Selecao processo soldagem

Selecao processo soldagem

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20. Seleção do Processo de Soldagem

20.1)Introdução

Existem alguns materiais que não podem ser soldados, porém os que podem, não podem ser soldados por todo tipo de processo. Logo, antes de iniciar um trabalho de fabricação, é necessário a seleção de um processo de solda para realizar uma junta de especificações e qualidade desejadas. Alguns processos de soldagem estão associados com trabalhos específicos e industrias. Por exemplo, Soldagem por Resistência por Pontos (RESISTANCE SPOT WELDING) é muito usado em trabalho com chapas metálicas na indústria automotiva e na fabricação de carcaças de geladeiras. Soldagem a Arco com Eletrodo de Tungstênio com Proteção Gasosa (GAS TUNGSTÊNIO ARC WELDING - GTAW) é bem aceito na fabricação de aeronaves, foguetes, mísseis e indústrias nucleares; soldagem por Arco Submerso (SUBMERGED ARC WELDING - SAW) é o único processo usado para soldagem em construção naval e na fabricação vasos de pressão; Soldagem por Feixe de Elétrons (ELECTRON BEAM WEALD - EBW) é principalmente empregado para soldar metais reativos, e Soldagem a Arco com Proteção Gasosa – Eletrodo Revestido (SHIELDED METAL ARC WELDING – SMAW) é usado para a solda de juntas com difícil acesso ou para soldagem de campo.

Em todos os casos acima, a seleção de processo pode ser atribuída ao fato de que a junta de solda de qualidade desejada seja realizada ao menor custo, assim sendo, custo é o principal critério de seleção. Em tais casos específicos pode não haver qualquer outra escolha e o exercício para seleção de um processo é redundante. Contudo, há muitas ocasiões onde vários processos podem ser igualmente empregados na fabricação do produto final. A seleção de processo é almejada para tais situações e, freqüentemente os processos escolhidos são os processos de solda à arco por fusão da família da soldagem à arco. A metodologia para seleção de processo para materiais específicos e industrias é descrita resumidamente neste capítulo.

20.2) Critério para Seleção de Processo

Quando há múltiplas escolhas para a seleção do processo de soldagem a ser realizada em uma junta é essencial fundamentar a decisão final nas seguintes considerações. i) Considerações Técnicas; i) Considerações de Produção; i) Considerações Econômicas.

20.2.1) Considerações Técnicas

A maioria dos fatores que afetam as considerações técnicas são: as propriedades dos materiais, sua espessura, projeto da junta e, também, acessibilidade bem como a posição de soldagem.

20.2.1.1) Propriedades dos Materiais

Materiais como o aço com baixo carbono ou mais especificamente aço doce podem ser soldados por quase todos os processos, mas este não é o caso para todos materiais, como é o caso dos aços de alta liga, alumínio, cobre, titânio, etc. As principais propriedades do material que afetam a seleção de um processo de soldagem para a realização de solda de uma junta de qualidade desejável são: condutividade térmica, coeficiente de expansão térmica, reação com oxigênio atmosférico, resíduo de fluxo, e sensibilidade de trinca.

• Condutividade Térmica: Materiais com alta condutividade térmica apresentam problemas no processo de soldagem, pois este pode não conseguir prover calor adequado para fundir o material à taxa desejada. Isto indica porque materiais como o cobre e o alumínio são difíceis de soldar. Se a condutividade térmica do material é muito baixa, como é o caso do aço inoxidável, há um acumulo excessivo de calor ao redor da poça de solda, resultando em um aquecimento diferencial com conseqüente desenvolvimento de tensões residuais.

• Coeficiente de Expansão Térmica: Materiais com altas taxas de expansão térmica conduzem a uma expansão e contração diferencial no aquecimento e resfriamento respectivamente durante a soldagem. Isto pode resultar em distorção e/ou tensões residuais. Alumínio, cobre, zinco, estanho e suas ligas têm alto coeficientes de expansão térmica e são, portanto, de difícil de serem soldados.

Comparando com o alumínio, alguns outros materiais são ainda mais difíceis de

• Oxidação: Materiais que oxidam através da reação com o oxigênio atmosférico são bastante difíceis de soldar. O exemplo mais comum que podemos citar é o alumínio e suas ligas que oxidam em atmosfera normal causando dificuldades consideráveis na dispersão ou dissolução dos óxidos que dificulta a qualidade aceitável nas juntas soldadas. trabalhar; por exemplo titânio e zircônio. Estes materiais reativos requerem eliminação completa de oxigênio das imediações da zona de solda, necessitando assim do uso de Soldagem à Arco com Eletrodo de Tungstênio com Proteção Gasosa (GTAW) para propósito geral de fabricação, e mais caro a Soldagem com Feixe de Elétrons (EBW) para a fabricação de componentes críticos.

• Resíduo de Fluxo: A soldagem de alumínio através do processo de Soldagem Oxiacetileno e Eletrodo revestido (SMAW) podem necessitar do uso de fluxos. O resíduo de tais fluxos é altamente reativo, afetando as propriedades e desempenho da solda. Isto requer um cuidado impecável na remoção de tal resíduo de fluxo, conduzindo assim ao aumento de custos.

• Sensibilidade à Trinca: Alguns materiais têm alta afinidade por hidrogênio a elevadas temperaturas resultando assim na absorção deste gás proveniente da umidade e produtos de hidrocarboneto na forma de óleo e graxa ao redor do equipamento de soldagem e consumíveis. O hidrogênio residual em metal de solda conduz freqüentemente a formação de trincas frias (aços de alta resistência) e ou porosidade (alumínio) afetando o sucesso na fabricação ou o desempenho da junta de solda. Assim o processo de soldagem selecionado para unir tais materiais deve ser o que assegura a ausência ou eliminação de hidrogênio da zona de poça de solda. Por isso o processo Oxiacetileno e Eletrodo Revestido(SWAW) são evitados, pois nestes processos há alta possibilidade que o hidrogênio seja absorvido.

20.2.1.2) Espessuras do Material

A espessura do material possui uma papel vital na seleção do processo de soldagem.

Por exemplo, lâmina de metal (≤ 3mm de espessura) pode ser melhor soldada por Soldagem por Resistência, Soldagem Oxacetileno, Soldagem a Arco com Metal-Gás Inerte (MIG) / com Metal-Gás Ativo (MAG) - (GMAW), Soldagem à Arco com Eletrodo de Tungstênio com Proteção Gasosa (GTAW), Soldagem Arame Tubular (Fluxo Cored Arc Welding - FCAW), Soldagem a Laser, Soldagem a Ultra-som e Soldagem por Feixe de Elétrons (EBW). Chapas de espessuras finas (3-6mm) e médias (6-20mm) podem ser soldadas por Soldagem a Arco MIG/MAG (GMAW), Soldagem por Arco Submerso (SAW), FCAW, Soldagem Eletro – Gás

(EGW), Soldagem por Feixe de Elétrons (EBW), de médio e alta potência. Chapas espessas

(20-75mm) e muito espessas (>75mm) podem ser melhor soldados através da Soldagem por Arco Submerso (SAW), Soldagem Elétroescória (ESW), Soldagem por Feixe de Elétrons (EBW) de alta potência e Soldagem Térmica.

A figura 20.1 mostra as faixas normais de espessura de alguns dos processos de soldagem estabelecidos na fabricação industrial:

Figura 20.1 – Faixas normais de espessura para diferentes processos de soldagem para soldagem de lâminas e chapas.

A espessura do material controla a taxa de resfriamento e decide o fluxo de calor
taxa de resfriamento também será alta, aumentando assim a dureza do material e a ZTA

requerida por unidade de tempo para alcançar uma boa solda. Altas espessuras significam altas taxas de resfriamento e conseqüente aumento na dureza do material significará que a Isto pode conduzir freqüentemente em absorção de hidrogênio e em conseqüência pode originar trincas. Para contornar estes problemas é comum a realização de um pré-aquecimento e um tratamento térmico pós-solda. Porém, o custo da solda por unidade de comprimento fica mais caro, podendo inviabilizar o processo. O pré-aquecimento também é empregado para soldar metais não ferrosos de alta condutividade térmica, para assegurar a devida fusão entre a solda e o metal de base.

A seleção de um processo de soldagem também é baseada no tipo de junta de solda. Por

20.2.1.3) Projeto e Acessibilidade da Junta exemplo, a solda em lâminas de metal sobrepostas pode ser feita facilmente por Solda Resistência por Ponto e Costura, eixos podem ser unidas por Soldagem por Atrito ou Topo Sob Pressão (FLASH BUTT WELDING), chapas em ângulo e espessas podem ser soldadas convenientemente através da Soldagem por Arco Submerso (SAW), tubos de pequenos diâmetros podem ser melhor soldados por GTAW (TIG), na solda de topo reto em chapas muito espessas é satisfatório o processo de Soldagem Eletroescória (ESW) ou Soldagem Térmita. Nestes casos específicos não é possível mudar facilmente os processos citados para algum outro. Porém quando o objetivo a ser soldado for extremidades chanfradas em ″V″, em chapas de espessura média, é possível usar os processos de Eletrodo Revestido (SMAW), MIG/MAG (GMAW), Soldagem por Arame Tubular (FCAW) e Soldagem por Arco

A fácil acessibilidade é outra consideração importante para selecionar um processo de
fusão das paredes laterais

Submerso (SAW) com igual sucesso. Em extremidades chanfradas em ″U″ são similarmente convenientes aos processos de soldagem à arco, porém é obviamente não apropriada para a Soldagem por Feixe de Elétrons (EBW), para o qual a solda de topo com zero de abertura é o projeto de junta mais apropriado. A tabela 20.1 fornece um guia para determinar a possibilidade de utilização de diferentes tipos de processos conhecidos para juntas de solda. soldagem. Por exemplo, para o emprego do processo de Soldagem por Arco Submerso (SAW) é imperativo um espaço adequado para o soldador ter mobilidade para observação visual e controle; porém solda em fendas estreitas e fundas pode ser realizado por Soldagem por Feixe de Elétrons (EBW) e Soldagem a Laser. O processo de Soldagem por Arco Submerso (SAW) pode não ser capaz de soldar juntas entre chapas verticais pouco espaçadas, mas já a tocha de MIG/MAG e Soldagem por Arame Tubular (GMAW/FCAW) poderiam ser bem convenientes para a realização do trabalho. A solda de uma fenda estreita, porém, exigiria uma tocha de MIG/MAG (GMAW) especialmente projetada para alcançar a devida

Tabela 20.1- Tabela de compatibilidade de alguns processos de soldagem com os tipos de juntas

Processo

Lâmin as e Chapas

Grandes Canos e cilindros

Junta sobrepo sta

Junta a topo em tubos

Junta a topo em barras

Uni-ões

Juntas em ângulo ou “T”

Oxiacetileno √ √ √
Arco Submerso √ √
Plasma √ √ √ √
Eletroescória √
Eletro-gás √
Resist. de Topo√ √
Topo Sob Pressão√ √
Fricção√ √ √
Projeção√ √ √
Térmita√ √
Difusão√ √ √ √
TIG (pontos)

20.2.1.4) Posição de Soldagem

Alguns processos como Eletrodo Revestido, MIG/MAG, TIG, etc. podem ser realizadas em qualquer posição enquanto outras são limitadas a uma ou poucas posições. Por exemplo, Soldagem a Arco Submerso é mais apropriada para soldagem vertical descendente ou plana enquanto Soldagem por Eletroescória é freqüentemente aplicada para soldagem vertical ascendente.

Para pequenas soldagens, as capacidades de posição podem não ser de grande importância, pois os produtos e as peças podem ser giradas até a posição mais vantajosa para soldagem. Para soldagem de campo, particularmente para grandes estruturas, não é possível que as giremos até a melhor posição. Por exemplo, para a fabricação de tanques de armazenamento de óleo, precisa-se que se solde usando principalmente posições horizontais e verticais de soldagem. Isto geralmente significa condições difíceis de soldagem, baixos padrões de corte e, além disso, aumento de problemas em alcançar a qualidade de solda desejada. Para tais situações um simples processo de soldagem como Eletrodo Revestido trabalha melhor. Por outro lado, soldagem de canos de pequenos diâmetros pode ser feita em qualquer posição e para tal trabalho métodos de soldagem mecanizados empregando carro de solda “welding bugs” servem bem. Um guia para selecionar processos de alta deposição para diferentes posições de soldagem estão resumidos na tabela 20-2.

Tabela 20.2 Seleção de processos para diferentes posições de soldagem. Processos de soldagem Posição de Soldagem

Arco Submerso MIG/MAG/Arame Eletroescória

Plano ou de cima para baixo R R NR Horizontal de ângulo R R NR Horizontal P R NR Vertical NR R R Sobre cabeça NR R NR Cano sem rotação NR R NR R – Recomendada, P – Possível mas não popular, NR – Não recomendada

As considerações de produção que afetam a seleção de processos para juntas de solda

20.2.2)Considerações de produção incluem a forma e o tamanho da peça a ser trabalhada, as taxas de deposição, a disponibilidade de materiais a serem consumidos durante o processo, a manutenção do equipamento, fumos e respingos causados durante a operação, o pré-aquecimento e o tratamento necessário pós-solda, a habilidade requerida do operador, a possibilidade de mecanização e automação e a compatibilidade com outros processos.

A forma e o tamanho da peça a ser trabalhada podem afetar a seleção de um processo

20.2.2.1)Forma e Tamanho da Peça a ser Trabalhada de soldagem. Por exemplo, peças de grande tamanho ou com formas complexas são difíceis de serem soldadas por Soldagem por Feixe de Elétrons (EBW) devido a natureza de sua operação e o tamanho da câmara de vácuo requerida. Similarmente, nem todas as formas de peça podem ser soldadas através de soldagem a fricção. Assim, em tais caso a seleção pode ser limitada unicamente aos processos de soldagem a arco.

20.2.2.2)Taxa de deposição

Quando material é depositado, como é na maioria dos processos de soldagem a arco, pode ser exigido alcançar uma taxa mínima de deposição de metal para cumprir os planos de entrega exigidos. Por exemplo, na soldagem de juntas longas e retas de chapas espessas para construção naval é mais conveniente usar soldagem a arco submerso com altas taxas de deposição do que qualquer outro processo; enquanto que para formas mais complicadas, a taxa de deposição desejada pode ser conseguida através do processo de soldagem a arco com eletrodo revestido.

Em geral a produtividade de um processo de soldagem a arco, incluindo Soldagem

Elétroescória (ESW), é baseado na sua taxa de deposição e é melhor sempre se referenciar nos dados disponíveis do assunto antes de se fazer uma seleção. A figura 20.2 mostra um resumo da taxa de deposição baseada em um ciclo de trabalho de 100% para os processos mais comumente usados desta categoria.

Figura 20.2 Tipo de Processo de soldagem versus razão de deposição.

A seleção de um processo de soldagem também pode ser afetada pela disponibilidade

20.2.2.3)Disponibilidade de Materiais a Serem Consumidos Durante o Processo de materiais a serem consumidos durante o processo. Por exemplo, para soldagem de uma determinada liga de alumínio pode não ser possível adquirir o arame tubular cobreado com o fluxo apropriado, limitando o uso do processo FCAW. Fácil disponibilidade e suprimento regular são essenciais para o uso de um processo sem interrupção e portanto somente devem ser selecionados aqueles processos onde não haja escassez de materiais consumíveis.

Um serviço técnico de manutenção apropriado deve estar sempre disponível para

20.2.2.4)Manutenção do Equipamento manter o equipamento trabalhando em ordem. Assim, se um equipamento moderno e sofisticado for instalado, deve-se assegurar que em caso de defeitos pode-se obter uma ajuda técnica a curto prazo e custos razoáveis. Caso contrário a operação de soldagem pode ser interrompida causando atraso nos prazos de entrega, aumentando os custos da soldagem. Tais eventualidades podem surgir com o uso dos equipamentos EBW, soldagem a laser, soldagem a ultra-som, os avançados sistemas de soldagem sinérgicos, ou até mesmo unidades de solda por resistência com circuitos elétricos complicados.

20.2.2.5)Ventilação

No caso de um processo com geração excessiva de fumos pode ser necessário o uso de um sistema de ventilação mais efetivo ou até a instalação de um sistema de exaustão para uma estação individual de soldagem, para evitar a interferência na operação de outras unidades.

Os processos nos quais são gerados respingos em excesso são de difíceis de serem

20.2.2.6) Respingos empregados nas proximidades de outras máquinas e unidades. Por exemplo o processo de soldagem com CO2 está sempre associado a uma considerável ou até mesmo excessiva quantidade de respingos, e assim a necessidade de manter sua operação longe das outras máquinas e produtos acabados. A subsequente remoção dos respingos também envolve trabalho extra e limita seu uso a um trabalho comparavelmente mais grosseiro.

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