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LINCOLN ELECTRIC DO BRASIL Indústria e Comércio Ltda. Av. Papa João Paulo I n o^ 1818 – CEP 07170-350 – Cumbica – Guarulhos – SP – Brasil
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**1. Conceitos.
- Normas Técnicas Aplicáveis.
- Especificações e Classificações AWS.
- As Normas AWS.
- Gases de Proteção AWS A5.32.
- Eletrodos Revestidos AWS A5.1, A5.5 e A5.4.
- Varetas para Soldagem Oxi-Gás AWS A5.2.
- Arames e Varetas para aço carbono AWS A5.18.
- Arames e Varetas para aço inoxidável AWS A5.9.
- Fluxos e Arames para Soldagem a Arco Submerso AWS A5.17.
- Arames Tubulares AWS A5.20, A5.22 e A5.29.
- Identificação, Embalagem dos Consumíveis.
- Inspeção Visual dos Eletrodos.
- Armazenamento dos Consumíveis.
- Bibliografia**
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1. CONCEITOS
Os consumíveis são definidos pela Terminologia de Soldagem como todos os materiais empregados na deposição ou proteção da solda. Exemplos de consumíveis são os eletrodos revestidos, as varetas, os arames sólidos e tubulares, os fluxos, os gases e os anéis consumíveis.
1.1 seleção de consumíveis
Na seleção dos consumíveis, primeiramente deve-se ter o conhecimento do processo de soldagem a ser utilizado, pois cada processo de soldagem define os consumíveis que serão empregados. Os fatores que devem ser analisados na seleção dos consumíveis são:
- O metal base;
- A geometria e o tipo de junta;
- A espessura da peça;
- A posição de soldagem;
- O tipo de fonte de energia;
- A produtividade;
- Os custos de soldagem;
- A habilidade do soldador.
1.2 tipos de consumíveis
Os consumíveis utilizados estão relacionados com o processo de soldagem empregado.
- Processo de Soldagem a Gás
Os consumíveis são: Gases Combustíveis: Acetileno, Propano; Gases Comburentes: Oxigênio, Ar atmosférico; Varetas; Fluxos – que são os fundentes que facilitam a remoção dos óxidos superficiais e melhoram a fluidez da poça de fusão.
- Processo de Soldagem a Arco Elétrico
Os consumíveis e os esquemas de cada processo de soldagem a arco elétrico são mostrados nas figuras a seguir:
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As siglas acima são retiradas da Terminologia de Soldagem da Norma AWS.
2. NORMAS TÉCNICAS APLICÁVEIS
As Organizações Privadas ou Governamentais desenvolvem e atualizam Normas Técnicas que se aplicam a áreas de engenharia de interesse, entre elas pode-se destacar:
- ASME - A merican S ociety for M echanical E ngineers;
- API - A merican P etroleum I nstitute;
- AWS – A merican W elding S ociety;
- ASTM – A merican S ociety for T esting and M aterials;
- AISI – A merican I ron and S teel I nstitute;
- ANSI – A merican N ational S tandards I nstitute;
- ISO – I nternational O rganization for S tandardization.
No Brasil se aplica quase que na totalidade as Normas Técnicas de procedência Americana. A Norma aplicada a consumíveis de soldagem é a AWS.
Pode-se ainda em muitos trabalhos em soldagem se aplicar as Normas AWS acrescidas de especificações internas, como é o caso, de serviços ou projetos Petrobrás.
As Normas principais de projeto que empregam soldagem como exemplo a API para construção de tubulação, ASME para construção de vasos de pressão e caldeiras e AWS para a construção de pontes e estruturas utilizam as Normas de consumíveis de soldagem desenvolvidas pela AWS.
Ao utilizar um consumível de soldagem classificado pela Norma AWS, as Normas API, ASME e AWS se asseguram pela qualidade do projeto.
Desta forma estas organizações se especializam nas suas áreas e fazem que todos os assuntos referentes a consumíveis de soldagem sejam tratados pela AWS, exigindo assim uma continua adequação e atualização.
Deve-se observar que as especificações AWS para consumíveis de soldagem são idênticas as do ASME, apenas que a AWS trata as especificações como A5. ... e o ASME II parte C, seção do ASME referente a consumíveis de soldagem como SFA 5. ... (SF – Specification).
3. ESPECIFICAÇÕES E CLASSIFICAÇÕES AWS
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A Norma AWS procura abranger a maioria dos consumíveis de soldagem, incluindo os metais de adição e recentemente elaborada uma especificação própria para os gases de proteção.
As especificações AWS agrupam os metais de adição pelo seu tipo ou composição química do metal depositado ou processo de soldagem.
As especificações AWS, em geral, exigem que os consumíveis atendam a requisitos específicos como:
- Propriedades Mecânicas do metal depositado;
- Composição Química do metal depositado;
- Sanidade do metal depositado.
As especificações AWS além de classificar os consumíveis determinam que os consumíveis atendam a requisitos de:
- Fabricação;
- Critérios de Aceitação;
- Sistemas de unidades, Sistema Internacional ou Sistema Americano;
- Ensaios para cada tipo de consumível, como: o Propriedades mecânicas do metal depositado; o Composição Química do metal depositado; o Sanidade do metal depositado – exame radiográfico.
- Embalagem;
- Identificação;
- Certificação;
- Garantias e Validade.
A classificação AWS refere-se a um consumível e a respeito do mesmo. Esta classificação permite com uma simples identificação fornecer informações sobre as suas propriedades mecânicas, a sua composição química, o seu tipo de revestimento e as suas características operacionais como o tipo de corrente de soldagem a ser empregado.
Podemos concluir que a especificação AWS determina a maneira exata, as características de um consumível, inclusive a maneira de classificá-lo e dá garantias sobre as suas propriedades enquanto que a classificação AWS apresenta uma maneira lógica de designar um consumível.
Os seguintes prefixos são utilizados nas classificações AWS:
E – ( E LECTRODE) refere-se a Eletrodo para soldagem a arco elétrico; R – ( R OD) refere-se à vareta para soldagem a oxi-gás; ER – refere-se a eletrodo nu (arame) ou vareta na soldagem a arco elétrico; F – ( F LUX) refere-se ao Fluxo para soldagem a arco submerso; Q – refere-se à Fita para soldagem a arco elétrico; C – ( C OMPOSITE) refere-se a eletrodo composto para a soldagem a arco elétrico;
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5. GASES DE PROTEÇÃO – AWS A5.
Os gases de proteção utilizados nos processos de soldagem a arco elétrico podem ser Inertes ou Reativos. Os gases de proteção inertes são os considerados que não reagem com o metal líquido da poça de fusão. Os gases inertes mais utilizados na soldagem são Argônio e Hélio.
Os gases de proteção reativos são os considerados que reagem com o metal líquido da poça de fusão, podendo alterar as propriedades metalúrgicas e mecânicas do metal de solda. Estes gases podem ser ativos ou redutores.
Os gases ativos utilizados na soldagem são o CO 2 - Dióxido de Carbono e Oxigênio. O gás redutor que pode ser utilizado na soldagem é o Hidrogênio - H 2.
A recente Especificação AWS A5.32 se aplica aos gases de proteção utilizados nos processos de soldagem GTAW , GMAW , FCAW e PAW ( P lasma A rc W elding).
Os gases de proteção podem ser de um único tipo de gás (puro) ou de mistura de gases. A AWS A5.32 identifica os componentes individuais dos gases como:
A – Argônio ; C – CO 2 - Dióxido de Carbono ; He – Hélio ; H – Hidrogênio ; N – Nitrogênio ; O – Oxigênio.
Os testes requeridos para a classificação dos gases de proteção são:
Pureza do Gás Ponto de Orvalho Composição da Mistura Gás Puro Requerida Requerida Não aplicável Mistura de Gases
Requerida* Requerida* Requerida
- Tratando-se de mistura de gases, cada gás individualmente deve apresentar os requerimentos de pureza e ponto de orvalho.
Os requerimentos de pureza e ponto de orvalho aplicados aos gases de proteção são apresentados na tabela a seguir:
Gás Classificação AWS
Gasoso/ Líquido
Pureza Mínima
Umidade Máxima
Temperatura Máxima de Ponto de Orvalho Argônio SG-A Gasoso 99,997 10,5 ppm -60°C Líquido 99,997 10,5 ppm -60°C CO 2 SG-C Gasoso 99,8 32 ppm -51°C Líquido 99,8 32 ppm -51°C Hélio SG-He Gasoso 99,995 15 ppm -57°C Líquido 99,995 15 ppm -57°C Hidrogênio SG-H Gasoso 99,95 32 ppm -51°C
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Líquido 99,995 32 ppm -51°C Nitrogênio SG-N Gasoso 99,9 32 ppm -51°C Líquido 99,998 4 ppm -68°C Oxigênio SG-O Gasoso 99,5 - -48°C Líquido 99,5 - -63°C
5.1 sistema de classificação AWS
A AWS utiliza os seguintes sistemas para classificação:
a) Gás Puro
SG – B
Onde SG – Gás de proteção ( S hielding G as). B – designa o tipo de gás.
b) Mistura de Gases
SG – B X - % para 2 gases; SG – B X Y - %/% para 3 gases; SG – B X Y Z - %/%/% para 4 gases;
Onde SG – Gas de Proteção. B – designa o gás principal. X – designa o segundo gás da mistura. Y e Z – designam o terceiro e quarto gás na mistura. % - designa a % do menor gás na mistura.
A tabela a seguir apresenta as Classificações AWS para as misturas típicas:
Classificação AWS Mistura Típica de Gás (%) Gases de Proteção SG-AC-25 75/25 Argônio + CO (^2) SG-AO-2 98/2 Argônio + Oxigênio SG-AHe-10 90/10 Argônio + Hélio SG-AH-5 95/5 Argônio + Hidrogênio SG-HeA-25 75/25 Hélio + Argônio SG-HeAC-7.5/2.5 90/7.5/2.5 Hélio + Argônio + CO (^2) SG-ACO-8/2 90/8/2 Argônio + CO (^) 2 + Oxigênio SG-A-G Especial Argônio + Mistura
Observação: Há uma tolerância de +/-10% para o gás de menor teor.
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O calor do arco dissocia CO 2 ĺ CO + O. Este oxigênio livre combinará com elementos que são transferidos através do arco e serão depositados na forma de óxidos ou escória. É necessário compensar esta atividade com boa quantidade de desoxidante no arame. O CO 2 é utilizado em GMAW com transferência em curto circuito ou globular ou em FCAW para a soldagem de aço carbono e baixa liga e aços inoxidáveis. É muito utilizado como mistura com Argônio, melhorando as suas características na soldagem, principalmente estabilidade do arco elétrico, modo de transferência e propriedades mecânicas. O CO 2 apresenta baixo custo.
c) SG-N – Nitrogênio: Não é recomendado para a soldagem de aços carbono e baixa liga. O nitrogênio é freqüentemente utilizado como gás de purga ou de proteção da raiz evitando contaminação com o ar atmosférico. Atualmente é utilizado em pequenas adições < do que 3% em combinação com Argônio nos processos GMAW e GTAW para a soldagem de aços inoxidáveis duplex.
c) SG-He – Hélio: É inerte. É usado para a soldagem que exige alto aporte de calor. Apresenta boa ação de molhagem da poça de fusão, profundidade de penetração e boa velocidade de soldagem. Hélio apresenta maior condutividade térmica e maior coluna do arco do que o Argônio. Apresenta maior tensão de arco, aumentando o aporte de calor, promovendo melhor fluidez e ação de molhagem da poça de fusão quando comparado com o Argônio. É uma vantagem quando utilizado para a soldagem de ligas não ferrosas, como alumínio, cobre e ligas de magnésio. Em GMAW apresenta apenas o modo de transferência globular. É utilizado em misturas de Argônio para melhorar a estabilidade do arco elétrico. O Hélio apresenta alto custo.
d) SG-AO – Argônio + Oxigênio: A adição de Oxigênio ao Argônio no processo GMAW melhora as características do arco elétrico e aumenta fluidez da poça de fusão pela redução da tensão superficial do metal de solda. O Oxigênio é um gás ativo que intensifica o arco plasma, aumentando o aporte de calor, velocidade de soldagem, profundidade de fusão e ação de molhagem. Em GMAW a adição de 1 a 8% de Oxigênio melhora a estabilidade do arco elétrico, aumenta a taxa de deposição das gotas, abaixa a corrente de transição para o modo Spray e influencia o formato do cordão de solda. A adição de Oxigênio não é utilizada em GTAW por promover a contaminação do eletrodo de tungstênio.
e) SG-AC – Argônio + CO 2 : A adição de CO 2 ao Argônio pode produzir uma larga faixa das características de soldagem, desde a transferência de curto circuito a arco spray.
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A dissociação de CO 2 melhora a estabilidade do arco e sua ação de molhagem. A condutividade térmica maior do CO 2 tende a aumentar a largura de fusão quando comparado com Argônio puro.
f) SG-AHe – Argônio + Hélio: Estas misturas freqüentemente são utilizadas na soldagem GTAW e GMAW de alumínio, aumentando a largura de fusão e melhorando a aparência do cordão de solda.
g) SG-AH – Argônio + Hidrogênio: Produzem uma atmosfera redutora. As misturas SG-AH-1, SG-AH-2 ou SG-AH-5 são usadas em GTAW, GMAW para a soldagem de níquel e aços inoxidáveis austeníticos. O Hidrogênio melhora a condutibilidade térmica, aumenta o aporte de calor auxiliando no aumento da velocidade de soldagem. A profundidade e largura de fusão são aumentadas, melhora a fluidez e ação de molhagem do metal de solda. Não se deve aplicar esta mistura para a soldagem de aços carbono e baixa liga podendo causar trincas e porosidade. Deve-se tomar cuidados especiais no manuseio do gás Hidrogênio, pois pode gerar facilmente mistura explosiva em combinação com o ar atmosférico.
5.4 comparativo das principais características entre os gases Argônio e Dióxido de Carbono
Variável e Características Argônio CO (^2) Comprimento do arco Maior Menor Potencial de ionização Maior Menor Perdas de temperatura do arco por radiação Maiores Menores Temperatura da poça de fusão Menor Maior Penetração Menor Maior Seção transversal do Arco Menor Maior Largura do cordão Menor Maior Altura do cordão Maior Menor Volume de gotas Menor Maior Freqüência de gotas por segundo Maior Menor Acabamento Melhor Pior Estabilidade do Arco Maior Menor Dureza do cordão Maior Menor Temperatura do metal líquido na poça de fusão Menor Maior
6. ELETRODOS REVESTIDOS AWS A5.1, A5.5 E A5.
Os eletrodos revestidos são compostos de duas partes, alma e revestimento.
A alma do eletrodo revestido para aço carbono, para aço de baixa liga e também para aço inoxidável do tipo sintético é a mesma.
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3. Mistura e aglomeração com silicato de sódio ou potássio. 4. Formação de um bloco homogêneo das matérias-primas do revestimento. 5. Prensa: a alma (vareta) e o bloco do revestimento são prensados juntos. 6. Acabamento do eletrodo revestido, fazer as pontas e identificação.
6.1 tipos de revestimento
De acordo com a composição química do revestimento do eletrodo, estes podem
ser ácidos, celulósicos, rutílicos ou básicos.
- revestimento ácido: seus principais constituintes são o óxido de ferro e sílica (SiO 2 ).
Os eletrodos ácidos podem ter pó de ferro na sua fórmula para aumentar o seu
rendimento. Estes eletrodos apresentam fácil soldabilidade e boas propriedades
mecânicas do metal de solda.
- revestimento celulósico: seus principais constituintes são matérias orgânicas, a
celulose. Apresenta uma formação de escória fina que permite realizar a soldagem em
todas as posições, inclusive na vertical descendente. Estes eletrodos são de alta
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penetração e sempre são indicados para a soldagem de passe de raiz. Estes eletrodos
têm boa soldabilidade e são indicados para a soldagem de tubulação.
- revestimento rutílico: o principal constituinte deste revestimento é rutilo, mineral que
apresenta grande quantidade de dióxido de titânio (TiO 2 ). Estes eletrodos apresentam
fácil soldabilidade em qualquer posição de soldagem, o arco elétrico é muito estável
mesmo em corrente alternada. A escória é de fácil remoção e as soldas têm bom
acabamento.
- revestimento básico: os principais elementos deste revestimento constituem de cálcio
(CaCO 3 e CaF 2 ), que são elementos refratários. Podem ainda conter pó de ferro para
aumentar o seu rendimento. Este revestimento caracteriza-se por apresentar excelentes
propriedades mecânicas, incluindo tenacidade à baixa temperatura. Apresentam também
baixo teor de hidrogênio (H 2 ) do metal de solda. Este revestimento é higroscópico, ou
seja, têm facilidade em absorver umidade e prejudicar as suas características
operacionais, por isso é necessário cuidado com o seu armazenamento. Exigem que os
soldadores sejam devidamente treinados e qualificados para utilizarem eletrodos com
este tipo de revestimento.
6.2 Especificação AWS A5.
A Especificação AWS A5.1 se aplica a eletrodos revestidos de aço carbono. O critério
empregado para a classificação dos eletrodos é:
- tipo de corrente de soldagem;
- tipo de revestimento;
- posição de soldagem;
- propriedades mecânicas do metal de solda.
Os ensaios requisitados para estes eletrodos são:
- Análise química em 4 camadas de solda (weld pad),
- Conjunto soldado em chanfro para avaliar a sanidade do metal depositado e propriedades mecânica,
- Solda de filete para avaliar a usabilidade do eletrodo.
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O sistema de classificação obrigatório é:
E XX YY
E – designa Eletrodo;
XX – designa limite de ruptura do ensaio de tração na unidade de Ksi (1000 psi); Estes
dígitos podem ser 60 ou 70 e significam:
Classificação Limite de Ruptura Limite de Escoamento Alongamento Ksi MPa Ksi MPa A%
E 60XX 60 414 48 331 22 E 70XX 70 482 58 399 22
Observações:
- O Eletrodo E6013 especifica o mínimo A = 17%;
- O Eletrodo E6022 não é especificado o limite de escoamento e alongamento mínimos;
- O Eletrodo E7014 e E7024 especifica o mínimo A = 17%.
Y – designa posição de soldagem; Estes dígitos significam:
Classificação Posição de Soldagem
E601Y ou E701Y Todas as posições. E602Y ou E702Y Posição plana e horizontal. E7048 Todas as posições mais a vertical descendente.
YY – tipo de revestimento e tipo de corrente de soldagem. A tabela 1 apresenta as
informações necessárias sobre estes dígitos.
O sistema opcional desta especificação para classificação é:
E XX YY – 1 HZ R,
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1 – designa requerimentos especiais de impacto para os eletrodos E7016, E7018 e para
o E7024 designa requerimento especial de ductilidade.
HZ – designa eletrodo com requerimentos de teste de hidrogênio difusível.
R – designa que o eletrodo encontra requerimentos de teste de umidade absorvida.
Tabela 1: Tipo de Revestimento e Tipo de Corrente, dígitos YY.
YY Tipo de
Corrente
Tipo de Arco Penetração Revestimento Teor de Hidrogênio 10 CC +^ Forte Spray^ Profunda^ Celulósico.^ Silicato^ de Sódio.
Alto 20ml/100g 11 CC+ / CA Forte Spray Profunda Celulósico. Silicato de Potássio.
Alto 20ml/100g 12 CC- / CA^ Médio Spray^ Média^ Rutílico.^ Silicato^ de Sódio.
Médio 15ml/100g 13 CC+ - / CA Suave Spray Pouca Rutílico. Silicato de Potássio.
Médio 15ml/100g 14 CC+ - / CA^ Suave Spray^ Média^ Rutílico.^ Silicato^ de Potássio, 25-40% Pó Ferro.
Médio 15ml/100g
15 CC+^ Médio Globular^ Média^ Básico.^ Silicato^ de Sódio.
Baixo 2 ml/100g 16 CC+ / CA^ Médio Globular^ Média^ Básico.^ Silicato^ de Potássio.
Baixo 2 ml/100g 18 CC + / CA^ Médio Globular^ Média^ Básico.^ Silicato^ de Potássio, 25-40% Pó de Ferro.
Baixo 2 ml/100g
19 CC + - / CA^ Suave Spray^ Alta^ Rutílico^ e^ Ácido. Silicato de Potássio.
Médio 15ml/100g 20 CC + - / CA^ Suave Spray^ Alta^ Ácido.^ Silicato^ de Potássio.
Médio 15ml/100g 22 CC - / CA^ Suave Spray^ Alta^ Ácido.^ Silicato^ de Potássio.
Médio 15ml/100g 24 CC + - / CA^ Suave Spray^ Média^ Rutílico.^ Silicato^ de^ Médio
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E7018/28: eletrodo básico, com Baixo H 2 no metal de solda. E7018 oscila de 25 a 40%
pó de ferro.
E7028 oscila 50% pó de ferro. Posição plana e horizontal filete. CC+ e CA.
E7048: eletrodo básico similar ao E-7018, formulado para posição vertical descendente.
E6019: eletrodo formulado com minério ilmenita, (TiO3.Fe2O3). Apresenta característica
intermediária entre os E-6013 e E-6020. CC-+ e CA. As soldas apresentam bom
acabamento e remoção escória autodestacável.
E6020/27: eletrodos ácidos. CC- e CA. Apresenta boa soldabilidade. É indicado para as
posições de soldagem plana e horizontal. E-6027 com adição de pó ferro de 50%.
E6022: eletrodo similar ao E6020. É indicado para soldagem em alta velocidade e alta
deposição em juntas de topo e sobrepostas. Posição plana e horizontal de filete.
6.3 Especificação AWS A5.
A Especificação AWS A5.5 se aplica a eletrodos revestidos de aço carbono de baixa liga.
Esta especificação se assemelha a AWS A5.1, com adicional requerimento de
obrigatoriedade de análise química do metal depositado.
O critério empregado para a classificação dos eletrodos é:
- tipo de corrente de soldagem;
- tipo de revestimento;
- posição de soldagem;
- análise química do metal depositado;
- propriedades mecânicas do metal de solda.
Os ensaios requisitados para estes eletrodos são idênticos aos da especificação AWS
A5.1:
- Análise química em 4 camadas de solda,
- Conjunto soldado em chanfro para avaliar a sanidade do metal depositado e propriedades mecânicas,
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- Solda de filete para avaliar a usabilidade do eletrodo.
O sistema de classificação obrigatório é:
E (X)XX YY – X
E – designa Eletrodo;
(X)XX – designa limite de ruptura do ensaio de tração na unidade de Ksi (1000 psi);
Estes dígitos podem ser 70, 80, 90, 100, 110 ou 120 e significam:
Classificação Limite de Ruptura Limite de Escoamento Alongamento Ksi MPa Ksi MPa A% E 70XX-X 70 480 57 390 22 E 80XX-X 80 550 67 460 19 E90XX-X 90 620 77 530 17 E100XX-X 100 690 87 600 16 E110XX-X 110 760 97 670 15 E120XX-X 120 830 107 740 14
Observações:
- É conveniente para cada eletrodo verificar exatamente a faixa de propriedades mecânicas requeridas. A tabela acima registra os valores genéricos para as classes de propriedades mecânicas.
Y – designa posição de soldagem; Estes dígitos significam:
Classificação Posição de Soldagem E(X)XX1Y-X Todas as posições. E(X)XX2Y-X Posição plana e horizontal.
YY – tipo de revestimento e tipo de corrente de soldagem. Estes dígitos são idênticos a
AWS A5.1 sendo eletrodos ácidos, básicos, celulósicos ou rutílicos.
