trabalho de soldagem

trabalho de soldagem

(Parte 1 de 2)

U NIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE – UNESC

CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS

C LEBER PEREIRA FENILI, LUIZ FERNANDO PINTO

TIPOS DE SOLDAGEM

CRICIÚMA, NOVEMBRO DE 2007

C LEBER PEREIRA FENILI, LUIZ FERNANDO PINTO

TIPOS DE SOLDAGEM

Trabalho apresentado à disciplina de Processos de Fabricação de Metais I, solicitado pela professora Dra. Ângela Beatriz Arnt.

CRICIÚMA, NOVEMBRO DE 2007

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO.............................................................................................................

04

2 CARACTERÍSTICAS E CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM....................................................................................................................

06

3 DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM...............................................

07

3.1 Soldagem por resistência elétrica.............................................................................

07

3.1.1 A ponto.....................................................................................................................

08

3.1.2 Por projeção..............................................................................................................

09

3.1.3 Por costura................................................................................................................

09

3.1.4 Por centelhamento....................................................................................................

09

3.2 Soldagem por arco elétrico.......................................................................................

10

3.2.1 Por eletrodo revestido...............................................................................................

10

3.2.2 Com proteção por gás e eletrodo não-consumível – Tungsten Inert Gas (TIG).......

11

3.2.3 A arco plasma...........................................................................................................

12

3.2.4 Com proteção por gás e eletrodo consumível – Metal Inert Gas (MIG) e Metal Active Gas (MAG)............................................................................................................

13

3.2.5 Arco submerso..........................................................................................................

14

3.3 Soldagem termoquímica............................................................................................

16

3.3.1 Por hidrogênio atômico.............................................................................................

16

3.3.2 Aluminotermia..........................................................................................................

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3.3.3 Poroxi-gás ou oxi-acetilênica...................................................................................

17

3.4 Soldagem por energia radiante................................................................................

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3.4.1 Laser.........................................................................................................................

19

3.4.2 Por feixe de elétrons.................................................................................................

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3.5 Soldagem em fase sólida...........................................................................................

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3.5.1 Por forjamento..........................................................................................................

21

3.5.2 Por pressão a frio......................................................................................................

21

3.5.3 Por difusão................................................................................................................

22

3.5.4 Por Ultra-som............................................................................................................

22

3.5.5 Por fricção.................................................................................................................

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4 CONSIDERAÇÕES FINAIS.......................................................................................

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REFERÊNCIAS............................................................................................................

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1 INTRODUÇÃO

Soldagem é o processo de união entre duas partes metálicas, usando uma fonte de calor com ou sem aplicação de calor. A solda é o resultado desse processo. (BRANDI, pág.1, 1992). Existem três grandes grupos de processos dedicados à união dos materiais que são Soldagem, Brasagem e Solda Branda.

Na soldagem, a união dos materiais é realizada através da fusão dos materiais em íntimo contato, pela fusão de ambos e adição de outro material fundido ou, ainda, simplesmente, por contato destes materiais nas fases sólida ou semi-sólida. Em geral, a soldagem provoca maior distorção no material base e normalmente não é utilizada sobre cerâmicos. A grande área de atuação da soldagem inclui os metais e suas ligas, devendo-se este fato à sua grande versatilidade e economia, além das excelentes propriedades mecânicas que as uniões assim obtidas apresentam.

Apesar de possuir aparência moderna, a união de materiais já era praticada há cerca de quatro mil e oitocentos anos, nos vales dos rios Nilo e Tigre-Eufrates. A soldagem, tal como hoje é concebida, somente se desenvolveu no final do século XIX e realmente ganhou impulso nos últimos 60 anos. Durante o período da II Guerra Mundial (1939 a 1945), as técnicas de soldagem sofreram uma evolução muito grande, devido à fabricação de navios e aviões soldados. Hoje os processos de soldagem são utilizados para fabricar produtos e estruturas metálicas, aviões, veículos espaciais, navios, locomotivas, veículos ferroviários e rodoviários, pontes, prédios, oleodutos, gasodutos, plataformas marítimas, etc.

A própria definição do que é uma solda tem sofrido alterações no tempo.Em meados da década de 50, a American Welding Society (AWS) definia solda da seguinte forma:

“Solda: uma coalescência localizada de metal, onde a coalescência é produzida pelo aquecimento a temperaturas convenientes, com ou sem aplicação de pressão e com ou sem o uso do metal de adição. O metal de adição, ou possui ponto de fusão aproximadamente igual aos metais base, ou possui ponto de fusão abaixo daquele dos metais, mas acima de 800 °F”. (AWS, 1958)

Cerca de trinta anos mais tarde, a AWS publicou, na 8ª edição do Welding Handbook, repensou a definição do processo: “Solda: uma coalescência localizada de metais ou não-metais, produzida ou pelo aquecimento dos materiais até a temperatura de soldagem, com ou sem aplicação de pressão, ou pela aplicação de pressão somente, com ou sem o uso de metal de adição”. (AWS, 1987)

A elaboração deste trabalho tem como objetivo complementar a formação dos alunos, para que estes conheçam as principais técnicas de soldagem, em função da importância que o processo tem no ramo metalúrgico.

2 CARACTERÍSTICAS E CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM

Os processos de soldagem, assim como outros processos de união de materiais, devem preencher, no mínimo, os seguintes requisitos:

  • Fornecer energia para realizar a união (por fusão, pressão, difusão, etc.);

  • Possuir mecanismos para remover contaminação das superfícies a serem unidas;

  • Prevenir a contaminação atmosférica ou seus efeitos;

  • Permitir que os mecanismos e fenômenos envolvidos sejam controlados.

Há necessidade, portanto, que o controle da atmosfera seja correlacionado com o processo, sendo que os processos de soldagem podem ser definidos parcialmente pela origem da energia utilizada ou inter-relacionados com técnicas conexas.

As fontes de energia empregadas nos processos de soldagem são: mecânica, química, elétrica e radiante.

  • Fonte Mecânica: o calor é gerado por atrito, por ondas de choque ou por deformação plástica do material.

  • Fonte Química: o calor é gerado por reações químicas exotérmicas. Exemplo: a queima de um combustível (chama) ou a reação de oxidação do alumínio.

  • Fonte Elétrica: o calor é gerado pela passagem de corrente elétrica ou com a formação de um arco elétrico.

  • Fonte Radiante: o calor é gerado por radiação eletromagnética (laser) ou por um feixe de elétrons acelerados através de um potencial.

A soldagem pode ser feita sob vácuo, com gás inerte, gás ativo, fluxo (escória) e sem proteção.

Os métodos que serão descritos a seguir foram escolhidos por serem os mais utilizados ou demonstrarem maior potencial de emprego.

3 DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM

3.1 Soldagem por resistência elétrica

Soldagem por resistência elétrica é um método de soldagem por fusão e utiliza o calor produzido pela passagem da corrente elétrica num condutor, cuja fórmula é:

I2 x R x t

Onde: I é a intensidade da corrente;

R a resistência do condutor e

t o tempo de aplicação da corrente.

Os métodos de soldagem por resistência - denominados projeção, costura e pontos - possuem origem e conceituação bastante similares. O principio básico desses processos, reside na passagem de corrente elétrica entre dois eletrodos não consumíveis que comprimem peças distintas. Assim, devido à maior resistência apresentada pelas interfaces em contato, ocorre fusão nesse local, formando a solda.

Uma seqüência simples desses processos é a seguinte:

  • Os eletrodos pressionam as chapas;

  • Circula corrente elétrica durante tempo suficiente para que ocorra a fusão, formando o “ponto”;

  • A corrente é interrompida, mas os eletrodos continuam a pressionar as chapas até que o metal de solda solidifique;

  • Os eletrodos são, então, retraídos.

Existem seqüências bem mais complexas, incluindo forjamento, além de pré e pós aquecimentos das chapas.

A soldagem por resistência elétrica é utilizada em diversas atividades industriais, envolvidas na montagem de componentes com chapas relativamente finas. A indústria automobilística se destaca já que um automóvel pode possuir centenas de pontos, incluindo o tanque de combustível, que é geralmente soldado por costura.

Os materiais normalmente soldados por resistência elétrica são aços carbono, inclusive os zincados, de baixa liga e inoxidáveis; além de cobre; níquel; alumínio; magnésio; titânio e suas ligas.

3.1.1 A ponto

No processo de solda a ponto, a solda é realizada entre peças, geralmente sobrepostas, através da fusão local provocada pela passagem de corrente elétrica entre dois eletrodos (fabricados com ligas de cobre), que pressionam as superfícies das peças.

O processo, em geral, tem ampla aplicação na fabricação de artefatos com chapas relativamente finas e, também, na indústria automobilística. Apresenta diversas vantagens sobre os outros meios mecânicos de união, tais como: rebites ou parafusos, pois, geralmente a estrutura resulta mais leve e o trabalho é realizado num menor período de tempo.

Mas o método de soldagem por resistência elétrica a ponto também tem suas limitações, que devem ser consideradas antes de sua aplicação:

  • Outros processos de soldagem (ou brasagem) com junta a topo podem ser mais econômicos e/ou acrescentar menos peso à estrutura, pois é necessária a sobreposição das peças para realizar os pontos.

  • Uniões mecânicas podem ser mais práticas, caso a estrutura necessite desmontagem para inspeção ou manutenção.

  • São relativamente baixas as propriedades mecânicas da junta, principalmente, a resistência à fadiga.

  • O investimento no equipamento é geralmente mais alto do que naqueles para soldagem ao arco elétrico com eletrodo revestido. (MACHADO, p.255, 1996)

3.1.2 Por projeção

A soldagem por projeção é muito similar à por ponto, principalmente, a fonte de potência e demais dispositivos de controle, sendo que a intensidade da corrente utilizada é geralmente menor.

Este método é utilizado numa grande variedade de peças, geralmente, com geometrias mais complexas do que aquelas que podem ser soldadas por ponto ou em situações em que uma das peças foi estampada, forjada ou se deseja conectar elementos, tais com parafusos ou pinos numa outra superfície.

Uma de suas mais importantes características é a habilidade de realizar várias soldas simultâneas, cujos locais são determinados exatamente pelas projeções.

3.1.3 Por costura

Na solda por costura, geralmente através de eletrodos com a forma de discos que sofrem rotação, são produzidos diversos pontos que se sobrepõem, resultando numa junta extensa e continua (formando o que parece uma “costura”). Os pontos podem ser superpostos ou espaçados com o processo admitindo diversas variantes.

Uma larga aplicação é na fabricação de tubos de parede fina, a partir de chapas calandradas, denominados “tubos com costura”. Corrente de alta freqüência pode ser utilizada e ela tende a se concentrar na superfície da peça. Tubos são assim soldados, ocorrendo a circulação da corrente no “V” formado pelas peças nas bordas do objeto.

3.1.4 Por centelhamento

As peças a serem soldadas são posicionadas de forma que uma permaneça fixa e a outra possa se deslocar axialmente. Ambas são conectadas a um potente transformador, com controles da intensidade e do tempo de aplicação da corrente, bem como do deslocamento da parte móvel e da força com que a mesma pressionará a fixa. A soldagem é iniciada com as superfícies sendo postas em contato sob baixa tensão elétrica e pressão. Então, as mesmas são imediatamente afastadas numa pequena distância, ocorrendo a formação de pequenos arcos com curto período. Esses arcos criam uma fina camada semi-fundida sobre a superfície.

Essa operação é intermitente e rápida, sendo que parte do material que forma esses arcos é expelido violentamente (daí o nome centelhamento ou em inglês flash). Quando as superfícies se encontram aquecidas uniformemente, a parte móvel é pressionada sobre a fixa com grande força, sendo expelido todo o metal semi-fundido e a união é realizada.

3.2 Soldagem por arco elétrico

Pode-se definir o arco elétrico como “a descarga elétrica mantida através de um gás ionizado, iniciada por uma quantidade de elétrons emitidos do eletrodo negativo (catodo) aquecido e mantido pela ionização térmica do gás aquecido”. (BRANDI, p.9, 2000)

No arco elétrico para a soldagem, a descarga elétrica tem baixa tensão e alta intensidade.

3.2.1 Por eletrodo revestido

A soldagem com eletrodo revestido é definida como um processo de soldagem com arco, no qual a união é produzida pelo calor do arco criado entre um eletrodo revestido e a peça a soldar.

Nesse processo, o arco elétrico ocorre entre um eletrodo revestido consumível e a peça, sendo assim estabelecida a poça de fusão.

O eletrodo é formado pelo arame “alma”, que é revestido concentricamente com uma massa composta de diversos minerais e produtos químicos. Os gases e a escória provenientes da composição deste revestimento protegem da atmosfera o metal fundido e, além disso, são os principais responsáveis pelas reações pirometalúrgicas que ocorrem sob uma temperatura maior que 6000 K.

Sem dúvida alguma foi, devido ao eletrodo revestido, que a soldagem projetou-se como um dos mais importantes processos de fabricação, como conseqüência direta da sua extrema flexibilidade. (MACHADO, p.70, 1996)

Esse processo é apropriado para a maioria das ligas metálicas, no mínimo, com os seguintes consumíveis disponíveis: aço ao carbono, de baixa liga, resistentes à corrosão e altamente ligados; ferros fundidos; alumínio; cobre e níquel. Entretanto, o procedimento não é adequado para ligas com ponto de fusão muito baixo (chumbo, estanho ou zinco), devido à intensa energia gerada pelo arco elétrico, nem para aquelas extremamente reativas (zircônio ou titânio) por não oferecer proteção à contaminação e/ou reação do metal fundido com os gases da atmosfera. (MACHADO, p.70, 1996)

Para satisfazer aos mais diversos requisitos industriais, os eletrodos são produzidos com revestimentos diferentes, cujos compostos, quando combinados, conferem as mesmas propriedades que os tornam mais ou menos úteis para dada aplicação.

3.2.2 Com proteção por gás e eletrodo não-consumível – Tungsten Inert Gas (TIG)

(Parte 1 de 2)

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