessura, a sua aquisição só se justifica quando há grandes volumes de corte. O corte plasma é realizado com equipamento especial- mente desenvolvido para esta finalidade. O arco é obtido a partir de um eletrodo de tungstênio, e, para obtenção deste, utiliza-se uma fonte de corrente contínua, sendo o eletrodo o pólo negativo do referido arco. Para facilitar a abertura do arco de corte, um arco piloto com corrente <AS CAPÍTULO 5 Preparação do Metal a Soldar TABELA 5.2 PROCEDIMENTOS TÍPICOS DE CORTE A ARCO PLASMA PARA O ALUMÍNIO CORTE MANUAL [SUNS [e FLUXO [Da FLUXO CORRENTE VOLTAGEM VELOCIDADE DOMETAL PLASMA DEGÁS PROTEÇÃO DE GÁS (lda) (volts) DE CORTE (lo) [RX [RX (mm/seg) 10 Ar 95 z z z z 8o 16 Ar 95 - - - - 105 32 Ar 95 z z z z 50 64 Ar 95 - - - - 17 64 N 33 co, 99 : - 32 64 Arg+H,(a) 24 - - 200 50 25 95 N, 33 co, 99 200 - 25 12,7 Arg+H,(a) 28 - - 280 55 17 25,4 Arg+H,(a) 33 E E 330 70 85 50,8 Arg+H,(a) 47 - - 400 as 85 84 Arg+H,(b) 57 - - 300 140 127 64 N, 33 co, 99 120 - 30 95 N, 33 co, 99 120 - 15 12,7 N, 33 co, 99 120 - 8 127 O) 33 co, 99 300 - 53 12,7 Arg+H, 57 - - 300 140 85 254 N(b) 33 co, 99 400 - 30 254 Arg+H, 57 - - 375 160 38 50,8 N(b) 33 co, 99 400 - 13 50,8 Arg+H,(b) 57 - - 375 165 85 7862 Arg+H,(b) a E - 425 170 2 76,2 Arg+H,(b) 47 N, 99 400 - 85 762 Arg+H,(b) 47 N, 99 700 E " 101,6 | Arg+H,(b) 94 - - 450 180 125 127 Arg+H, (b) o - - 475 200 42 (a) A mistura para corte manual é 80% Argônio mais 20% Hidrogênio. (b) A mistura para corte mecanizado é 65% Argônio mais 35% Hidrogênio. NOTAS: - Cada fabricante de equipamento fomece condições de operações específicas mais adequadas para suas máquinas. - As velocidades de corte são aproximadas. Velocidades maiores são possíveis, porém afetam a qualidade do corte. V/A Preparação do Metal a Soldar Para se evitar a ocorrência de defeitos na solda, princi- palmente porosidade, tais fatores como resíduos de óleo, graxa, pintura e umidade na peça a ser soldada devem ser removidos antes da operação de soldagem. Na reali- dade, o que se passa é que os resíduos de lubrificantes, refrigerantes e outros compostos a base de hidrocarbonetos que ficam retidos nas bordas e nas adjacências da junta, por ocasião da operação da con- fecção das bordas, são decompostos pelo calor do arco elétrico, liberando hidrogênio atômico na vizinhança da poça de solda, que é a causa da porosidade. Como mos- traa Figura. 5.7, o hidrogênio é altamente solúvel no metal líquido, no entanto no alumínio em estado sólido é prati- camente insolúvel. Visto que o metal resfria atrás do arco, qualquer quantidade de hidrogênio que se encontre em solução procura escapar, mas, devido às altas taxas de solidificação comuns na soldagem do alumínio, parte do gás pode ficar aprisionado — ocasionar níveis inaceitá- veis de porosidade. Desta forma, devemos sempre estar conscientes da importância em garantir que o metal para a soldagem deva estar limpo e seco. A limpeza deve abranger não só as bordas como tam- bém uma faixa razoável da superfície imediatamente ad- jacente à junta. É bom lembrar que os fluxos de soldagem e de brasagem, quando utilizados, são destinados para remover o filme de óxido e não graxa, óleo, sujeira ou partículas livres de impurezas ou de metal. A limpeza, quando necessária, deve ser realizada tanto quanto possível de maneira econômica, eficaz e segura. A seguir apresentamos as técnicas e materiais mais usu- ais, aprovados como sendo adequados para a fabrica- ção em alumínio. SOLVENTES Conforme referido no item anterior, toda vez que o metal for exposto a agentes contaminantes, estes devem ser removidos antes que qualquer outra operação se proce- da. Em particular, o escovamento nunca deve ser feito sobre uma superfície oleosa ou gordurosa, porque ele tende a besuntar a gordura na superfície e, além do mais, a escova fica completamente contaminada e logo passa a não ser mais eficiente para a finalidade pretendida. Por isso, a regra fundamental é desengraxar primeiro e em seguida escovar. Naturalmente, todo empenho deve ser feito no sentido de manter a escova sempre limpa, se o desejo for obter soldas isentas de porosidade. Os procedimentos químicos recomendados para remo- ver óleo, graxa e partículas de impurezas constituem-se de imersão, nebulização ou limpeza com produtos quií- micos comerciais, formulados adequadamente para esta finalidade. Um exemplo de remoção de agentes contaminantes é por meio da imersão dos componentes CAPÍTULO 5 = PONTO DE EBULIÇÃO E sol E PONTO DE g FUSÃO E” 2 e g o FOLUBIL DO LIQUIDO NO 5 E PONTO DE FUSÃO E SOLUBILIDADE DO SQUIDO a an NO PONTO DE FUSÃO a s60 2500 TEMPERATURA "E TABELA 5.2 SOLUBILIDADE DO HIDROGÊNIO NO ALUMÍNIO em solução de soda cáustica aquecida. No entanto, este procedimento de limpeza total não se presta à maioria das aplicações de estruturas soldadas, principalmente devido às dimensões e/ou peso das mesmas, além do seu custo elevado (ver abaixo descrição completa do método por ataque químico). Por isso, usualmente trata- se apenas de áreas da junta em vez de todo o compo- nente ou estrutura. Assim sendo, um método bastante simples e eficiente é usar um pano que foi embebido num solvente desengraxante, por exemplo, álcool ou aceto- na, e passar nas bordas e nas áreas adjacentes da junta a ser soldada. * Limpeza Química: 1) imersão em solução de 5% de soda cáustica a + 70ºC por 10-60 segundos; 2) lavar em água fria; 3) imersão em solução de ácido nítrico concentrado em temperatura ambiente por 30 segundos; 4) lavar em água fria; 5) lavar em água quente; 6) secar. VA CAPÍTULO 5 Preparação do Metal a Soldar Observações: * o método descrito acima dispensa o escovamento me- cânico da junta a ser soldada; * o método químico de desengraxe, embora seja eficaz, só é utilizado quando o seu custo elevado pode ser justi- ficado. Limpeza com Solvente: 1) limpar com um pano embebido com solvente (álcool ou acetona); 2) secar; 3) escovamento mecânico com escova de aço inoxidá- vel; 4) soldagem. Os solventes formulados para limpar são normalmente usados para remover óleo e graxa. Todavia, esses mes- mos solventes contêm hidrocarbonetos e/ou água, de modo que eles próprios precisam ser removidos antes da soldagem. Por esse motivo é que a maioria dos solventes a base de hidrocarbonetos são altamente vo- láteis e evaporam rapidamente, com exceção daqueles a base de água que precisam ser totalmente secos ime- diatamente com um pano ou com ar quente. Outro ponto importante que deve ser observado é que, uma vez mon- tada ajunta, fica virtualmente impossível remover qual- quer resíduo de solvente que fique aprisionado, e por essa razão, a limpeza das áreas da junta deve sempre prece- der a sua montagem. Há vários solventes disponíveis no mercado; no entanto, deve-se tomar cuidado na sua escolha e também no seu uso. Um solvente à base de hidrocarboneto adequado para a limpeza pré-solda precisa ter as seguintes carac- terísticas: dissolver com facilidade óleo e graxa, evapo- rar rapidamente, não deixar resíduos e, além disso, ser seguro para uso na seção de soldagem da fábrica, o que significa que ele não deve ser inflamável e não exceder os limites de toxicidade tanto durante a sua aplicação como no decorrer da soldagem. Exemplos típicos são os solventes cloretados (tricoroetileno e tetracloreto de car- bono), que, quando expostos ao calor e radiação do arco de soldagem, se decompõem, gerando gases muito tóxi- cos. Recomenda-se que, durante o uso de um solvente, a área seja sempre muito bem ventilada e sejam segui- das cuidadosamente as instruções do fabricante. <AS Operações Adicionais INTRODUÇÃO Neste capítulo abordaremos operações importantes que ocorrem antes, durante e após a soldagem de uma junta. Da mesma maneira que a preparação do metal base, estas operações aqui classificadas como adicionais, tam- bém influenciam os resultados finais. E sendo assim, a boa prática recomenda que as instruções contidas em cada uma delas sejam obedecidas. REMOÇÃO DA UMIDADE Traços de umidade, ainda que diminutos, podem gerar porosidade bastante crítica na solda. Quando o metal é transportado do local de armazenagem para o interior da área de fabricação, normalmente encontra-se mais frio do que o ar ambiente da fábrica e, consequentemente, “transpirará” ate que atinja a temperatura ambiente. Por- tanto, sempre que possível deve-se planejar a ida do material para a área de fabricação com antecedência, de modo que ele possa atingir a temperatura ambiente an- tes de iniciar-se a soldagem. Entretanto, quando isto não é praticável, a existência de umidade condensada sobre o metal pode ser eliminada pelo seu aquecimento. A temperatura de aquecimento deve ser maior que o ponto de orvalho, mas não tão elevada para afetar as proprie- dades mecânicas da liga. Uma temperatura em tomo de 650C é usualmente adequada e segura para todas as ligas. Cabe lembrar que a água, a qual é um produto de combustão numa chama oxicombustível, pode condensar sobre a superfície do metal e toda umidade só será elimi- nada quando o mesmo estiver suficientemente aqueci- do. PRÉ-AQUECIMENTO Há outras aplicações na soldagem para o pré-aquecimen- to, além daquela de aquecer o metal para remover a umidade da sua superfície, como comentado acima. O pré-aquecimento minimiza as tensões durante a solidificação do metal pela redução do gradiente térmico, através da zona de solda. Logo, em alguns casos, ele pode ser aplicado para reduzir o fissuramento em peças fundidas quando elas são reparadas por soldagem, ou para balancear o calor na soldagem de componentes de espessuras muito diferentes para melhor controle da pe- netração. Todavia, é importante ter conhecimento da per- da de propriedades do alumínio, caso ele seja aquecido excessivamente. Durante a fabricação, as ligas estruturais de alumínio obtêm um ganho extra nas suas resistência mecânica e resistência à corrosão por meio de tratamento térmico ou por deformação plástica a frio (encruamento). O projetis- CAPÍTULO 6 ta de estruturas tira vantagens deste ganho de proprie- dades e leva em consideração o efeito do calor da soldagem sobre elas. Todavia, se o pré-aquecimento é aplicado de maneira imprevista por um tempo relativa- mente longo, as propriedades e as características metalúrgicas das ligas, quase sempre, sofrem alguma perda. Deste modo, o pré-aquecimento apenas deve ser aplicado ao alumínio quando for inevitável, e, se o for, a temperatura e o tempo devem ser sempre rigorosamen- te controlados. Devido ao fato de o alumínio não mudar de cor quando é aquecido, a temperatura de pré-aquecimento precisa ser monitorada por meio de indicadores de temperatura, como, por exemplo, pirômetro de contato ou lápis térmi- co. Aaplicação do calor deve ser tão breve quanto possi- vel e distribuída para que nenhum local da peça fique com temperatura maior em relação a outro. No caso das ligas da série 5XXX com teor de magnésio maior que 3,0% (tais como 5083, 5086, 5452 e outras), a temperatura não deve exceder a 121ºC e, em determina- das situações, o pré-aquecimento não deve ser aplicado por mais de 30 minutos. A falta de observação dessa especificação pode tornar o metal sensível ao fissuramento atribuível à corrosão sob tensão. Às vezes, o pré-aquecimento é utilizado porque a máqui- na de soldagem ou a fonte de potência não tem capaci- dade nominal de corrente suficiente para a espessura de metal que está sendo soldada. Entretanto, isto não é uma boa prática que justifique o uso do pré-aquecimento. Em seu lugar deve-se utilizar um equipamento de soldagem com capacidade adequada, visto que as condições de soldagem apropriadas proporcionam melhor qualidade das soldas, menor dano às propriedades do metal e eco- nomias de custos significantes. ESCOVAMENTO Um leve escovamento da junta e das áreas ao seu redor com uma escova manual ou elétrica é a última operação a ser feita antes da soldagem. Independentemente do tipo de escova, o efeito é o mesmo. A função desta ope- ração é remover o filme de óxido que, embora volte a se formar instantaneamente, é agora muito mais fino e não tem tempo de absorver algum tipo de sujeira, umidade ou substâncias oleosas. As escovas devem ter cerdas de aço inoxidável, que devem sempre ser mantidas lim- pas. Todavia, a operação de escovamento antes da soldagem é uma técnica boa quando não há graxa ou óleo sobre a junta, pois, caso contrário, a escova conta- minar-se-á (ver parágrafo “Solventes” - Cap. 5). Quando o escovamento é feito com uma escova elétrica, é possível usar pressão excessiva; entretanto, isto pode superaquecer e distorcer localizadamente a superfície do VA Operações Adicionais metal. Exagerando, isto pode fazer com que haja forma- ção de rebarbas de metal, onde pode ocorrer aprisiona- mento de sujeira e óxido sob as mesmas, e ainda causar porosidade desnecessária à solda. Portanto, recomen- da-se, quando do escovamento em alumínio, usar pres- são leve. Em resumo, algumas precauções devem ser observadas quando do escovamento da junta antes da soldagem: * a escova deve ser de aço inoxidável e sempre mantida limpa; * o escovamento deve sempre seguir e nunca preceder o desengorduramento; * para remover óxido, a pressão no escovamento deve ser leve. MONTAGEM DA JUNTA Uma vez que as bordas da junta estejam preparadas e limpas, o próximo passo é montá-las e fixá-las rapida- mente e, em seguida, soldar antes que haja uma oportu- nidade de algum tipo de sujeira reformar-se sobre elas. Todavia, caso a operação de soldagem, por qualquer motivo, ainda demore algum tempo para ser realizada, recomendamos a seguir uma técnica bem simples para manter as áreas da junta limpas até que seja possível dar início à soldagem. É praticamente impossível relimpar uma junta que já esteja montada, porque os solventes ou desoxidantes podem ficar aprisionados e unicamente contribuir para a formação de porosidade na solda em vez de preveni-la. Caso ajunta montada corra o risco de ficar exposta a agentes contaminantes antes de ser sol- dada, é comum cobri-la com uma tira de papel grosso (exemplo: tipo papel betumado) com largura suficiente para proteger pelo menos duas polegadas do metal dis- tante de cada lado da junta. O papel e a fita adesiva de- vem ser removidos somente quando for ter início a soldagem. Qualquer resíduo da fita adesiva pode ser re- movido com um solvente, porém é preferível que seja feito depois que a soldagem estiver completa para evitar alguma possibilidade de o solvente penetrar na junta. GABARITOS Os gabaritos são ferramentas utilizadas para fixar e man- ter na posição as áreas ou partes a serem unidas por soldagem ou brasagem. O tipo e a quantidade de gabari- tos vão depender do número de conjuntos iguais que serão fabricados e também o quanto eles são fundamen- tais para manter o controle dimensional preciso dos con- juntos soldados. Os gabaritos, quando projetados convenientemente, pro- piciam meios para um manuseio fácil da peça e permi- tem um alinhamento preciso das bordas a serem solda- CAPÍTULO 6 das, resultando numa maior economia de produção e menor grau de distorção. Um gabarito bem projetado para atender as operações de alta produção pode permitir a soldagem de várias juntas simultaneamente. Por outro lado, gabaritos mais simples podem ser apenas um re- curso para prender componentes até que eles sejam fi- xos por pontos de solda. A Figura 6.1 fornece exemplos de gabaritos. Visto que os gabaritos diferem com o trabalho em ques- tão, apenas os seus requisitos gerais serão discutidos aqui. Quando o problema for fissuramento na solda, os gabaritos devem ser projetados levando em conta a fixa- ção correta da junta, e também considerando o movimento devido à expansão e contração durante a soldagem. Vários aspectos importantes dos gabaritos para soldagem em alumínio devem ser conhecidos: * os componentes devem ser mantidos bastante firmes para garantir o alinhamento correto da junta, porém não tão rígidos que causem fissuramento na solda; * materiais magnéticos não devem ficar localizados mui- to próximos da junta, pois interferem na estabilidade direcional do arco de soldagem (sopro magnético); * os gabaritos devem possibilitar ao soldador uma ampla visão do arco de soldagem e da poça de solda. PONTEAMENTO DA JUNTA Quando um dado gabarito não for seguro, o ponto de solda normalmente utilizado como uma forma de fixação para manter os componentes a serem unidos na posi- ção. Em alguns casos, pode-se utilizar um gabarito para segurar o componente enquanto o mesmo é fixado com alguns pontos de solda. Em seguida, o componente é retirado do gabarito e, <A CAPÍTULO 6 Operações Adicionais CHAPA DE Aço “= PINO CÔNICO CALÇO DE ALINHAMENTO PARA JUNTAS DE CANTO GABARITO PARA JUNTAS DE CANTO GABARITO PARA JUNTAS DE TÔPO CALÇOS GABARITO PARA JUNTAS EM “T" GABARITO PNEUMÁTICO PARA JUNTAS DE TÔPO FIGURA 6.1 TIPOS DE GABARITOS SIMPLES VA Operações Adicionais A fuligem é um depósito de pequenas partículas de óxi- dos metálicos que não é prejudicial à solda, entretanto não apresenta um bom aspecto. Ela é removida facilmen- te com um pano embebido num solvente, se a limpeza for feita logo após a soldagem, caso contrário, se deixa- da por várias horas, tende a aderir ao metal, podendo necessitar de escovamento para removê-la. A Figura 6.4 é uma análise difratométrica por Raio-X, mos trando que a fuligem gerada durante a soldagem consis- te de alumínio e magnésio (óxidos). REPARO DE SOLDA Existem duas situações em que uma solda pode precisar de reparo: quando reprovada por inspeção ou quando vem a falhar em serviço. Para que o reparo seja executa- do, a solda deve ser removida por qualquer um dos mé- todos de goivagem descritos no capítulo anterior, os quais se aplicam bem a este serviço. A operação de remoção requer cuidados para evitar danos ao metal base; entre- tanto, o uso da goivagem a arco não deve ser descarta- do exclusivamente por causa disto. Pois, a goivagem a arco se executa com razoavel cuidado, além de remover as soldas fomece chanfros com superfícies bem acaba- das, próprios para a soldagem. No caso de um componente ou uma estrutura que já te- nha estado em serviço precisar ser reparada, o requisito que merece controle especial é a limpeza perfeita do metal base para a soldagem, visto que as regiões das soldas, neste caso, costumam estar bastante sujas. Normalmen- CAPÍTULO 6 te, os defeitos mais comuns que as soldas a serem repa- radas apresentam são: falta de fusão, penetração incom- pleta ou porosidade em excesso, os quais podem causar problemas posteriores, caso não sejam completamente removidos. De mesmo modo, as soldas inspecionadas com líquidos penetrantes ficam embebidas em solvente à base de hidrocarbonetos, os quais ficam retidos em cavidades ou fissuras; portanto, numa primeira operação, esses resíduos de solvente que ficaram aprisionados devem ser removidos através da goivagem para posteri- ormente se proceder à limpeza. Por último, a área a ser reparada e as superfícies do metal ao seu redor devem ser bem escovadas. Normalmente, existe muita diferença entre reparar e fa- zer uma solda pela primeira vez. Na maioria das vezes, o reparo 50 e necessário em um trecho pequeno da junta, o local é bastante inacessível e, também, em posição desconfortável para a execução da soldagem. São es- sas as razões em virtude das quais os reparos de soldas são feitos normalmente por soldadores com habilidade acima da média. O soldador, antes de começar a reparar uma solda, deve planejar o local de início e término do arco, visto que ape- nas um trecho pequeno da solda será reparado. É práti- ca usual soldar um trecho ligeiramente maior do que o tamanho correspondente ao reparo de fato, de modo que o início e o término do arco ocorra sobre o metal sem defeito. Como operação final, o reforço resultante nes- ses locais é removido por esmerilhamento. <AS CAPÍTULO 7 Soldagem TIG Processo TIG manual 4 N Ps Dadá CAPÍTULO 7 Soldagem TIG INTRODUÇÃO das ligas de alumínio. Por isso, quando nos referimos ao Do processo TIG sem outra especificação, subentende-se que o processo empregado é o CA. Ele foi desenvolvido A soldagem a arco tungstênio com a atmosfera gasosa, antes do processo MIG, bem como, foi o primeiro pro- ou mais comumente designada como soldagem TIG | cesso de soldagem com proteção de gás inerte adequa- (“Tungsten Inert Gás”), é um processo de soldagem em do para soldar o alumínio. Durante muito tempo, era usa- que o arco elétrico é estabelecido entre um eletrodo de do para soldar uma vasta variedade de produtos e estru- tungstênio não-consumível e a peça, numa atmosfera de | turas nas mais diversas espessuras, mas, com a subse- gás inerte. No processo TIG o arco elétrico pode ser ob- quente viabilidade do processo MIG com suas altas velo- tido por meio, de corrente alternada (CA), corrente conti- | cidades, arco com mais penetração e outras vantagens, nua e eletrodo positivo (CCEP) ou corrente continua e oTIG passou a ser aplicado principalmente em espessu- eletrodo negativo (CCEN). Entretanto, na indústria em ras mais finas, em juntas complexas e em soldas geralo processo TIG (CA) é o mais aplicado na soldagem — autógenas. Ainda continua sendo aplicado nesses casos, FLUMIMETRO E REGULADOR DE PRESSÃO GáS DE PROTEÇÃO CrGERADOR ALTA FREQUÊNCIA. ELETRODO DE TUNGSTÉNIO FIGURA 7.1 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DO PROCESSO TIG <A Soldagem TIG esfriamento. As máquinas modernas costumam ser equi- padas com um controle remoto a fim de comandar o gás, a água e a energia, frequentemente possuem um reostato manejável com o pé para ajustar a corrente durante a soldagem. Este recurso pode ser muito útil na soldagem de juntas complicadas, e também no enchimento de cra- tera no fechamento da solda. As fontes de potência TIG encontram-se disponíveis numa gama de capacidades, normalmente até 500 ampêres. Enquanto o parágrafo acima cobre as máquinas conven- cionais, há também máquinas especiais, que são as uni- dades de onda quadrada. Elas diferem das primeiras por serem capazes de fornecer um arco muito mais estável, principalmente no caso de soldas em alumínio, sem pre- cisar utilizar a descarga de alta voltagem, embora tenham que fazer uso dela para abrir o arco. Essas máquinas são conhecidas como fontes de onda quadrada, porque a forma da onda da corrente de soldagem parece uma onda realmente quadrada. Este benefício só tornou-se possível com os avanços obtidos na indústria eletro-ele- trônica com o advento dos componentes em estado sóli- do (transistores de alta potência e alta velocidade de co- mutação). Dentro de certos limites, essas máquinas tam- bém conseguem intervalos de tempo desiguais em cada polaridade, o que, de um lado, melhora a ação de limpe- za e, de outro, aumenta o poder de penetração, além de reduzir a quantidade de calor para o eletrodo, de tal for- ma que normalmente é possível utilizar um eletrodo de bitola menor do que aquele utilizado no processo AC con- vencional. Da mesma forma que a frequência, a amplitu- de de cada ciclo também pode ser diferente. A Figura 7.4 mostra as formas de onda em corrente altemada. Gás de Proteção O gás, além de proteger a região do arco compreendida pela poça de solda através da expulsão do ar, eliminan- do o oxigênio, o nitrogênio e o hidrogênio do contato com o metal fundido, transfere a corrente elétrica quando ionizado. Para a soldagem TIG (CA) do alumínio, o argônio puro é o gás de proteção mais apropriado. O argônio não só fornece uma abertura de arco estável como propicia me- lhor ação de limpeza do que os outros gases inertes usu- ais. Em material espesso ou em chanfros grandes solda- dos na posição plana, as misturas de argônio e hélio for- necem bons resultados, em virtude de o hélio gerar um arco mais quente. Em contrapartida, o custo do hélio é bem superior ao do argônio, além do que, devido à sua baixa densidade, as taxas de fluxo usuais são bem mai- ores. Além disso, é muito raro na soldagem TIG (CA) o emprego de misturas com mais de 50% de hélio em argônio, em virtude de a ação de limpeza do arco com o CAPÍTULO 7 APLICAÇÃO DE CALOR À PEÇA | I a Sadia de CA senoidal equilibracia | REMOÇÃO DE ÓxIDO APLICAÇÃO DE CALOR À PEÇA bj Saída de CA de onda quadrada equilibrada (e) Saida de CA de onda quadrada dasoquilibrada pí aplicação de calor mais intonso o interior da poça o manor remoção de óxido FIGURA 7.4 FORMAS DE ONDA EM CORRENTE ALTERNADA <A Soldagem TIG hélio ser precária. O grau de pureza do gás de proteção é essencial. Os gases com grau de soldagem devem ser fornecidos com 99,998% de pureza com relação ao argônio e 99,995% para o hélio, e os seus respectivos pontos de orvalho devem ser -60ºC ou menores. Cabe lembrar que esta pureza precisa ser mantida até que o gás chegue efeti- vamente ao arco. Isto significa dizer que o sistema por onde o gás de proteção passa deve ser mantido sempre limpo e seco, porque até mesmo o mínimo vestígio de sujeira ou umidade pode ocasionar porosidade excessi- va na solda. Assim sendo, deve-se tomar todo cuidado para que não entre ar algum no sistema de condução de gás e que não haja vazamento d'água no caso de a tocha que está sendo usada ser refrigerada a água. A fonte de potência deve possuir dois temporizadores para o gás de proteção, pré e pós-fluxo, onde os respectivos períodos são ajustados de acordo com as condições de soldagem. O pré-fluxo é para expulsar o ar da mangueira do gás e da tocha antes da abertura do arco. O pós-fluxo é para proteger o eletrodo da oxidação do ar até que o mesmo seja suficientemente resfriado, após o término da soldagem. Tochas de Soldagem A espessura do metal a ser soldado e, consequentemen- te, os níveis de correntes utilizados determinam o tipo de tocha adequada para um dado serviço. Há muito poucas aplicações em soldagem manual que requerem corren- tes acima de 400 ampêres; todavia, o nível máximo de corrente suportado por uma dada tocha é afetado pelo tipo de refrigeração. Uma grande variedade de tochas TIG encontra-se disponível no mercado para regimes de trabalhos leve, médio e pesado. Todas as tochas, com exceção das empregadas em serviços leves, são refrige- radas a água, e a mesma água também serve para refri- gerar o cabo força. A maioria das tochas são equipadas com bocais cerâmicos ou metálicos, sendo que os pri- meiros são os preferidos pelos usuários, devido ao seu baixo custo e boa durabilidade. As tochas para trabalhos leves têm a vantagem de possuírem um conjunto de ca- bos e mangueiras menores, tornando-as de fácil mani- pulação. Por outro lado, as tochas maiores permitem o uso de eletrodos de bitolas maiores (4,8 a 6,3 mm) e, consequentemente, corrente de soldagem elevada. CAPÍTULO 7 Uma tocha TIG, para atender uma faixa ampla de espes- suras em alumínio, deve ser capaz de operar com eletro- do de bitola de pelo menos 4,8 mm. Os fabricantes de tochas TIG normalmente classificam os seus produtos baseados na soldagem em corrente contínua e eletrodo negativo (CCEN). Dessa forma, re- comenda-se verificar, antes de comprar a tocha, se a clas- sificação da mesma atende as condições de trabalho para a soldagem em corrente altemada. Eletrodos A escolha de uma classificação do tipo e da bitola de um eletrodo, para suportar uma corrente de soldagem, é in- fluenciada pela espessura e pelo tipo de liga do metal base. A capacidade dos eletrodos de tungstênio à passa- gem da corrente é dependente de inúmeros outros fato- res, tais como: tipo e polaridade da corrente, gás de proteção emprega- do, tipo de equipamento utilizado (com resfriamento a ar ou água), da extensão do eletrodo além do anel suporte (fixação do eletrodo com luva ou tubo) e a posição da soldagem. Um eletrodo de uma determinada bitola terá a sua maior capacidade de conduzir corrente com corrente contínua e eletrodo negativo (CCEN); terá menor capaci- dade condutora com corrente alternada (CA); e menor ainda com corrente contínua e eletrodo positivo (CCEP). Os eletrodos são disponíveis em três tipos de classifica- ção, ou seja, tungstênio puro, tungstênio zirconiado e tungstênio toriado. Os eletrodos de tungstênio puro ou zirconiado são adequados para a soldagem em corrente alternada, todavia o zirconiado possui capacidade ligei- ramente maior de conduzir corrente, bem como, apre- senta maior resistência às contaminações. Já os eletro- dos de tungstênio toriado são projetados para serem usa- dos em corrente contínua. Todavia, em CA, ao em vez da formação de uma ponta esférica, preferível para a soldagem de ligas de alumínio, forma-se na sua extremi- dade várias projeções pequenas, esféricas e discretas, que acarretam instabilidade do arco e, consequentemen- te, prejudicam a sua ação de limpeza, assim como há tendência de ocorrer volatilização de tungstênio para a poça de solda. Dessa forma, os eletrodos de tungstênio toriado não são indicados para a soldagem em corrente alternada. <A Soldagem TIG ATabela 7.1 relaciona alguns valores típicos de corrente para os dois tipos usuais de eletrodos de tungstênio em- pregados na soldagem com CA. Para se obter resultados satisfatórios na soldagem TIGCA, a ponta do eletrodo depois de fundida deve ter configuração esférica, regular e brilhante. Quando a bi- tola do eletrodo é muito maior em relação à corrente que está sendo utilizada, a sua extremidade não toma a con- figuração totalmente esférica e o arco tende a ser errático (sem direção). No caso inverso, isto é, bitola do eletrodo bem pequena, a sua ponta pode superaquecer e formar uma esfera maior que o eletrodo, levando à instabilidade do arco, assim como há uma tendência de volatilização de tungstênio para a poça de solda. Os eletrodos são disponíveis nas bitolas de 0,3 mm até 6,3 mm. Embora a escolha da bitola seja usualmente feita de acordo com uma faixa típica de corrente, há situações onde o uso de uma bitola de eletrodo maior do que o normal é benéfica - por exemplo, na soldagem com a tocha na posição ho- rizontal, porque um eletrodo de bitola maior é menos pro- penso a superaquecer e a encurvar-se. Neste caso, o soldador deve utilizar o eletrodo de bitola imediatamente maior do que a recomendada e, além disso, esmerilhar a TABELA 7.1 CAPÍTULO 7 sua ponta de forma cônica até atingir a bitola de uso, de modo que o tamanho da esfera fundida durante a soldagem seja o desejado. O eletrodo deve estar centralizado em relação ao bocal da tocha de modo que a poça de solda fique bem prote- gida pelo gás. Normalmente, a extensão do eletrodo, dentro da proteção gasosa, é cerca de 3,0 mm além do bocal, mas em virtude das características da aplicação, tal como em soldas de canto (junta em “T”), uma exten- são maior pode ser necessária como também vazões de gás ligeiramente mais altas para assegurar a proteção da poça de solda. A vazão de gás de proteção deve ser mantida não ape- nas no decorrer da soldagem, mas também depois da interrupção do arco, até que o eletrodo atinja a tempera- tura ambiente. Quando os eletrodos são resfriados de modo correto, a sua ponta fundida tem o aspecto brilhan- te e polido; quando são resfriados inadequadamente, eles podem oxidar-se, apresentando a ponta fundida revestida por uma película colorida; esta película, se não for remo- vida, pode comprometer a qualidade da solda nas soldagens posteriores. FAIXAS TÍPICAS DE CORRENTE PARA ELETRODOS DE TUNGSTÊNIO EM SOLDAGEM TIG (CA) COM ARGÔNIO Do Ee REIS ONDA NÃO EQUILIBRADA Diâmetro do Eletrodo EE ug Tungstênio treta [rico Pál(a [rico PAICA (in) (uy) o) o) ) ) 0,010 0,3 até 15 até 15 até 15 até 15 0,020 0,5 10-20 05-20 05-15 05-20 0,040 1,0 20-30 20-60 10-60 15-80 116 1,6 30-80 60-120 50-100 70-150 3/32 24 60-130 100-180 100-160 140-235 118 32 100-180 160-250 150-210 225-235 5/32 40 160-240 200-320 200-275 300-400 316 48 190-300 290-390 250-350 400-500 1/4 63 250-400 340-525 325-450, 500-630 NOTA: Todos os valores são baseados no uso do argônio como proteção gasosa. As faixas de corrente podem variar, dependendo do gás de proteção, do tipo do equipamento ou da aplicação específica. VA Soldagem TIG O processo TIG pode ser utilizado em todas as posições de soldagem, porém ajustes no procedimento e na técni- ca podem ser necessários. Nas posições de soldagem, onde a gravidade torna o controle da poça de solda mais difícil, níveis de correntes um pouco mais baixos são pre- feríveis. Na posição vertical a soldagem deve ser conduzida de baixo para cima para evitar que o metal escorra antes de solidificar-se. Procedimentos de Soldagem O procedimento de soldagem é um conjunto de parâmetros que asseguram a penetração e o perfil do cordão desejados, de acordo com uma velocidade de soldagem factível, sem causar defeitos ou exigir que o soldador seja por demais habilidoso. O procedimento para ser qualificado precisa ser testado e provar que atende os requisitos especificados. Anorma ANSI/AWS D1.2-83 (“Structural Welding Code -Aluminum”) é uma das nor- mas de soldagem para estruturas mais usual, a qual es- pecifica os ensaios e os critérios para qualificação de pro- cedimentos. A elaboração de uma qualificação de procedimento de soldagem requer que se estabeleça o valor praticável para cada parâmetro de soldagem e a máxima variação per- missível desses valores. A sequência de etapas no de- senvolvimento do proceso normalmente se aproxima da seguinte: * Normalmente o projetista especifica a liga e a espessu- ra do metal, o metal de adição, tipo de junta e posição de soldagem. Ele também pode especificar a geometria da junta. * A corrente de soldagem é relacionada principalmente com a espessura do metal, visto que o arco precisa ter energia térmica suficiente para conferir a penetração requerida. Quando a corrente é muito baixa, ocorre um retardo na formação do tamanho ideal da poça de fusão em condições de receber o metal de adição. Normalmen- te, a poça, de fusão para estar em condições de receber o metal de adição, leva de 3 a 5 segundos. Na situação inversa, corrente alta demais, pode eventualmente aque- cer demais a junta, de tal forma que a velocidade de soldagem precisa ser superior âquela em que o soldador se sente à vontade. No processo TIG (CA), as velocida- des de soldagem compreendidas entre 15 e 25 cm/min são aquelas em que o soldador comum se sente mais à vontade. A bitola do eletrodo deve ser escolhida de acordo com o nível decorrente a ser empregado na soldagem. A Tabela 7.1 fornece a faixa de corrente usual para cada bitola de eletrodo. Verifica-se que a faixa para cada bitola é bem ampla e também que há uma considerável sobreposição das faixas. A bitola do eletrodo e o nível de corrente afe- CAPÍTULO 7 tam as dimensões do arco e da poça de solda. Essas, por sua vez, influenciam a escolha do diâmetro do bocal de gás. Os bocais muito pequenos não conferem a pro- teção de gás necessária, exceto quando a velocidade do gás é elevada ao ponto de causar turbulência e introdu- zir ar no gás inerte. Enquanto que um bocal muito gran- de gera desperdício de gás e também impede que o sol- dador tenha visão completa da poça e do cordão de sol- da no momento em que o mesmo se forma. * Abitola da vareta é escolhida para adequar a taxa na qual o metal de adição pode ser alimentado na poça de solda. A vareta muito grossa tende a interferir na prote- ção de gás e também dificulta a manipulação sem que ocorra contaminação do eletrodo. No caso de ela ser muito pequena, haverá necessidade de uma movimen- tação excessiva para adicionar a quantidade de metal de adição suficiente a cada passada. * O número de passes de solda pode ser especificado por intermédio de uma norma de soldagem ou, alternati- vamente, pode ser deixado a critério do soldador. Pas- ses adicionais podem introduzir defeitos de solda desne- cessariamente. Por outro lado, cordões de solda gran- des demais, feitos com velocidades baixas, ocasionam largas zonas termicamente afetadas e deformações ex- cessivas. A sequência de deposição dos cordões de sol- da pode ou não fazer parte do procedimento qualificado. SOLDAGEM TIG (CC) Características do Processo O processo CC é quase sempre utilizado com o eletrodo sendo o pólo negativo, isto é, com 80% do aquecimento do arco se dirigindo para a junta e somente 20% para o eletrodo. Embora se use muito ocasionalmente o proces- so com eletrodo positivo para se tirar proveito da ação de limpeza por ele proporcionada, as soldas resultantes são largas e com pouca penetração, de modo que o eletrodo precisa ser muito grosso e resfriado convenientemente. Trata-se, obviamente, de um processo ineficiente. O pro- cesso com eletrodo negativo, por outro lado, tem sido mecanizado para soldagens de emendas de chapas fi- nas para aplicações aeroespaciais e outros usos especi- ficos. Sua profundidade de penetração e estabilidade de arco produzem soldas de topo livre de defeitos e consis- tentes. Isto tudo é possível porque, embora o arco não promova a ação de limpeza como no caso com eletrodo positivo, quando se utiliza o hélio como gás de proteção, ele produz um arco mais quente e a película de óxido sobre o metal base acaba se destacando o suficiente para possibilitar a coalescência. O acabamento superficial das soldas é um pouco mais escuro e não apresenta tanto brilho como a solda TIG (CA), mas isso não chega a afe- VA Soldagem TIG tar sua qualidade. Equipamento Para empregar o processo é necessário possuir o se- guinte equipamento e consumíveis: * Uma fonte de potência CC projetada para a soldagem TIG. Também é possível adaptar alguns componentes adicionais a uma máquina de soldagem CC convencio- nal, tais como um gerador de alta frequência para dar início ao arco e controles de água e gás. No entanto, o uso de equipamentos adaptados raramente funcionam tão bem quanto as máquinas construídas especificamente para este fim. * Um suprimento de gás de proteção com regulador de pressão e fluxímetro. * Uma tocha de soldagem com todos os cabos necessá- rios, mangueiras para o cabo de energia, gás e água de refrigeração e um bocal para o gás. * Um eletrodo de tungstênio de bitola e tipo indicado. * Um suprimento de água de refrigeração. * Metal de adição (alumínio ou liga de alumínio) na forma de varetas em peças retas ou arame enrolado em carre- téis. Gás de Proteção Embora o argônio possa ser utilizado com o modo CEEP e na soldagem de material de espessura muito fina com o modo CCEN, as principais aplicações TIG CC desti- nam-se a espessuras a partir de 3,2 mm empregando o modo CCEN com proteção de gás hélio. Neste modo, como comentado anteriormente, não há ação de limpeza do arco, mas o calor intenso do arco conseguido com o uso do hélio supera esta limitação. A consistência de pureza elevada do gás de proteção é essencial. O hélio com grau de soldagem deve ser forne- cido com 99,995% de pureza e ponto de orvalho de no mínimo -600C. Conforme mencionado no item “Gás de Proteção - Soldagem TIG (CA)”, todos os cuidados de- vem ser tomados para garantir efetivamente que o gás chegue até o arco com o nível de pureza inicial. Eletrodos Os eletrodos toriados são os recomendados para a soldagem TIG (CC), porque resistem melhor ao calor do arco e são menos propensos à contaminação. Além dis- so, apresentam excelentes características de abertura de arco. Os eletrodos com 1 % ou 2% de tório são os de uso mais comum. O eletrodo para o modo CCEN é geralmente bem peque- no e e usado de maneira diferente da soldagem CA. Ele CAPÍTULO 7 não se funde e o arco não se origina a partir da ponta, mas de uma área que se localiza acima do eixo do ele- trodo. Dependendo do procedimento aplicado, a ponta do eletrodo pode apresentar formatos diferentes que vão desde uma extremidade quadrada até uma forma cônica bem alongada (incluindo ângulos tão pequenos quanto 200). Esta última é usada para se obter penetração má- xima. Soldagem com o Processo TIG (CC) Por se tratar de um processo especializado, cada projeto de junta e especificação de soldagem requer seu próprio procedimento. Eles não são comumente publicados e torna-se necessário se desenvolver um procedimento es- pecífico a cada nova aplicação. PROBLEMAS OPERACIONAIS E MEDIDAS CORRETIVAS Contaminação do Eletrodo O contato entre o eletrodo aquecido e o alumínio normal- mente resulta na contaminação do eletrodo. A falta de firmeza ou inexperiência do soldador, assim como uma extensão excessiva da ponta do eletrodo são as causas mais frequentes da contaminação do eletrodo. Para su- perar esta dificuldade, verifique ou altere o seguinte: * Manipulação incorreta da tocha (ver “Técnica de Soldagem Manual”). * Extensão excessiva do eletrodo (Ver “Eletrodos”. Perfil Inadequado do Eletrodo O perfilincorreto do eletrodo é normalmente causado por correntes de soldagem elevadas para um dado diâmetro de eletrodo. Eletrodos de tungstênio toriado não são re- comendáveis para a soldagem com corrente alternada. Os indicados são os de tungstênio puro ou zirconiado. Para superar este problema, verifique ou altere o seguin- te: * Bitola do eletrodo adequada à corrente utilizada (ver Tab. 7.1). * Material do eletrodo (ver “Eletrodos”. * Perfil da ponta do eletrodo (ver “Eletrodos”). Dificuldade de Manipulação em Espaços Confinados Algumas vezes torna-se difícil aproximar suficientemen- te o eletrodo à junta devido ao tamanho da tocha e do bocal de gás. Para superar esta dificuldade, verifique ou altere o seguinte: <A Soldagem TIG * Tamanho da tocha - utilize uma menor. * Tamanho do bocal de gás - utilize o menor possível. * Extensão do eletrodo. * Comprimento do eletrodo - utilize eletrodos curtos. Pouca Visibilidade da Poça de Solda O soldador deve ver a poça de solda por todo o tempo. Se isto não for possível, verifique ou altere o seguinte: * Posição do soldador. * Tamanho do bocal - utilize o tamanho menor quando possível. * Lentes da máscara do soldador - utilize lentes mais lar- gas. * Posição da tocha (ver Figura 7.5). Cordão de Solda Sujo Um cordão de solda sujo pode ser ocasionado por uma proteção insuficiente de argônio, metal base ou materi- ais de adição sujos, ou contaminação do eletrodo com alumínio. Para superar esta dificuldade, verifique ou alte- re o seguinte: * Taxa de vazão de argônio. * Comprimento do arco (ver “Técnica de Soldagem Ma- nual”). * Posição da tocha (ver Figura 7.5). * Centralize os eletrodos no bocal de gás. “Contaminação do eletrodo (ver “Técnica de Soldagem Manual”. * Use o bocal de gás de diâmetro menor possível. * Limpeza do metal base e materiais de adição (ver Capí- tulo 5). * Vazamento de ar e água na rede de argônio e tocha. * Proteja o local de trabalho de fortes correntes de ar. * Ação de limpeza do arco deficiente. * Arco de soldagem instável. Ação de Limpeza Inadequada Proporcionada pelo Arco Uma ação de limpeza precária pode ser identificada pela ausência da linha prateada e brilhante que se forma ao longo de cada lado do cordão e a frente da poça de sol- da, e pela molhagem deficiente produzida pelo metal de adição no metal base. É geralmente originada por uma instabilidade de arco ou pela insuficiência de limpeza do metal base. Para superar este problema, verifique ou al- tere o seguinte: * Vazão do gás de proteção. * Unidade de alta frequência. * Voltagem de circuito aberto da máquina de soldagem. * Alimpeza e a espessura do filme de óxido sobre o me- CAPÍTULO 7 tal base (ver Capítulo 5). * Voltagem baixa na entrada da fonte de potência. Cordão de Solda Excessivamente Largo Um cordão de solda muito largo pode ser causado por um arco muito longo ou velocidade de soldagem bem baixa para a corrente utilizada. Para vencer este proble- ma, verifique ou altere o seguinte: * Correntes e velocidades de soldagem. * Manipulação da tocha - mantenha um arco curto. Ex- tensão do eletrodo - aumente para que seja possível manter o arco curto. * Posição da tocha (ver Figura 7.5) Falta de Penetração Afalta de penetração pode ser ocasionada por correntes de soldagem baixas, velocidades de deslocamento altas e preparação imprópria das bordas da junta. Para supe- rar esta dificuldade, verifique ou altere o seguinte: * Corrente de soldagem e velocidade do arco. * Preparação da borda e folga da junta. * Comprimento do arco - reduza. * Deixe que se forme uma poça de metal fundido conve- nientemente antes de depositar o metal de adição. * Necessidade de pré-aquecimento, particularmente em materiais espessos. * Deposição do metal de adição - metal de enchimento em excesso na poça de solda fundida. Dificuldade em Depositar o Metal de Adição Ocasionalmente pode ser difícil adicionar o metal de enchimento se o arco estiver instável, pois o mesmo re- pele o metal de enchimento antes que ele seja introduzi- do na poça de solda. O mesmo acontece se a técnica empregada não permitir uma deposição conveniente do metal de adição na poça de solda. Para superar este problema, verifique ou altere o seguin- te: * Manipulação da tocha e vareta de adição (ver “Técnica de Soldagem Manual”). * Bitola da vareta de adição, corrente de soldagem e ve- locidade de deslocamento do arco. * Regulagem da unidade de alta frequência. * Isolação da unidade de alta frequência ou dos cabos. Inabilidade no Direcionamento do Arco O arco que não possui estabilidade direcional (rigidez) VA Soldagem MIG INTRODUÇÃO Os termos soldagem a arco metálico, SAMG, ou mais comumente conhecido como “Metal Inert Gas”, “MIG”, foram adotados para designar o processo de soldagem em que o arco elétrico é obtido através de uma corrente contínua, sendo que o mesmo é estabelecido entre a peça e um arame de alumínio ou liga de alumínio que combina as funções de eletrodo e metal de adição, numa atmos- fera de gás inerte. No processo MIG o eletrodo é sempre o pólo positivo do arco elétrico (CCEP) (ver Figura 8.1). As soldagens autógenas com o MIG não são possíveis, em razão de a alimentação do metal de adição ser feita automática e continuamente. A corrente de soldagem, o comprimento do arco e a velocidade de alimentação do eletrodo são controlados pela máquina de solda, de modo que, uma vez ajustados para um dado procedimento de soldagem, um novo ajuste não é mais necessário. Por- tanto, em razão disto, a soldagem MIG “manual” é cha- mada de soldagem “semi-automática”. O processo MIG CAPÍTULO 8 também é muito aplicável à soldagem automatizada, e nas duas versões, semi-automática ou automática, é pos- sível soldar o alumínio desde espessuras muito finas, isto é, cerca de 1,0 mm, até espessuras sem limite. Tal como no processo TIO, o gás inerte protege a região do arco contra a contaminação atmosférica durante a soldagem. Na soldagem MIO do alumínio, o gás normal- mente utilizado é o argônio, o hélio ou mistura hélio/ argônio. CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO MIG A soldagem MIG, além de possuir as mesmas vantagens que o processo TIG obteve em relação aos processos de soldagem mais antigos - isto é, não usa fluxo, pouco res- pingo, aplicável a todas as posições de soldagem, assim como remover o filme de óxido através do arco elétrico para permitir a coalescência das bordas da junta e do metal de enchimento -, apresenta algumas vantagens que não são possíveis com o TIG, tais como: velocidades de soldagem elevadas, pro- fundidades maiores de pe- netração e zonas termica- mente afetadas mais es- treitas. Outra vantagem além das mencionadas é que na soldagem MIG EMDIDE DE ÁGUA SOLENÓIDE DE AM PAINEL DE CONTROLE E ALIMENTADOR DE ARAME 41 Amporimetro (8) Voltimatro FIGURA 8.1 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DO PROCESSO MIG semi-automática o solda- CILINDRO dor, para conseguir os re- Mente | sultados desejados, preci- sa ter coordenação motora apenas em uma das mãos, enquanto que na soldagem TIG ele precisa ter nas duas mãos. O processo MIG é restrito ao uso com corrente conti- ma RS CAÇÃO nua e eletrodo positivo JA (CCEP). O processo em corrente alternada (CA), bem como, com corrente contínua e eletrodo negati- vo (CCEN) não apresenta qualquer aplicação prática. Com CCEP o arco remove o filme de óxido de alumí- nio a fim de permitir a coalescência das bordas da junta e do metal de adi- ção. Ao remover o filme de óxido das faces da junta, ele também possibilita que o metal de solda “molhe” <A Soldagem MIG esta superfície de modo que se forme um perfil de solda mais desejável. Com CEEP a maior parcela do calor do arco (cerca de 80%) é gerada no eletrodo (o ano do do arco) e, em se- guida, é transferida para a poça de solda através de um feixe de gotículas de metal de adição superaquecidas. Esta técnica recebe o nome de transferência por pulveri- zação “spray” e é utilizada praticamente em todas as soldagens MIG de alumínio. Por ser mais usual o termo “spray”, será utilizado doravante para designar a transfe- rência metálica por pulverização axial. A soldagem MIG requer que a taxa de alimentação do eletrodo esteja equilibrada com a taxa de fusão do arco. Se for fornecido mais metal de adição do que aquele que está sendo fundido, o arco progressivamente vai encur- tando-se e finalmente é interrompido ao chocar-se con- traa poça de solda. Quando acontece o contrário - a quan- tidade de metal de adição fornecido é menor do que aque- la de que está sendo fundida -, o arco gradativamente vai alongando-se até chegar ao ponto de causar um “burnback” (fusão do eletrodo juntamente com o bico de contato, provocada por um comprimento de arco extre- mamente longo). Há dois modos possíveis de sincronizar a alimentação do arame com a taxa de fusão. O primeiro é variar a cor- rente de acordo com a velocidade do arame, e o outro é variar a velocidade do arame para combinar com a cor- rente. Embora as fontes de potência venham sendo projetadas a fim de realizar o primeiro desses modos, isto é, variar a corrente para compensar as flutuações na velocidade do arame, constatou-se que o mesmo não é adequado à soldagem do alumínio. Já para realizar o segundo modo, os alimentadores têm que empregar a tensão do arco no motor de alimentação a fim de conseguir variar a veloci- dade do arame para combinar com a corrente. No entan- to, isto tem sido o grande desafio das fontes de potência modernas desde o surgimento do processo MIG. Por causa das velocidades de soldagem elevadas, pos- síveis com o processo, a distorção normalmente pode ser mantida a níveis inferiores aos encontrados quando se emprega a soldagem TIG. A diminuição da distorção pode ser difícil de ser obtida na soldagem de material de espessura média e grossa, porém é ainda muito mais difícil em material de espessura mais fina. Os parágrafos anteriores se referiram somente às vanta- gens desse processo. Uma desvantagem é que o equi- pamento é mais complexo e requer um pouco mais de atenção para a sua manutenção do que o equipamento TIG. Também no início das soldas há tendência a não se obter penetração total, e no término elas tendem a apre- sentar crateras e fissuras de cratera. Técnicas que pos- sibilitam minimizar ou eliminar esses defeitos são discu- CAPÍTULO 8 tidas mais adiante. APLICAÇÕES DO PROCESSO MIG Em razão da penetração acentuada que se pode obter com o arco MIG e as altas densidades de corrente em- pregadas, este processo é particularmente adequado para a soldagem de material numa gama variada de espessu- ras. Soldas em chanfro, filete e sobreposta, em lâmina, cha- pa e perfis extrudados, são feitas com facilidade. Alta taxa de soldagem obtida com este processo e, além disso, consequente diminuição do custo por metro de solda aca- bada tornam possível ao alumínio competir, com certas vantagens, como aço e outros metais em muitas aplica- ções. As vantagens inerentes do alumínio na área de transpor- te, aliadas à soldagem econômica apresentada pelo pro- cesso MIG, têm expandido o uso de alumínio na constru- ção de superestruturas de navios, carrocerias de ônibus e caminhões, caçambas, vagões ferroviários, e em ou- tros equipamentos para o transporte ferroviário. Assim também, nas indústrias química e petroquímica, estrutu- ras em alumínio soldado tornaram-se amplamente utili- zadas em virtude da disponibilidade deste processo. Tan- ques de grande capacidade em alumínio para o trans- porte em navios e estocagem de gás natural líquido têm sido fabricados pelo processo MIG, assim como vasos de pressão em alumínio soldado são aceitos pelos ór- gãos normalizadores. O emprego do processo MIG na soldagem de estruturas em geral é também muito difundido. Aleveza do alumínio e sua excelente resistência à corrosão, associadas à facilida da sua união pela soldagem MIG, o tornam uma opção lógica para tais aplicações. EQUIPAMENTO Para empregar o processo MIG é necessário possuir os seguintes equipamentos e consumíveis: * Uma fonte de potência de corrente contínua projetada para a soldagem MIG; * Um sistema de alimentação de eletrodo; * Uma pistola; * Um suprimento de gás de proteção com regulador de pressão e fluximetr: * Um sistema de refrigeração de água, quando necessá- rio; * Eletrodo de alumínio ou liga de alumínio. O equipamento exigido para a soldagem MIG do alumií- nio será discutido separadamente sob os títulos “Fontes de Potência”, “Alimentadores de eletrodo” e “Tochas de Soldagem”. Entretanto, deve ser notado que há uma inter- <AS Soldagem MIG relação entre esses componentes, e o desempenho es- perado do sistema depende do bom funcionamento de todos. FONTES DE POTÊNCIA As fontes de potência de corrente contínua requeridas para a soldagem MIG do alumínio são disponíveis numa variedade de tipos. TIPOS QUANTO À GERAÇÃO DE ENERGIA a) transformadores retificadores; b) motores - geradores; c) geradores acionados por motores a gás ou diesel. Devido às suas desvantagens inerentes de custo, ruído, tamanho, manutenção, etc., os motores geradores não são comumente usados para a soldagem do alumínio. Enquanto que os geradores acionados por motores (a gás ou diesel) são apenas usados onde a energia elétri- ca não é disponível. Consequentemente, as fontes de potência retificadoras são as preferidas para os traba- lhos em soldagem MIG em alumínio feitos atualmente. TIPOS QUANTO À CARACTERÍSTICA DE ENERGIA DE SAÍDA - CURVA VOLT-AMPÉRE Fonte de Voltagem de Arco Constante (VAC) a) Voltagem de arco constante ou potencial constante (VAC,PC). b) Potencial variável (“drooper”). c) Corrente constante. Os dois primeiros tipos de fontes de potência são os mais usados para a soldagem MIG (ver Figura 8.2). As máqui- nas de voltagem de arco constante (VAC) possuem uma voltagem de circuito aberto relativamente baixa (cerca de no máximo 40 volts) e uma curva característica volt- ampére aproximadamente plana. Já nas fontes de po- tencial variável (“drooper”) a voltagem de circuito aberto é bem alta (cerca de 70 volts) e a sua curva característi- ca é do tipo tombante. As máquinas de corrente constan- te, as quais não são usuais, possuem voltagem de circui- to aberto alta, igual a “drooper”, porém a curva caracte- rística volt-ampêre é verdadeiramente de corrente cons- tante, isto é, vertical. Cada uma dessas máquinas tem vantagens e desvantagens quando aplicadas à soldagem MIG do alumínio. A fonte de potência de voltagem de arco constante é pro- jetada para ser utilizada com um alimentador de veloci- dade constante. A sua principal vantagem está no fato de que ela ajusta a taxa de fusão do eletrodo para restabe- CAPÍTULO 8 lecer a voltagem fixada, quando as condições de soldagem se modificam. Isto significa, na prática, que ela mantém o comprimento do arco inalterado. Assim sendo, ela evita que o comprimento de arco aumente suficiente- mente e, deste modo, reduz a ocorrência de “burnbacks”, pois estes causam perda de tempo e consumo de bicos de contato. E por isso são bastante intoleráveis, especi- almente na soldagem de produção. Esta foi a razão prin- cipal que levou as fontes de potência (VAC) a se torna- rem tão comuns na soldagem MIG de todos os metais. Todavia, apesar de suas vantagens, as máquinas (VAC) têm sérias desvantagens com relação à soldagem MIG do alumínio. A principal delas é que qualquer variação na distância entre o eletrodo e a peça resulta numa oscila- ção da corrente de soldagem. Isto altera o aporte térmico do arco e, consequentemente, a penetração da solda, visto que para se obter penetração uniforme tanto o com- primento do arco como a corrente devem ser constantes. Fonte de Potencial Tombante Na fonte de potencial tombante as oscilações na corren- te devidas às variações na voltagem do arco são bem menores, e além disso o arco não é nem um pouco afe- tado pelos fatores mencionados anteriormente. A corren- te é mantida no nível estabelecido na fonte de potência e CURVAS VOLT. - AMPER DE FONTES DE POTÊNCIA COM O EQUIPAMENTO ESTABELECIDO 250 A, 28V ao CORRENTE CONSTANTE | TOi= = (CC) = 80 MERGULHANTE Tso. =| (DRDOPER") | ao VOLTAGEM DE | E ARCO a 30 + CONSTANTE 2) N (AC) ol | DO 200 300 400 500 600 CORRENTE FIGURA 8.2 CURVAS VOLT-AMPÉRE TÍPICA DAS FONTES DE POTÊNCIA <A al CAPÍTULO 8 Soldagem MIG DE 354 — ENTRADA 60Hz E20/380/440 UU | ONDA QUADRADA - CC aD50 É cre lr CONTROLE PROCESSOS . TIG MIG PLASMA —————— (PULSATIVAS OU NÃO) TABELA 8.3 ESQUEMA DE UMA FONTE INVERSORA SOLDAGEM MIG PULSANTE A soldagem MIG pulsante é uma variação do processo MIG convencional, na qual a transferência metálica ocor- re penodicamente controlada pela pulsação da corrente de soldagem. Uma corrente de nível menor (corrente de base) é utilizada para manter o arco a fim de fundir o eletrodo e promover a limpeza catódica do metal base. Posteriormente, pulsos de alta corrente são sobrepostos para permitir a transferência do metal. O resultado desta técnica é um processo no qual a transferência ocorre pela técnica em “spray”, porém com correntes de soldagem médias enormemente reduzidas (normalmente inferior à corrente mínima para que ocorra a transferência em “spray” para uma dada liga e diâmetro de eletrodo). As vantagens deste processo aplicado ao alumínio são: * Condições de arco mais estáveis; * Transferência por “spray” em níveis de corrente média normalmente associados à transferência globular. Con- sequentemente, menor aporte térmico; * Controle sobre a poça da fusão; * Em consequência dos itens anteriores, o processo se aplica a soldagem de chapas finas e juntas fora da posi- ção plana com excelentes resultados; * Uso de arames de bitola maior, eliminando o problema de alimentação manualmente existente em arames finos, tendo em vista os níveis de corrente média praticáveis com o processo pulsado; * Redução do nível de contaminantes transferido à poça de fusão pelo arame devido a menor área superficial as- sociada à possibilidade de se utilizar um arame de bitola maior; * Redução do nível da porosidade devido ao fluxo de metal líquido da poça de fusão e de sua movimentação; * Melhor aparência do cordão de solda; * Baixo nível de distorções - custo final da operação mais baixo. Taxas de pulsação de 60 e 120 pulsos por segundo são comuns e, além do que, com certas máquinas, o controle da largura do pulso também é possível, o que permite correntes médias ainda mais baixas. Com o uso cres- cente dos componentes em estado sólido nas fontes de energia, tornou-se possível obter formatos de ondas de corrente e taxas de pulsação diferentes das ondas senoidais de 60 Hz que alimentam essas máquinas. As máquinas mais antigas possuíam duas fontes de ener- gia, uma para obtenção da corrente de base e outra para fornecer os pulsos. As máquinas atuais utilizam compo- nentes com a mais moderna tecnologia em estado sóli- do, o que possibilita obter a pulsação numa única fonte de energia. Desde que se passou a ter indicação de que a frequência de pulsação não deve ser fixa, porém rela- cionada às condições de arco, sistemas de realimenta- ção têm sido desenvolvidos, possibilitando o surgimento de máquinas bastante sofisticadas, que naturalmente pos- suem um custo maior. Entretanto, elas asseguram uma maior facilidade no estabelecimento do procedimento e na manutenção da estabilidade do arco. O processo MIG com corrente pulsada é abordado em mais detalhes no Capítulo 11 sob título “MIG Pulsado”. <A Soldagem MIG MÁQUINAS MIG Tendo agora um conhecimento um pouco melhor a res- peito das características das fontes de potência de cor- rente contínua, que determinam o êxito do processo MIG quanto a sua aplicação em alumínio, concentraremos nossa atenção para o resto do sistema, ou seja, o que chamamos de máquina MIG. Ela possuitrês funções prin- cipais: * Acionar ou impulsionar o eletrodo; * Transferir o eletrodo desde a bobina até a pistola; e * Associar eletrodo, energia elétrica e gás de proteção na tocha, de modo a produzir um arco de soldagem eficaz. Cada uma dessas funções serão descritas por vez e re- lacionadas com os componentes necessários que fazem o processo funcionar. Todavia, antes de mais nada, listaremos a seguir os critérios operacionais de uma má- quina MIG ideal. 1) A velocidade do eletrodo na tocha deve ser unifor- me para fornecer um arco estável. 2) O eletrodo deve sair da tocha de maneira unifor- me para que o alinhamento do arco com a junta possa ser mantido. 3) Acorrente de soldagem deve ser uniforme para que o aporte de calor fornecido à junta seja constante. 4) Atransferência de energia elétrica a partir do tubo de contato para o eletrodo deve ser realizada sem interrup- ções para propiciar um arco estável. 5) O arco e a poça de solda devem ser envolvidos pelo gás inerte para prevenir que a operação de soldagem sofra interferência do ar atmosférico e outros contaminantes. 6) A tocha deve ser protegida do calor excessivo para não afetar o desempenho de seus componentes. 7) Atocha deve possuir mobilidade adequada, sem pre- judicar os outros requisitos, para permitir que o soldador desempenhe o seu trabalho aonde quer que seja neces- sário. CAPÍTULO 8 SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO Desde o início do desenvolvimento do processo MIG, os fabricantes de equipamentos competem para atender a duas necessidades: a primeira é a de alimentar um ara- me de diâmetro pequeno a velocidade constante desde uma unidade essencialmente fixa até a tocha manipula- da pelo soldador; a segunda, a de manter o equipamento leve, flexível e durável. Para simplificar o desenvolvimento deste item, subdividi- remos o sistema de alimentação do eletrodo em: alimentador de arame, mecanismos de alimentação e tocha de soldagem. Alimentadores de Arame Os alimentadores de arame normalmente combinam as funções de acionar o eletrodo e controlar elementos como vazão de gás e água, energia elétrica fornecida ao ara- me, velocidade do arame, etc. Aqui como nas fontes de potência, o uso de componentes em estado sólido pro- porcionam melhor desempenho operacional, custo de ma- nutenção mais baixo e equipamentos mais compactos. O motor de alimentação deve ser capaz de impulsionar o arame até o arco a uma velocidade controlada e, para tal, não deve ser influenciado por alterações na tensão da rede, variações na temperatura, ou por períodos de operação contínuos. Depois que o arco for estabelecido, o motor deve atingir a velocidade requerida no menor tempo possível, e deve parar assim que o arco for inter- rompido. A maioria dos alimentadores de arame utilizados na soldagem MIG em alumínio são do tipo velocidade de arame constante. De qualquer maneira existem máqui- nas que usam a voltagem de arco para regular a veloci- dade do arame, como um auxílio para manter o compri- mento do arco constante. <AS Soldagem MIG Mecanismos de Alimentação Alguns métodos usados para melhorar o mecanismo de alimentação básico por impulso (“push”), em que os roletes aumentadores são montados em uma unidade de transporte de arame afastada da tocha, incluem: (a) o mecanismo do tipo tração (“pull”) com os roletes alimentadores montados na tocha; (b) o mecanismo do tipo impulso-tração (“pushpull”) com um conjunto adicio- nal de roletes de acionamento montados na tocha de soldagem; e (c) o mecanismo do tipo bobina fixa à pisto- la (“spool on gun”), na qual a bobina de arame, pesando aproximadamente 500 gramas, é acoplada na parte de trás da tocha de soldagem, onde também estão monta- dos os roletes de acionamento. Estes mecanismos estão representados na Figura 8.4. Cada um desses mecanis- mos apresentam vantagens, bem como desvantagens. O mecanismo de alimentação do tipo “push” é limitado para distâncias em torno de 3,0 a 3,5 metros entre o aumentador e a tocha, sendo mais apropriado para diã- metros de arame de 1,6 mm e maiores. O mecanismo “pull” é restrito às mesmas limitações de comprimento de conduite que o mecanismo “push”, mas pode operar com diâmetros de arame de 1,6 e menores. Todavia, hoje em dia este tipo de mecanismo não e comumente disponí- IMPULSO ATÉ 3,5 m 8 BOBINA SOBRE A TOCHA om E) TABELA 8.4 MECANISMOS DE ALIMENTAÇÃO DE ARAME CAPÍTULO 8 vel, O mecanismo do tipo “push-pull” pode ampliar a dis- tância entre o aumentador e a pistola até cerca de 8 metros e utiliza diâmetros de arame até 0,8 mm. O me- canismo “spool on gun” opera com diâmetros de arame de 0,8 mm a 1,2 mm e pode estender-se até 15 metros do sistema de controle. ATabela 8.2 resume as características operacionais dos mecanismos acima. Um arame de alumínio, sendo mais dúctil do que o aço, e mais propenso à deformação quando alimentado por im- pulso, exige que o mecanismo seja bem projetado e te- nha uma boa manutenção. Os roletes de alimentação desempenham um papel importante; quando recartilhados ou serrilhados não devem ser usados para o alumínio, porque quebram o filme de óxido e pequenas partículas escamosas são libertadas e levadas para o interior da tocha, onde se acumulam e, eventualmente, interferem na alimentação do arame. Roletes chanfrados com as faces lisas têm comprovado bons resultados: um rolete de alimentação com chanfro em “VW”, de 600, junta- mente com um rolete de pressão plano, fornece excelen- te tração com uma deformação mínima do arame (ver Figura 8.5). Além disso, ele reduz a tendência de o ara- me enrolar em volta de si mesmo se porventura ocorrer um “burnback”. Tochas de Soldagem A tocha MIG é um dispositivo que conduz simultanea- mente o eletrodo, a energia elétrica e o gás de proteção, a fim de produzir o arco de soldagem. Ela compreende as seguintes funções principais: * Guiar o eletrodo de modo que o arco fique alinhado com a Junta a ser soldada; * Fornecer a corrente de soldagem ao eletrodo; * Envolver o arco e a poça de solda com o gás de prote- ção; * Alimentar o arame eletrodo, exceto nos mecanismos do tipo “push”, em que a tocha não tem função de acionamento. Atocha deve ser suficientemente resistente a fim de aten- der as exigências impostas pela soldagem de produção. Além disso, deve ser leve e bem balanceada para minimizar, tanto quanto possível, a fadiga do soldador. E também permitir uma rápida desmontagem e remontagem, sem deixar ocorrer vazamentos de ar e de água. O seu gatilho e o botão polegar (quando aplicável) devem ser de fácil manipulação por dedos enluvados. Além disso, a tocha deve ser projetada para suportar o resfriamento natural do bocal e do corpo a fim de dissi- par o calor irradiado. É também muito importante que o bico de contato seja efetivamente resfriado para evitar problemas de alimentação. <A Soldagem MIG para a embalagem. A proteção correta do arame durante a armazenagem, bem como, em uso é também importante. Logo que uma bobina é retirada da caixa de papelão e posteriormente do saco plástico, ela passa a correr o risco de contami- nar-se pela atmosfera ambiente da fábrica, de modo que, então, algumas precauções são pertinentes. Em decorrência disto, alguns alimentadores possuem um compartimento fechado onde vai a bobina do arame, o que é benéfico e sempre que disponível deve ser utiliza- do. Quando o aumentador não possui este tipo de com- partimento para a bobina, recomenda-se retornar a bobi- na à sua embalagem original sempre que a mesma não estiver em uso. Alternativamente, pode-se cobrir todo o aumentador com uma folha de plástico. Algumas precauções adicionais podem ser necessárias quando há qualquer possibilidade de formar umidade sobre a superfície do eletrodo. Isto pode acontecer se o arame é armazenado em local sem controle de temperatura e depois é levado para o interior da fábrica, onde a temperatura esteja alta, e em seguida retirado da embalagem antes que atinja a tem- peratura ambiente. Recomenda-se que os eletrodos se- jam armazenados em local limpo e seco, a temperatura controlada e uniforme (18-27ºC). Esta recomendação é especialmente importante quando se trata de eletrodos nas ligas da série 5XXX. Gás de Proteção A maioria dos gases inertes (argônio, criptônio, neônio, xenônio ou hélio) poderiam ser utilizados para fins de pro- teção no processo MIG. Todavia, por razões de custo, os únicos gases normalmente empregados são o argônio e o hélio ou uma mistura dos dois. Desses dois gases, o argônio é o mais barato e de uso geral, mas algumas vezes se justifica a utilização de uma mistura argônio e hélio. Outros gases, tais como oxigê- nio, nitrogênio e dióxido de carbono (CO,), mesmo quan- do presentes em quantidades ínfimas no gás de prote- ção, causam sujeira e poros na solda, e por isso não são indicados. O gás de proteção não tem somente a função de prote- ger o arco e a poça de solda do ar a sua volta, mas tam- bém auxilia na determinação das características do arco - Estas características resultam do potencial de ionização do gás em particular. Devido ao seu potencial de ionização CAPÍTULO 8 ser mais alto, o hélio proporciona um perfil de fusão da solda mais largo no contorno de penetração do que o argônio. Este perfil mais largo possui a vantagem de per- mitir tolerâncias maiores no desalinhamento entre o arco e a junta, assim como ajuda a evitar a ocorrência de pe- netração inadequada e falta de fusão. Uma mistura dos dois gases fornece soldas com perfis intermediários a ambos. Além do que foi comentado, é importante desta- car que, devido a sua baixa densidade, o hélio (hélio, 0,138; ar, 1,0; argônio, 1,377) requer uma taxa de fluxo mais alta do que o argônio para proteger adequadamen- te a região do arco. Além disso, a utilização do hélio exi- ge um maior cuidado para se evitar o desperdício de gás. O argônio é utilizado em geral na soldagem semi-auto- mática, bem como, em algumas situações, na automáti- ca também. Isto se deve à boa penetração e à limpeza das soldas obtidas com ele, além de seu custo ser mais em conta do que o do hélio. O uso do hélio puro é limita- do à soldagem automática de juntas de topo em metal muito espesso, onde a velocidade de soldagem elevada, a penetração superior e o perfil de penetração mais ade- quado justificam o custo adicional do gás. Misturas de argônio e hélio são de grande utilidade em soldagem semi-automática de metal espesso, ou onde é preciso tirar proveito de um arco mais aquecido. Elas são recomendadas na execução de soldas em passes múlti- plos com os eletrodos nas ligas da série 5XXX, como também na maioria das soldagens automáticas em me- tal base com espessura acima de 1/2" (12,7 mm); princi- palmente em juntas de topo onde se requer penetração máxima. Porcentagens de 50 a 75% são usuais, pois as mesmas produzem soldas sem defeitos numa faixa mui- to mais ampla de combinações de corrente e voltagem do que o argônio puro. Amistura 25%-75% (argônio-hélio) é a mais comercializada pelos fornecedores de gases de proteção. A consistência da pureza do gás de proteção é funda- mental para se obter os resultados desejados. Os gases com grau de soldagem devem ser fornecidos com 99,998% de pureza no caso do argônio e 99,995% para o hélio, além do que devem possuir pontos de orvalho de -80ºC ou menor. É importante lembrar que esta pureza deve ser mantida em todo o percurso por onde passa o gás até chegar ao arco. Caso o sistema de alimentação do gás ou o equipamento de soldagem tenha algum va- zamento, o gás pode acabar contaminando-se. Cuida- dos particulares devem ser tomados para descartar a (*) Informações adicionais, consulte a Área Técnica da Divisão de Laminados da Alcan Alumínio do Brasil. <AS Soldagem MIG possibilidade de entrada de ar no circuito do gás e a exis- tência de vazamentos no sistema de refrigeração da tocha. SOLDAGEM SEMI-AUTOMÁTICA A técnica utilizada com o processo MIG varia considera- velmente da que é empregada com o processo TIG. Uma vez que o soldador não tem que coordenar o movimento das duas mãos, tanto o período de treinamento como a fadiga do soldador são reduzidos. Por outro lado, em vir- tude de as velocidades de deslocamento serem maiores, o acompanhamento da linha da junta bem como a manu- tenção correta dos ângulos da tocha requerem mais ha- bilidade do soldador. O soldador deve se posicionar da maneira mais cômoda possível antes de começar a soldar. Em razão da nature- za do processo e do equipamento empregado, toma-se dispensável manter o conjunto a ser soldado na posição plana, embora seja usualmente mais fácil e econômico soldar uma peça nesta posição. Normalmente, antes de iniciar a soldagem propriamente dita, o soldador prefere primeiro fazer um reconhecimento do percurso, movimen- tando a tocha ao longo do comprimento da junta sem abrir o arco (“dry-run”), isto para certificar-se de que não haverá nenhum imprevisto e de que é capaz de comple- tar toda a solda mantendo os ângulos da tocha corretos. Da mesma forma que em outros processos de soldagem, é fundamental que o soldador encontre-se bem à vonta- de e possua liberdade suficiente de movimento para des- locar a tocha com facilidade, de forma que consiga man- ter a velocidade e os ângulos da mesma corretos, bem como, o arco na direção adequada. Quando se realiza uma soldagem em alguma outra posição que não a pla- na, os pés e o corpo devem ficar bem apoiados para que o balanço do corpo seja reduzido ao mínimo. Além disso, deve-se ter o cuidado para assegurar-se que o conduite flexível da tocha fique o mais esticado possível durante a soldagem, principalmente nos alimentadores do tipo “push”. Esta condição, algumas vezes, pode ser facilita- da suspendendo-se a unidade que alimenta o arame a uma altura acima da cabeça e montando-a numa lança com articulação giratória. Durante o período em que estiver soldando, o soldador deve ter uma visão clara do arco, da poça de solda e da parte da junta já soldada, de modo a controlar melhor a sua técnica a fim de obter os resultados desejados. O ângulo da tocha, o comprimento do arco e a posição do corpo do soldador devem ser ajustados de maneira a permitir visibilidade máxima do arco. Para melhorar a vi- CAPÍTULO 8 sibilidade do soldador, recomenda-se o uso de máscaras com filtro maior, tais como os de 101 x 127mm. PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM Os procedimentos detalhados para o emprego com o pro- cesso MIG serão publicados em outra seção intitulada “Parâmetros de Soldagem - Processo MIG Manual”. Es- ses procedimentos contêm informações que servem de orientação para que cada cliente estabeleça os seus pro- cedimentos para um dado tipo de junta, nas ligas e posi- ções de soldagem especificadas. Um procedimento de soldagem nada mais é que um con- junto de condições que propiciam, por meio de uma velo- cidade de soldagem ideal, a penetração e o perfil de sol- da adequados, sem gerar defeitos e para tal não reque- rendo habilidade extraordinária. Um procedimento para ser qualificado deve comprovar que atende aos requisi- tos pré-estabelecidos na norma em questão, após ter sido submetido aos ensaios nela especificados (ver Capítulo 10 - Controle de Qualidade). A norma ANSL/AWS DI .2-83 (“Structural Code- Aluminum”) é um dos códigos de soldagem mais usuais, que especifica os ensaios e os critérios de aceitação para a qualificação de procedimentos. Os desenvolvimentos de um procedimento de soldagem qualificado requer o estabelecimento da faixa ideal para cada parâmetro, assim como a variação máxima permis- sível dessas faixas. A sequência das etapas no processo de desenvolvimento normalmente segue a forma abaixo: * Liga e espessura do metal, liga do metal de enchimento (eletrodo) e tipo de junta são usualmente especificados pelo projetista. Ele também pode especificar a geometria da junta, o tipo de cobre-junta e posição de soldagem. * Acorrente de soldagem é, principalmente, relacionada à espessura do metal, embora o tipo de junta também tenha relação. A corrente define o aporte térmico e, consequentemente, a energia de penetração do arco. Os níveis de corrente para a soldagem MIG semi-automáti- ca em “spray” variam de cerca de 70 a 400 ampéres. O limite inferior pode ser reduzido pela soldagem MIG pul- sada, a qual permite o uso de correntes em tomo de 30 ampéres. O limite superior para a soldagem seni- lautomática provém sobretudo da capacidade do solda- dor suportar a intensidade de calor do arco. Esta restri- ção é superada pela soldagem MIG automatizada, po- dendo realizar procedimentos com correntes que che- guem a níveis de 900 ampêres. * Aescolha do gás de proteção é, sobretudo, relacionada à <A Soldagem MIG espessura do metal. Assim sendo, o argônio é melhor para uma gama variada de espessuras de metal, enquan- to misturas de argônio-hélio se aplicam a metal muito espesso. A taxa de vazão é fundamentalmente função da corrente de soldagem, e também influenciada por ou- tros fatores tais como: posição de soldagem, tipo de jun- ta, diâmetro do bocal e condições ambientais (como, por exemplo, correntes de ar no local de soldagem). * O comprimento de arco tem efeito na penetração da solda. Dentro da faixa normal utilizável, arcos mais cur- tos tendem a dar penetração maior e cordões mais es- treitos, sendo preferidos normalmente para os passes de raiz nas soldas em chanfro e nas soldas de filete. Os arcos mais longos são relativamente menos penetrantes e tendem a dar cordões de solda mais largos. * Normalmente aumenta-se o comprimento do arco para efetuar-se os passes de enchimento e acabamento. * O número de passes para completar uma solda é prin- cipalmente uma função da espessura do metal, tipo e alinhamento da junta. No entanto, a posição de soldagem pode também ter efeito, visto que na soldagem de outras posições diferentes da plana é praticamente necessário o emprego de vários passes menores, sobretudo na po- sição vertical. Os soldadores podem ter preferência por muitos ou poucos passes. Contudo, menos número de passes, porém grandes, significa velocidade de soldagem baixa, o que é muitas vezes útil. Além disso, o uso de um número menor de passes também tende a reduzir a ocor- rência de distorções. * Avelocidade de soldagem no processo MIG semi-auto- mático fica até certo nível a critério do soldador. Veloci- dades na faixa de 30 a 80 cm/min são muito comuns. Na soldagem automática têm sido registrados valores de velocidades da ordem de 250 cm/min. * O ângulo da tocha é influenciado fundamentalmente pela velocidade de soldagem, isto é, quanto maior a velocida- de maior ter á que ser o ângulo para assegurar a prote- ção adequada de gás do arco e da poça de solda. No item “Soldagem”, mais adiante, informações adicionais sobre valores dos ângulos e direção de deslocamento serão dadas. DETERMINAÇÃO DO PROCEDIMENTO Na soldagem semi-automática, a velocidade de soldagem e outras variáveis, tais como ângulo da tocha e a distân- cia da tocha à peça, ficam sujeitos ao controle constante do soldador. Porém, o fluxo de gás, a corrente e o com- primento do arco são pré-estabelecidos. Por exemplo, o fluxo de gás é facilmente determinado uma vez que ele é independente das outras variáveis. Entretanto, o solda- CAPÍTULO 8 dor tem idéia de dois tipos de regulagem de máquinas, um que regula o comprimento do arco e a outro, a cor- rente. Os dois tipos de fontes de energia básicos, potencial tombante (“drooper”) e voltagem constante (VC), diferem uma da outra na maneira de se fazer os ajustes de com- primento de arco (voltagem) e de corrente (calor de soldagem). Com a “drooper”, as regulagens de corrente são feitas na própria fonte de energia (da mesma forma como na soldagem com eletrodo revestido) e o de com- primento de arco através do ajuste da taxa de alimenta- ção do eletrodo. Uma vez que a fonte de energia foi re- gulada para uma determinada corrente, a taxa de alimen- tação do eletrodo é fixada deliberadamente acima da necessária e o arco é aberto. Em seguida se reduz a taxa de alimentação até se obter o comprimento de arco correto. Reciprocamente, com as máquinas (VC), o com- primento do arco é função da voltagem estabelecida na fonte de energia, e a corrente está diretamente relacio- nada à taxa de alimentação do arame. Afonte de energia é primeiramente regulada, numa voltagem estimada de acordo com o comprimento de arco desejado, e, posteri- ormente, o arco é aberto usando-se uma taxa de alimen- tação nominal. A taxa de alimentação é então ajustada para trazer o nível da corrente àquele requerido. ABERTURA DO ARCO Como mencionado no início deste capítulo, a abertura do arco com uma fonte de energia “drooper” é diferente do que com uma máquina (VC). As técnicas são descri- tas a seguir separadamente. Numa máquina “drooper”, a corrente geralmente pode ser estabelecida com boa precisão com o emprego das graduações existentes na fonte de energia. Mas a veloci- dade do arame só pode ser finalmente ajustada a partir da abertura do arco. Entretanto, caso a velocidade do arame tenha sido estabelecida muito baixa, um “bumback” pode ocorrer antes que o arco se estabilize. Assim sen- do, é comum dar início com a velocidade do arame estabelecida bem alta, de modo que o arame tende a fragmentar-se quando se experimenta abrir o arco. En- tão, a velocidade pode ser diminuída até que o arco fique estabilizado, e por fim se estabelece o comprimento de arco desejado. Dentro de limites razoáveis, o ajuste do comprimento do arco não causa variação na corrente de soldagem. Com uma fonte “drooper”, a técnica de abrir o arco é frequentemente denominada “scratch starting” (abertura com o arame parado). Nesta técnica, a tocha é posicionada a uma distância da peça em torno de 25 mm, <A
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