Soldagem a Arco Elétrico com Eletrodo Revestido: Processo, Defeitos e Controle, Teses (TCC) de Tecnologia de Soldagem

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Eunápolis 2022

DONHES SANTOS SOARES

UNOPAR (UNIVERSIDADE NORTE DO PARANÁ)

POSSÍVEIS DEFEITOS EM JUNTAS SOLDADAS A ARCO ELÉTRICO

COM ELETRODO REVESTIDO E COMO IDENTIFICA-LOS

Eunápolis 2022

POSSÍVEIS DEFEITOS EM JUNTAS SOLDADAS A ARCO ELÉTRICO

COM ELETRODO REVESTIDO E COMO IDENTIFICA-LOS

Trabalho de Conclusão de Curso II apresentado como requisito parcial para a obtenção do título de graduação em Engenharia Mecânica da UNOPAR - Universidade Norte do Paraná. Orientadora: Prof. Camille Chaves Vicente

DONHES SANTOS SOARES

“Porque quando estou fraco então sou forte.” (Paulo de Tarso)

RESUMO

O processo de soldagem se tornou algo de extremamente importância nos dias atuais, se tornando indispensável nas grandes fabricas como também nas pequenas oficinas de reparo. Desde o inicio do processo de soldagem a arco elétrico, quando teve sua descoberta no início do século XIX, a soldagem passou por importantes avanços e foi alavancada pela revolução industrial. No ano de 1885, foi desenvolvido a soldagem por arco elétrico usando eletrodo de grafite e que tempos depois foi substituído por um arame metálico, e décadas depois se tornaria o processo de solda mais popular entre todos até os dias atuais. O processo de soldagem a arco elétrico também conhecido como SMAW (Shielded Metal Are Welding), nada mais é que a abertura e manutenção de um arco elétrico entre o eletrodo e a peça a ser soldada, isso faz com que o eletrodo se funde simultaneamente a peça; de modo que esse metal do eletrodo ao ser fundido seja transferido para a peça, formando uma poça fundida, que é protegida da atmosfera (0 2 e N 2 ) pelos gases de combustão do revestimento do eletrodo. Já o metal que é depositando e as gotas ejetadas do mesmo metal fundido recebem uma proteção por meio do banho da escoria, isso por meio da queima de alguns componentes do revestimento. Para que uma junta soldada ofereça a qualidade e segurança do processo é necessário seguir alguns parâmetros como, intensidade da corrente, tipo do metal a ser soldado, espessura do eletrodo, limpeza da peça e durante o processo manter a distancia correta entre o eletrodo e peça para que a poça de fusão se mantenha através do arco elétrico, evitando assim que as descontinuidades gere defeitos na peça. Palavras-chave: Arco elétrico. Eletrodo revestido. Soldagem. Inspeção.

• 1 INTRODUÇÃO .........................................................................................................
• 2 PROBLEMA DE PESQUISA ....................................................................................
• 2.1 JUSTIFICATIVA ....................................................................................................
• 2.2 OBJETIVO GERAL ................................................................................................
• 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................
• 3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ..............................................................................
• 3.1 Processo de soldagem ..........................................................................................
• 3.2 Ciclo térmico e seus efeitos .................................................................................
• 3.3 Inspeções de soldagem .......................................................................................
• 3.4 Códigos e normas ...............................................................................................
• 3.5 Segurança na soldagem: equipamento de proteção individual (EPI)..................
• 4 METODOLOGIA UTILIZADA ................................................................................
• 5 RESULTADOS E DISCURSÕES ...........................................................................
• 6 CONCLUSÃO ........................................................................................................
• 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .....................................................................
• 8. CRONOGRAMA ....................................................................................................
• FIG. 1: Soldagem com adição de material .................................................................. LISTA DE FIGURAS
• FIG. 2: Soldagem sem adição de material ..................................................................
• FIG. 3: Painel visual de amperagem .........................................................................
• FIG. 4: Soldagem em área aberta .............................................................................
• FIG. 5: Soldagem em área fechada ..........................................................................
• FIG. 6: Máscara de proteção (respirador PFF2) .......................................................

1 INTRODUÇÃO

A soldagem é o processo de união de duas peças ou mais através da utilização do calor gerado através de uma corrente elétrica, é um processo muito utilizado na atualidade, apesar de muito recente, tendo um grande avanço a partir da revolução industrial final do século XIX. Neste trabalho estarei através da pesquisa bibliográfica expondo a importância do processo de soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido, seus grandes avanços e assim também os cuidados necessários para uma solda de qualidade, como também a importância do controle de qualidade. O processo de soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido é o mais comum de ser encontrado, pois é de fácil manuseio e aplicação, permitindo que o soldador seja independente de gases de proteção e pode trabalhar com facilidade ao ar livre, mesmo em algumas condições climáticas adversas, como chuva ou vento, veremos que através do grande crescimento nos últimos anos da sua aplicação nos diversos ramos das industrias, fabricas, construção civil, construção naval, eletrônica, aeronáutica e etc. hoje é possível ver a aplicação de união por soldagem em quase todos os locais que costumamos frequentar, como por exemplo: móveis e eletrodomésticos podendo ser observado em uma simples cadeira, mesa ou fogão, estando muito presente também na construção de imóveis desde pequenas casas até grandes edifícios, e fabricas de veículos desde uma bicicleta até um enorme caminhão. Com o aumento da aplicação do processo de soldagem, se tornou necessário um rigoroso controle de falhas nesses processos, fazendo com que seja evitado prejuízos que podem ser uma pequena perda de material como também um grande acidente podendo envolver grandes prejuízos financeiros ou até mesmo perdas de vidas humanas. As indústrias têm trabalhado constantemente para se manterem competitivas no mercado, com isso buscam maior qualidade e menor preço nos seus produtos, e já que os processos de soldagem passaram a representar boa parte dos gastos para essas empresas, houve a necessidade do aprimoramento dos processos (SCHWEDERSKY et al.,2011). Sendo assim uma falha, ou trinca em uma união soldada se não for detectada e corrigida através do processo de controle, pode levar a grandes consequências tanto ao fabricante como também ao equipamento.

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1 Processo de soldagem Soldagem é o processo de união localizada de metais ou não-metais, por meio da fusão ou não das peças. (MACHADO, 1996). Os processos de soldagem em união de peças são muito variados, podendo ser definido conforme analises dos tipos de material utilizado, definindo assim a soldabilidade do mesmo, resistência do material, possíveis deformações durante o processo de soldagem, alteração da macro e microestrutura do material como também do cordão de solda, acabamento e aplicação da peça. Entre os tipos de soldagem podemos citar o tipo de soldagem com adição de material, como também o sem adição de material, o qual ocorre através da fusão dos materiais a serem soldados. Podemos observar exemplos dos dois tipos de soldagem nas imagens a seguir: FIG. 1 FIG. 2 Com adição de material: Sem adição de material: Os processos de soldagem são utilizados por todo o mundo, e em diversos ramos é comum a utilização da soldagem para a união de peças, e para esses processos de união de peças há diversos tipos de soldagem, desde uma soldagem simples como a arco elétrico com eletrodos revestidos (SMAW), que também é conhecida como soldagem manual a arco elétrico, que consiste na utilização de calor através de um arco elétrico mantido entre a extremidade de um eletrodo revestido e a peça, como também um dos métodos mais avançados da atualidade, a soldagem a plasma, essa quando é adicionado níveis elevados de energia na forma de calor ao gás,

assim ocorre a ionização que se torna eletricamente condutor, assim é formado o plasma que traz como principal característica a de transportar corrente elétrica, o plasma é considerado o quarto estado da matéria. Segundo MACHADO (2006) a união soldada precisa ser tão resistente quanto as peças que estão sendo unidas, isso faz com que fique claro que para uma união por junto soldada de qualidade, seja preciso uma analise do material a ser unido, sendo necessário saber qual a estrutura do material, sua resistência na aplicação esperada, saber se o material de adição é compatível com o material que está recebendo a solda, isso tudo influência diretamente a soldabilidade do material e o resultado final da peça. A Sociedade Americana de Soldagem (AWS) vai definir soldabilidade como “a capacidade de um material ser soldado nas condições de fabricação impostas por uma estrutura específica projetada de forma adequada e de se comportar adequadamente em serviço”. A grande maioria das ligas metálicas podem ser soldadas, porém algumas são muito mais difíceis de serem soldadas, se comparadas ao mesmo processo que outras. Já quando se fala de desempenho desejado para uma junta soldada, isso vai depender diretamente da aplicação a qual a peça está sendo destinada. Sendo assim, para determinar a soldabilidade de um material, é necessário e indispensável considerar o processo e procedimento de soldagem e a sua aplicação. É fundamental também conhecer bem o material a ser soldado, o projeto da solda e da estrutura e as exigências de serviço (carga, ambiente, exposição etc). (APOSTILA – TECNOLOGIA DA SOLDAGEM CETEPS-MG, 2016). A soldagem com eletrodos revestidos é um processo comumente utilizado na indústria na soldagem do aço. A energia para a fusão é proveniente do arco voltaico gerado entre a extremidade do eletrodo e a peça. A alimentação e o controle da velocidade de soldagem são manuais e dependem puramente da habilidade do soldador. A fusão do revestimento do eletrodo forma uma camada líquida que cobre a poça de fusão. Durante esta fusão também são liberados gases que, juntamente com a escória líquida, protegem a poça de fusão da contaminação. 3.2 Ciclo térmico e seus efeitos: A soldagem, principalmente nos processos por fusão, é caracterizada por um aquecimento localizado das peças, permanecendo o restante destas peças em temperaturas muito inferiores. Essas regiões aquecidas tendem a se dilatar, mas

Uso de eletrodo incompatível com a peça: o profissional de soldagem precisa conhecer o processo e os componentes influenciadores do processo, a espessura do eletrodo está diretamente ligada a espessura da peça a ser soldada, como também com o cordão de solda final. Sendo assim é necessário que este profissional conheça os códigos existentes em cada eletrodo e saber dimensionar corretamente o material correto para o serviço correto. Para melhorar o entendimento traremos a seguir exemplos de classificação dos eletrodos revestidos segundo a (AWS) American Welding Society: considere o seguinte eletrodo E6013-X. 1- A letra “E” indica que este é um eletrodo 2- Após a letra “E” temos dois dígitos (60) indica a resistência a tração do eletrodo, lembrando que a resistência a tração é medida em psi, também é multiplicado por 1000. Neste caso que apresentamos a resistência a tração deste eletrodo revestido é de 60.000 psi. 3- Em seguida temos o numero 1 este indica a posição de soldagem. Sendo assim este eletrodo revestido pode ser soldado na posição plana, vertical e horizontal. 4- O numero “3” fornecido, indica sobre o tipo de revestimento como também a corrente usada no processo. 5- E por fim o “X” traz informações sobre especificações adicionais de um eletrodo, e é usado apenas quando há alguns recursos complementares. Ângulo incorreto do eletrodo: Este de trabalho influencia tanto em facilitar o processo de soldagem com também no resultado final, saber qual o ângulo ideal na soldagem com eletrodo revestido está diretamente ligado a posição da peça ou do soldador, continuidade e velocidade de soldagem. Por isso é necessário o conhecimento e habilidade do profissional que irá executar a solda. União de peças de matérias e ligas diferentes: Para uma solda de qualidade é necessário o conhecimento do equipamento utilizado no processo, porém é também necessário conhecer qual material a ser soldado, pois isso servirá para indicação do eletrodo correto como também os parâmetros de soldagem a ser usados. Soldar um material de ligas diferentes pode gerar riscos e prejuízos, pois pode através do aquecimento da peça perder alguma propriedade ou elevar algumas dessas

propriedades. Então para que a qualidade da solda seja a esperada e a peça soldado corresponda dentro do exigido é necessário ter o controle em conhecer quais materiais estão sendo unidos, em alguns casos é necessário a execução de ensaios catalográficos no material da peça ser unida. Velocidade elevada de deslocamento: É necessário o profissional entender as influências do não controle na velocidade da solda, sabendo que elevara a velocidade em alguns casos deixará o cordão de solda com pequena espessura diminuindo assim sua resistência, ou até mesmo causando descontinuidade no processo, favorecendo para contaminação da solda através da escória, e/ou deixando pequenas fissuras que ao aplicar a tração de trabalho na peça ocasionará no rompimento da solda. Quando também a solda é executada com velocidade abaixo da necessária corre o risco de contaminação pois é gerado um acumulo elevado da escoria da solda, causando o enfraquecimento da mesma e gerando um elevado número de respingo influenciando tanto na resistência como também na estética do cordão de solda. Sendo assim é necessário o controle da velocidade sempre alinhando o conhecimento com indicações do fabricante e parâmetros indicados no projeto de soldagem. Deformação: A peça soldada ela sofre um aquecimento através do arco elétrico e durante esse aquecimento pode gerar deformações na peça soldada, isso se dá muitas vezes, pelo fato do local da solda se expandir porem parte da peça não teve o aquecimento uniforme, podendo causar deformação na peça. Já no cordão de solda costuma surgir deformação quando este é submetido ao resfriamento rápido causando uma contração na região de solda, podendo gerar deformações como: trincas, diminuição da zona soldada e quando submetida a carga a peça pode estar contraída facilitando o rompimento da junta soldada. Parâmetros de soldagem Para Kejelin (2006) Caso os parâmetros necessários para a soldagem forem ignorados durante o processo, perde se o controle da qualidade e do resultado do serviço executado, podendo assim gerar alguns possíveis problemas. Esses problemas nas soldas podem aparecer como descontinuidades como vazios, trincas, material incluso, etc. Três tipos de problemas inter-relacionados devem ser

ao tamanho da solda e outras relacionadas à presença de descontinuidades na solda. O tamanho de uma solda pode ser extremamente importante, pois pode muitas vezes se relacionar diretamente à força da solda e ao desempenho associado; as soldas de tamanho menor podem não suportar tensões aplicadas durante o serviço. Essas são imperfeições dentro ou adjacentes à solda, que podem ou não, dependendo de seu tamanho e / ou localização, impedir que a solda atinja o desempenho pretendido. Normalmente, essas descontinuidades, quando de tamanho ou localização inaceitáveis, são chamados defeitos de soldagem é, às vezes, podem causar falhas prematuras na solda através da redução da resistência da solda ou através da produção de concentrações de tensão no componente soldado. Quando você deve realizar uma inspeção? A inspeção de soldagem pode ser realizada por vários motivos. Talvez a razão mais fundamental seja determinar se a solda é de qualidade adequada para a aplicação pretendida. Para avaliar a qualidade de uma solda, precisamos primeiro de alguma forma de bloco de medição com o qual comparar suas características. É impraticável tentar avaliar a qualidade de uma solda sem alguma forma de critério de aceitação especificado. Os critérios de aceitação da qualidade da solda podem se originar de várias fontes. O desenho / impressão azul da fabricação da soldagem normalmente fornece tamanhos de solda e possivelmente outras informações dimensionais da soldagem, como comprimento e localização das soldas. Esses requisitos dimensionais foram geralmente estabelecidos por meio de cálculos de projeto ou retirados de projetos comprovados que atendem aos requisitos de desempenho da conexão soldada. 3.1 Códigos e normas Níveis ou quantidades aceitáveis e inaceitáveis de descontinuidades de solda para inspeção de soldagem são geralmente obtidos de códigos e normas de soldagem. Segundo a NBR-8800:1986 os processos de soldagem e as técnicas de execução de estruturas soldadas devem ser conforme a norma AWS D1.1 – Structural Welding

Code da American Welding Society. Os códigos e padrões de soldagem foram desenvolvidos para muitos tipos de aplicações de fabricação de soldagem. É importante escolher um padrão de soldagem que se destina ao uso no setor ou aplicativo em que você está envolvido. A inspeção de soldagem geralmente exige uma ampla variedade de conhecimentos por parte do inspetor: o entendimento dos desenhos de soldagem, símbolos de soldagem, design da junta de solda, procedimentos de soldagem, procedimentos de código e requisitos padrão e técnicas de inspeção de equipamentos e teste, para citar alguns. Por esse motivo, muitos códigos e normas de soldagem exigem que o inspetor seja formalmente qualificado ou tenha o conhecimento e a experiência necessários para realizar os serviços de inspeção. Existem vários cursos de treinamento em inspeção de soldagem disponíveis e vários programas de certificação de inspetores de soldagem internacionalmente. O programa mais popular usado nos EUA é administrado pela American Welding Society (AWS). Este é o programa Inspetor de Soldagem Certificado (CWI). Certificação como inspetor de soldagem: normalmente requer demonstração do conhecimento de um indivíduo sobre inspeção de soldagem através de aprovação no exame. As inspeções podem ser as seguintes: ensaio visual, liquido penetrante, partículas magnéticas, radiografia, ultrassom de solda, etc. Todos esses tipos de inspeção de solda são necessários a presença humana, estando assim sujeitas a erros, (SUYAMA, 2015).

Os filtros são utilizados com a função de reter materiais que se apresentam em partículas presentes no ambiente. Sendo assim é necessário que o profissional que exerce a função de soldador esteja atento a esses riscos, faz se necessário também a observação de normas técnicas, manuais de operação e indicações dos fabricantes dos materiais e equipamento utilizados no processo de soldagem. Todo profissional envolvido nos trabalhos de soldagem deve estar consciente das atividades que precisa desempenhar como um todo e, também, conhecer os riscos decorrentes da utilização dos equipamentos e manuseados para a execução dessas atividades. O profissional que atua como soldador se expõe durante o processo de soldagem a muitos outros riscos, e um dos mais perigosos é a radiação, logo se faz necessário a utilização de óculos com proteção UV e juntamente com a mascar de solda, pode se considerar ambos como um dos principais EPI’s para o soldador já que o risco aos olhos é eminente, tanto pela exposição a radiação e luminosidade como por conta de partículas volantes que possam entrar em contato com os olhos, causando danos muitas vezes irreversíveis a visão do profissional. Outro equipamento muito importante na execução de soldagem é a luva de segurança, pois ele pode evitar ou diminuir danos as mãos do profissional evitando pensamento de dedos. O soldador também está durante o processo continuamente próximo a regiões com elevada temperaturas que em contato com a pele ou membros do individuo pode gerar graves queimaduras. Sendo assim a luva oferece proteção térmica e mecânica, lembrando que essas luvas devem ser específicas pra o processo de soldagem. O avental de raspa é outro equipamento necessário para execução de soldas, podendo ser de couro, fibras inerentes como outros materiais, importa-se que este equipamento seja resistente ao calor protegendo contra partículas de metal fundido que pode ser projetada contra o soldador, protegendo também contra a radiação. Já para os pés o soldador precisa ter um calçado que ofereça o mínimo de proteção contra queda de objetos como também esse equipamento pode oferecer proteção contra outros perigos, como pensamento entre outros. Podemos citar também o protetor auditivo que pode ser implementado conforme avaliação de ruído presente no ambiente de trabalho, que caso o ruído seja maior que 85 dB, o uso do protetor auditivo é obrigatório.

4 METODOLOGIA UTILIZADA

Neste trabalho é empregada as analises de forma a expor os dados e resultados da revisão bibliográfica. Esses dados foram pesquisados em artigos científicos, trabalhos acadêmicos e livros voltados para a área de solda e inspeções de soldagens, expondo assim dados e analises do processo de soldagem arco elétrico Tais como: Evolução do processo de soldagem. Suas mais diversas áreas de aplicações. Parâmetros e cuidados para a segurança e qualidade da solda. Controle de qualidade da solda. Como EPI’s de segurança no processo de soldagem.