Processo de Soldagem com Eletrodo Revestido, Notas de aula de Mecatrônica

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ESCOLA DE ENGENHARIA DE PIRACICABA

FUNDAÇÃO MUNICIPAL DE ENSINO

Grupo 2

Processos de Fabricação I

Processo de Soldagem com Eletrodo Revestido

Gustavo M. R. Kobayashi 250080574

Conrado A. Laperuta 250080569

Fernando Fischer 250080578

Marcos Aníbal Da Cunha 250080587

Leonardo Fenato Mariani 264080580

Silvio Alcantara de Almeida 250080592

Prof. Antonio Fernando Godoy

Relatório da Aula Prática de Soldagem da Disciplina Processos de Fabricação I

Escola de Engenharia de Piracicaba

1. Objetivo da Prática

Mostrar o funcionamento do processo de soldagem ao arco elétrico com eletrodo revestido. Os alunos deverão observar todo o processo desde a preparação do equipamento como do material a ser soldado. É importante observar também as questões relacionadas a segurança, principalmente por se tratar de equipamento que exige uma série de cuidados em função de produtos gerados como fumos, gases, arco elétrico e radiação.

2. Introdução

2.1 Soldagem de Arco Submerso

A Solda de Arco Submerso, ou SAW (Submerged-Arc Welding), é um processo de solda em que o metal a ser fundido é aquecido através de um arco elétrico gerado entre o arame de soldagem e a peça. Nesse tipo de soldagem o arco elétrico não é visível pois ocorre sobre uma camada de um material granulado, conhecido como fluxo. Esse fluxo impede a geração de faíscas, respingos ou fumos. Conseqüentemente, a utilização de equipamentos de segurança contra a radiação se torna desnecessário, desde que seja devidamente executada. Como o fluxo é constituído de um material granulado, ele acaba delimitando o processo de soldagem a posição horizontal e com filetes planos. Com equipamentos e técnicas especiais este tipo de solda pode ser executada na posição vertical em ângulo, mas nunca acima do operador. O fluxo tem a função de proteger a solda, isolar termicamente a poça de soldagem e fornecer desoxidantes ou elementos de liga. Esse fluxo pode ser feito de diferentes materiais, sendo os mais comuns cal, sílica, óxidos de manganês e fluoreto de cálcio. Quando frio, o fluxo é um elemento não condutor, mas quando a solda se inicia, ele derrete e transfere parte da corrente para a poça de soldagem. Quando resfriado, ele forma uma camada de escoria dura, vítrea e de fácil remoção sobre o deposito. Ao se soldar, deve se constar se o fluxo possui um ponto de fusão menor do que o metal a ser soldado para garantir que não tenha partículas solida retidas no metal soldado solidificado. Ele não interfere com a soldagem pois é mais leve que o metal da poça de soldagem, ficando sobre sua superfície, e possui viscosidade baixa o suficiente para “acompanhar” poça, mas não baixa o suficiente para derramar da poça. Como a corrente é aplicada ao eletrodo em uma distância curta acima de sua ponta, ele consegue suportar altas correntes em eletrodos pequenos, gerando uma alta densidade de corrente. Isso afeta a taxa de derretimento do material assim como a profundidade da solda. Como o material

derrete mais rapidamente e a solda consegue penetrar mais profundamente, é possível utilizar canais mais estreitos para realizar a solda, diminuindo a quantidade de material utilizado e a velocidade de trabalho é maior. Soldas mais rápidas minimizam a quantidade de calor fornecida, reduzindo problemas de distorção por calor. Mesmo soldas relativamente fundas podem ser soldadas de uma única vez pela solda SAW. A SAW pode ser feita tanto com corrente alternada (CA) ou corrente continua (CC). CC possibilita um melhor controle da borda, da penetração e velocidade da solda, e o arco se inicia mais fácil. O controle da borda e máxima penetração são possíveis com a CC de polaridade reversa (eletrodo positivo), enquanto que mínima penetração e maior deposito de consumível se da com CC de polaridade direta. CA minimiza o arco magnético e possui uma penetração entre a de CC de polaridade direta e CC de polaridade reversa. Os métodos de solda podem ser:

• Semi-Automático: consiste de um equipamento que fornece o arame de solda, enquanto que o operador necessita iniciar o arco, guiar a solda e ajustar a velocidade de soldagem manualmente. O cabeçote pode ser complementado com um dispositivo que ajusta a velocidade e a direção, aliviando o operador para monitorar o processo.
• Automático consiste em um cabeçote que inicia o arco, guia a solda e controla a velocidade. Ele pode trabalhar com até dois arames ao mesmo tempo, sendo os dois fornecidos pelo mesmo cabeçote e fornecidos corrente e tensão no mesmo gerador. O cabeçote pode ser estacionário com a placa a ser soldada movendo, ou esta parada e o cabeçote movendo.
• Arames Múltiplos: consiste de dois ou três cabeçotes soldando no mesmo canal em seqüência, sendo cada cabeçote alimentado separadamente. Este é utilizado para obter-se maiores velocidades de soldagens.
• Solda com Chanfro Estreito: consiste de soldagem de peças com espessura superior a 50 mm e abertura entre 13 e 25 mm, com ângulo de chanfro de 0 a 8º. Este tipo de solda requer um tipo especial de fluxo, que facilita remoção da escoria.
• Adição de Arame Quente: consiste em empregar a corrente inteiramente para aquecer o arame injetado e não para fundir o metal de base ou o fluxo. Possui bom deposito de solda, sem alterar as propriedades da solda, e sem a necessidade de equipamentos adicionais.
• Adição de Pó Metálico: consiste em adicionar um pó metálico a poça de soldagem, o adicionando a frente da poça, diretamente sobre ela ou pelo campo magnético gerado em torno do arame. Proporciona uma melhor aparência do cordão, reduz a penetração e diluição. Ao se soldar com SAW, há certas precauções no preparo do material para evitar a porosidade do pós-solda. Essa porosidade ocorre em conseqüência de gases que ficaram alojados

flux, passando então por roletes de fechamento. Ela ainda pode ser trefilada ou laminada, para redução de diâmetro. Na solda, a proteção pode ser gasosa aplicada externamente pelo maquinário ou o eletrodo pode gerar sua popria proteção pela decomposição do fluxo, ou ambos. Diferentemente da SAW, a soldagem com arame tubular possibilita a visão do arco elétrico, necessitando que o operador utilize equipamento de segurança. A deposição do metal ocorre de quatro formas distintas:

• Curto-Circuito: utilizado com correntes baixas, onde o eletrodo toca a poça de soldagem, criando um curto-circuito que eleva a corrente e derrete a ponta do eletrodo. Possui baixa taxa de deposição, recomendado para chapas finas.
• Transferência globular: utilizado com correntes elevadas. O eletrodo é aquecido de modo a derreter gerando grandes gotas de metal, que nem sempre serão direcionadas a poça de soldagem, gerando bastante respingo. Possui alta taxa de deposição.
• Aerossol: utilizado com uma corrente acima do valor critico referente ao diâmetro do eletrodo. É necessário soldar com um comprimento constante de arco, que ira gerar gotículas projetadas a poça de soldagem através do arco. Esse tipo de deposição é estável e livre de respingos.
• Arco Pulsado: utilizado com um arco pulsado e uma corrente média baixa. Quando o arco é nulo, uma corrente de fundo mantém o arco aberto, mas sem a deposição de metal. Por utilizar uma corrente média baixa, a geração de calor e a deposição são mais facilmente controladas. Uma vantagem em relação ao SAW é a possibilidade de se realizar a solda em várias posições sem a necessidade de equipamento especial. Os processos de soldagem são semi-automático e automático. As vantagens do processo são:
• Altas taxas de deposição, penetração e operação;
• Tempo reduzido de instrução e treinamento de operador;
• Versatilidade do processo; As vantagens do processo com proteção gasosa são:
• Alta ductibilidade e reprodutibilidade;
• Baixo custo do gás; As vantagens do processo com auto-proteção proteção são:
• Alguns eletrodos produzem soldas com boa resistência a rachaduras;
• Não há a necessidade de gás;
• Cabeçote simples, leve e adaptável para utilização em lugares pequenos;
• Eletrodos mais finos que podem soldar em qualquer posição;
• Não afetado por correntes de ar;

3. Descrição da Prática

3.1 Materiais Utilizados

• Fonte de Energia (Transformador);
• Porta Eletrodo;
• Eletrodo Revestido;
• Cabos (Elétricos) de Soldagem;
• Chapa de aço
• Equipamentos de Segurança (máscaras, luvas e jaleco de couro).

3.2 Método

O processo de soldagem com eletrodo revestido iniciou-se com uma breve apresentação sobre o equipamento, como a fonte de energia a ser utilizada. Foi verificado que para a formação do arco elétrico, pode-se utilizar tanto corrente alternada quanto corrente contínua. No caso do processo utilizando eletrodo revestido, foi utilizado um transformador de corrente alternada. Foi explicada a questão de polaridade entre o eletrodo e a peça a ser soldada, onde foi observado que no local em que a polaridade é positiva há um maior aquecimento, melhorando assim a fusão entre o material do eletrodo e peça a ser soldada. Depois da apresentação das questões de fonte de energia e polaridade, foram explicados os tipos de eletrodo para determinados materiais (aço, aço inox, ferro fundido, alumínio, entre outros) a serem soldados, bem como a nomenclatura (números) que cada tipo recebe. Através da numeração têm-se informações sobre as propriedades mecânicas do eletrodo (tração e compressão) que essa solda pode sofrer; as posições de soldagem (vertical, horizontal, sobre a cabeça, entre outras), bem como a natureza da corrente que deverá ser aplicada ao eletrodo. Ao escolher a peça a ser soldada e o eletrodo realizamos o procedimento de ponteamento, que nada mais é que a realização de dois pontos de soldas, evitando qualquer tipo de desalinhamento ou empenamento das chapas. Com as chapas já bem fixadas, foi iniciado o cordão de solda. O espaçamento entre as chapas é diretamente ligado ao diâmetro do eletrodo utilizado. Como todo cordão de solda realizado, há certo movimento a ser feito, com as mãos, durante o processo de soldagem. Geralmente o movimento realizado é um tipo de “ziguezague” ou em forma de escamas de peixe, garantindo a fusão completa da solda. Muitas vezes, após a realização do cordão de raiz, a chapa é virada e é realizado mais um cordão de solda, também para garantir uma boa fusão de solda.

6.3. Explique os processos de transferência metálica da gota fundida que ocorrem do eletrodo para a peça?

R- O arco elétrico estabelecido é envolvido por um campo de gás. Dentro do campo de gás o calor provocado pelo arco elétrico faz com que o eletrodo seja fundido, assim a gota fundida é depositada na peça.

6.4. Cite pelo menos 05 funções do revestimento do eletrodo. Cite ainda exemplos da sua composição.

R- Função Elétrica – o revestimento do eletrodo é um material com pouca conductividade, ou seja, isola o eletrodo de possiveis arcos elétricos indesejaveis. Proteção do Gasosa – a decomposição do revestimento durante a soldagem libera alguns gases que formam uma proteção sobre a poça de soldagem, impedindo que haja a formação interna de bolhas de gás que provocariam rachaduras com o resfriamento da solda. Adição de Elementos de Liga – em certas soldas é necessário adicionar certos elementos no revestimento para compensar a perda durante a soldagem. Função da Escória – a escória funciona como fluxo, dando proteção adicional à poça de soldagem, e diminuindo a velocidade de resfriamento, permitindo o escape de gases. Função Mecânica – certas propriedades mecânicas como alta ductibilidade e aumento de resistência mecânica podem ser incorporadas com a adição de elementos de liga ao revestimento.

6.5. Comente sobre a soldagem enquanto processo de fabricação voltada a recuperação (manutenção) de peças.

R- A soldagem como recuperação de peças é um processo de baixo custo, podendo ser utilizada para reparação de trincas, união de peças, preenchimentos de cavidades causadas por desgaste fisico ou, no caso da fundição em especifico, preenchimento de vazio ocasionado durante a fabricação.

6.6. Explique o que é tensão em vazio.

R- A tensão em vazio é a tensão necessária para gerar a corrente de curto-circuito para a abertura do arco.

6.7 Explicar como é o processo/seqüência de soldagem das peças do desenho a seguir.

Desenho das peças da questão 6. Peça nº 01 45°

200

20

100

R- Primeiramente é preciso os equipamentos de segurança como máscara de solda e uma roupa adequada não inflamável. O eletrodo deve ser escolhido de acordo com o o tipo de material a ser soldado e a espessura. Prende-se as peças a serem soldadas a mesa de trabalho, conectando o terminal negativo da fonte a mesa. A solda das peças é iniciada com a soldagem das extremidades, para que durante o processo as peças não se movimentem e estraguem a solda. Com isso, é feita a soldagem completa das peças. O eletrodo precisa ser manipulado linearmente mantendo sempre a mesma distância da peça, para que o arco elétrico ocorra sem falhas. Após a soldagem de um lado, a peça deve ser virada e a solda pode ser feita sem a soldagem das extremidades. A cada troca de eletrodo ou o términio da soldagem, deve-se escovar a peça com uma escova de aço de modo a remover-se a escória.

7. Conclusão

Durante a prática, foi apresentado o equipamento de soldagem com eletrodo revestido e questões de armazenamento de eletrodo. Quanto ao material a ser soldado, ele já estava pronto para a soldagem, não mostrando questões de preparação como a abertura dos chanfros e a limpeza da peça. As questões de segurança foram seguidas, com a utilização de mascaras para todos que estavam observando e luvas e avental para quem soldava.

Referências Bibliográficas

WILCOX, D. V., JACKSON, C. E., REYNOLDS, S. D. JR., et al. Welding Handbook : Welding, Cutting and Related Processes. London : American Welding Society, 1971. 5v.

BONGIO, E. Principles of Industrial Welding. Cleveland : The James F. Lincoln Arc Welding Foundation, 1978. 250p.