Aco submerso, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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ARCO

SUBMERSO

ÍNDICE

DESCRIÇÃO GERAL DA SOLDAGEM POR ARCO SUBMERSO .......................... 2

SELEÇÃO DO ARAME E DO FLUXO ........................................................... 11

PROJETO E PREPARAÇÃO DA JUNTA........................................................ 31

SOLDAGEM ........................................................................................... 68

PROCEDIMENTOS E DICAS OPERACIONAIS............................................. 104

Elaborado, traduzido (parte) e adaptado por Cleber Fortes – Engenheiro Metalúrgico, M.Sc. Assistência Técnica Consumíveis – ESAB BR

Revisado por Welerson Araújo – Engenheiro Metalurgista, M.Sc. Desenvolvimento e Pesquisa – ESAB BR

Última revisão em 24 de maio de 2004

Capítulo 1

Descrição geral da soldagem

por arco submerso

Definição

Soldagem por arco submerso é um método no qual o calor re- querido para fundir o metal é gerado por um arco formado pela cor- rente elétrica passando entre o arame de soldagem e a peça de trabalho. A ponta do arame de soldagem, o arco elétrico e a peça de trabalho são cobertos por uma camada de um material mineral granulado conhecido por fluxo para soldagem por arco submerso. Não há arco visível nem faíscas, respingos ou fumos.

Escopo geral

Corrente de soldagem — correntes até 2.000 A, CA ou CC, com um único arame.

Espessuras — soldagem monopasse até 16 mm de espessura e sol- dagem multipasse sem limite de espessura.

Velocidade de soldagem — até 400 cm/min com um único arame. Maiores velocidades podem ser alcançadas com vários arames na mesma poça de fusão.

Posição — a alta corrente de soldagem aliada ao alto aporte térmico cria uma grande poça de fusão. Sob tais condições, as soldas devem ser mantidas na horizontal para evitar escorrer. Soldas com pequenas poças de fusão podem ser inclinadas por até 15° da horizontal sem grande dificuldade. Se o tamanho dos passes for limitado, soldas ho- rizontais podem ser executadas em superfícies verticais, desde que seja providenciado um suporte adequado para o fluxo.

Vantagens do processo

 elevada velocidade de soldagem;

 maiores taxas de deposição;

 boa integridade do metal de solda;

 processo de fácil uso;

 melhor ambiente de trabalho e maior segurança para o operador.

Limitações do processo

O processo de soldagem por arco submerso é limitado às posi- ções de soldagem plana e horizontal em ângulo.

 O cabeçote, o painel de controle e o carretel são montados em um dispositivo móvel.

 O caminho a ser percorrido pelo equipamento deve estar livre e disponível.

 A fonte de soldagem é conectada à rede elétrica. São conecta- das, através de cabos elétricos, a fonte de soldagem ao cabeçote e à peça de trabalho.

Figura 1 - Equipamento de soldagem

Preparação das peças de trabalho

Para os detalhes descritos a seguir, veja a Figura 2.

 Determina-se o tipo de junta mais adequado para a solda a ser executada. Preparam-se e limpam-se as regiões a serem solda- das.

 Se aplicável, coloca-se o cobre-juntas.

 As peças a serem soldadas são colocadas em posição para sol- dagem. Normalmente elas são ponteadas ou presas por disposi- tivos auxiliares para mantê-las na posição desejada.

Figura 2 - Preparação das peças de trabalho

Preparação para a soldagem

Para os detalhes descritos a seguir, veja a Figura 3.

 Cada elemento da soldagem por arco submerso tem um efeito sobre a solda concluída. Os valores para a tensão e corrente de soldagem, a composição e o diâmetro do arame de soldagem pa- ra o tipo de junta escolhida e o material a ser soldado são deter- minados das tabelas aplicáveis. É responsabilidade do operador ajustar e verificar as condições adequadas de soldagem e ajustar o equipamento para manter as condições pré-ajustadas e produ- zir a solda.

 A bobina de arame de soldagem é instalada no carretel. A extre- midade da bobina é inserida nas roldanas do dispositivo de ali- mentação de arame e alimentada até alcançar as peças de traba- lho. O cabeçote de soldagem é então posicionado de forma que o arame fique pronto para iniciar a solda.

 O fluxo requerido é colocado no silo do cabeçote de soldagem. Uma quantidade do fluxo é depositada até cobrir a região de sol- dagem no ponto inicial da solda.

 Os controles são ajustados para estabelecer as condições ade- quadas de soldagem: corrente, tensão e velocidade de solda- gem.

O enorme calor desenvolvido pela passagem da corrente de sol- dagem através da zona de soldagem funde a extremidade do arame e as bordas adjacentes das peças de trabalho, criando uma poça de metal fundido. Esta poça está em um estado líquido bem fluido e é turbulenta. Por essas razões, qualquer escória ou quaisquer bolhas de gás são prontamente varridas para a superfície. O fluxo para sol- dagem por arco submerso protege completamente a região de solda- gem do contato com a atmosfera. Uma pequena quantidade de fluxo se funde. Essa porção fundida tem várias funções: ela cobre comple- tamente a superfície da solda, evitando a contaminação do metal de solda por gases atmosféricos; dissolve e portanto elimina as impure- zas que se separam do metal fundido e flutuam em sua superfície; e também pode ser o agente de adição de certos elementos de liga. A combinação de todos esses fatores resulta em uma solda íntegra, limpa e homogênea.

Figura 4 - O processo de soldagem por arco submerso

À medida que o cordão de solda é constituído, a parte fundida do fluxo se resfria e endurece, formando um material duro e vítreo, que protege a solda até seu resfriamento, sendo normal seu completo destacamento da solda.

Desde que adequadamente executadas, as soldas por arco sub- merso não apresentam fagulhas, tornando desnecessários equipa- mentos de proteção contra a radiação. Não há respingos a serem re- movidos.

Princípios básicos - teoria de controle

de alimentação do arame de soldagem

As altas velocidades de soldagem e altas taxas de deposição que são características do processo de soldagem por arco submerso re- querem um controle automático do motor que alimenta o arame de soldagem à solda. Nenhuma mão de soldador seria capaz de alimen- tar suavemente o arame de soldagem a velocidades comparáveis às de uma máquina de soldagem por arco submerso. Tampouco ele po- deria manter o controle preciso das mesmas condições de soldagem.

O sistema de controle automático e a fonte de energia emprega- dos na soldagem por arco submerso atuam para manter constantes a tensão e a corrente de soldagem.

Relação entre a tensão de soldagem e a distância

entre o arame e a peça de trabalho

A tensão de soldagem é proporcional ao comprimento do arco:

 se a distância entre o arame e a peça aumentar, a tensão de sol- dagem aumentará;

 se a distância entre o arame e a peça diminuir, a tensão de sol- dagem diminuirá;

Capítulo 2

Seleção do arame e do fluxo

O processo de soldagem por arco

submerso

Dois materiais devem ser escolhidos para a soldagem por arco submerso: o arame de soldagem e o fluxo, os quais devem satisfazer em termos de qualidade e de economia aos requisitos das soldas a serem executadas (veja a Figura 5).

Figura 5 - Seleção do arame e do fluxo

Dois fatores influenciam a escolha do fluxo:

 características de desempenho;

 propriedades mecânicas.

Para muitas soldas, as características de desempenho ditam que fluxos podem ser empregados. As características de desempenho in- cluem facilidade de remoção da escória, capacidade de remoção de óxidos e carepa, capacidade de condução de corrente elétrica, possi- bilidade de uso de vários arames e possibilidade de aplicação de cor- rente alternada.

As propriedades mecânicas são de importância primária para muitas aplicações críticas tais como vasos de pressão e serviços a baixas temperaturas. Para essas soldas, deve haver um compromisso das características de desempenho para satisfazer às propriedades mecânicas requeridas.

O principal fator que governa a escolha do arame de soldagem é sua influência na composição química e propriedades mecânicas da solda.

As propriedades mecânicas e químicas de uma solda por arco submerso são determinadas principalmente por quatro fatores:

 a composição do metal de base;

 a composição do arame empregado;

 o fluxo empregado

 as condições de soldagem.

A composição do metal de base é o fator mais importante em quatro a cinco passes, já que a razão entre o metal de base fundido e o metal de adição pode ser tão alta como 2:1 (veja a Figura 6). Na maioria dos outros processos de soldagem por fusão, os procedimen- tos de soldagem multipasse devem ser empregados, minimizando a influência da composição química do metal de base.

Fluxos para soldagem por arco submerso são escolhidos para muitos trabalhos por suas características de desempenho, isto é, faci-

Fluxos aglomerados

Os fluxos aglomerados são fabricados através da mistura seca de seus ingredientes, que são aglomerados com uma solução aquosa de silicato de sódio e/ou de potássio (veja a Figura 7). A massa resul- tante é pelotizada, seca e reduzida mecanicamente a partículas que são peneiradas e classificadas para obter:

 melhor desempenho na remoção de óxidos e carepa;

 menor consumo de fluxo — 30 - 40% menor que fluxos fundidos;

 baixo custo de fabricação;

 bom desempenho sobre uma gama de aplicações com uma úni- ca distribuição granulométrica;

 podem ser ligados;

 soldas livres de porosidade mesmo com óxidos e carepa.

Figura 7 - Aspecto dos grãos de fluxos aglomerados

Figura 8 - Fábrica de fluxos aglomerados

Figura 9 - Fluxograma de fabricação de fluxos aglomerados

Como as partículas dos fluxos aglomerados não são quimica- mente homogêneas, a remoção de finos pode alterar a composição química do metal depositado e conseqüentemente suas propriedades mecânicas.

Figura 11 - Forno elétrico e mesa resfriadora empregados na fabricação de fluxos fundidos

Figura 12 - Aspecto dos grãos de fluxos fundidos

Fluxos neutros x fluxos ativos

As expressões neutro e ativo são freqüentemente utilizadas pa- ra descrever o comportamento do fluxo e geralmente referem-se ao teor de manganês e/ou de silício que será transferido do fluxo para o metal de solda (veja a Figura 13). Esses são termos relativos que de- pendem da composição do fluxo, da composição química do arame e da razão entre a escória e o arame fundido.

Figura 13 - Fluxo ativo x fluxo neutro

Fluxos neutros são definidos pelo ASME/AWS como "aqueles que não produzem alterações significativas na composição química do metal depositado como resultado de grandes mudanças na tensão do arco e, portanto, no comprimento do arco". Conseqüentemente, a resistência mecânica do depósito de solda não é significativamente alterada pela quantidade fundida de fluxo, que varia com a tensão de soldagem. O uso principal dos fluxos neutros é em soldas multipasse