trabalho de soldagem, Traduções de Engenharia de Materiais

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UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE – UNESC

CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS

CLEBER PEREIRA FENILI, LUIZ FERNANDO PINTO

TIPOS DE SOLDAGEM

CRICIÚMA, NOVEMBRO DE 2007

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO............................................................................................................. 04

2 CARACTERÍSTICAS E CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE

SOLDAGEM....................................................................................................................^06

3 DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE

SOLDAGEM...............................................

3.1 Soldagem por resistência elétrica............................................................................. 07 3.1.1 A ponto..................................................................................................................... 08 3.1.2 Por projeção.............................................................................................................. 09 3.1.3 Por costura................................................................................................................ 09 3.1.4 Por centelhamento.................................................................................................... 09 3.2 Soldagem por arco elétrico....................................................................................... 10 3.2.1 Por eletrodo revestido............................................................................................... 10 3.2.2 Com proteção por gás e eletrodo não-consumível – Tungsten Inert Gas (TIG)....... 11 3.2.3 A arco plasma........................................................................................................... 12 3.2.4 Com proteção por gás e eletrodo consumível – Metal Inert Gas (MIG) e Metal Active Gas (MAG)............................................................................................................ 13 3.2.5 Arco submerso.......................................................................................................... 14 3.3 Soldagem termoquímica............................................................................................ 16 3.3.1 Por hidrogênio atômico............................................................................................. 16 3.3.2 Aluminotermia.......................................................................................................... 17 3.3.3 Poroxi-gás ou oxi-acetilênica................................................................................... 17 3.4 Soldagem por energia radiante................................................................................ 19 3.4.1 Laser......................................................................................................................... 19 3.4.2 Por feixe de elétrons................................................................................................. 20 3.5 Soldagem em fase sólida........................................................................................... 21 3.5.1 Por forjamento.......................................................................................................... 21 3.5.2 Por pressão a frio...................................................................................................... 21 3.5.3 Por difusão................................................................................................................ 22 3.5.4 Por Ultra-som............................................................................................................ 22 3.5.5 Por fricção................................................................................................................. 23 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS....................................................................................... 24

REFERÊNCIAS.......................................................................................................... ..

últimos 60 anos. Durante o período da II Guerra Mundial (1939 a 1945), as técnicas de soldagem sofreram uma evolução muito grande, devido à fabricação de navios e aviões soldados. Hoje os processos de soldagem são utilizados para fabricar produtos e estruturas metálicas, aviões, veículos espaciais, navios, locomotivas, veículos ferroviários e rodoviários, pontes, prédios, oleodutos, gasodutos, plataformas marítimas, etc. A própria definição do que é uma solda tem sofrido alterações no tempo. Em meados da década de 50, a American Welding Society (AWS) definia solda da seguinte forma: “Solda: uma coalescência localizada de metal, onde a coalescência é produzida pelo aquecimento a temperaturas convenientes, com ou sem aplicação de pressão e com ou sem o uso do metal de adição. O metal de adição, ou possui ponto de fusão aproximadamente igual aos metais base, ou possui ponto de fusão abaixo daquele dos metais, mas acima de 800 °F”. (AWS, 1958) Cerca de trinta anos mais tarde, a AWS publicou, na 8ª edição do Welding Handbook, repensou a definição do processo: “Solda: uma coalescência localizada de metais ou não-metais, produzida ou pelo aquecimento dos materiais até a temperatura de soldagem, com ou sem aplicação de pressão, ou pela aplicação de pressão somente, com ou sem o uso de metal de adição”. (AWS, 1987) A elaboração deste trabalho tem como objetivo complementar a formação dos alunos, para que estes conheçam as principais técnicas de soldagem, em função da importância que o processo tem no ramo metalúrgico.

CLASSIFICAÇÃO DOS

PROCESSOS DE SOLDAGEM

Os processos de soldagem, assim como outros processos de união de materiais, devem preencher, no mínimo, os seguintes requisitos:

• Fornecer energia para realizar a união (por fusão, pressão, difusão, etc.);
• Possuir mecanismos para remover contaminação das superfícies a serem unidas;
• Prevenir a contaminação atmosférica ou seus efeitos;
• Permitir que os mecanismos e fenômenos envolvidos sejam controlados. Há necessidade, portanto, que o controle da atmosfera seja correlacionado com o processo, sendo que os processos de soldagem podem ser definidos parcialmente pela origem da energia utilizada ou inter-relacionados com técnicas conexas. As fontes de energia empregadas nos processos de soldagem são: mecânica, química, elétrica e radiante.
• Fonte Mecânica: o calor é gerado por atrito, por ondas de choque ou por deformação plástica do material.
• Fonte Química: o calor é gerado por reações químicas exotérmicas. Exemplo: a queima de um combustível (chama) ou a reação de oxidação do alumínio.
• Fonte Elétrica: o calor é gerado pela passagem de corrente elétrica ou com a formação de um arco elétrico.
• Fonte Radiante: o calor é gerado por radiação eletromagnética (laser) ou por um feixe de elétrons acelerados através de um potencial.

A soldagem pode ser feita sob vácuo, com gás inerte, gás ativo, fluxo (escória) e sem proteção. Os métodos que serão descritos a seguir foram escolhidos por serem os mais utilizados ou demonstrarem maior potencial de emprego.

PROCESSOS DE SOLDAGEM

3.1 Soldagem por resistência elétrica

Soldagem por resistência elétrica é um método de soldagem por fusão e utiliza o calor produzido pela passagem da corrente elétrica num condutor, cuja fórmula é:

I 2 x R x t

Onde: I é a intensidade da corrente; R a resistência do condutor e t o tempo de aplicação da corrente.

Os métodos de soldagem por resistência - denominados projeção, costura e pontos - possuem origem e conceituação bastante similares. O principio básico desses processos, reside na passagem de corrente elétrica entre dois eletrodos não consumíveis que comprimem peças distintas. Assim, devido à maior resistência apresentada pelas interfaces em contato, ocorre fusão nesse local, formando a solda.

Uma seqüência simples desses processos é a seguinte:

• Os eletrodos pressionam as chapas;
• Circula corrente elétrica durante tempo suficiente para que ocorra a fusão, formando o “ponto”;
• A corrente é interrompida, mas os eletrodos continuam a pressionar as chapas até que o metal de solda solidifique;
• Os eletrodos são, então, retraídos. Existem seqüências bem mais complexas, incluindo forjamento, além de pré e pós aquecimentos das chapas. A soldagem por resistência elétrica é utilizada em diversas atividades industriais, envolvidas na montagem de componentes com chapas relativamente finas. A indústria automobilística se destaca já que um automóvel pode possuir centenas de pontos, incluindo o tanque de combustível, que é geralmente soldado por costura. Os materiais normalmente soldados por resistência elétrica são aços carbono, inclusive os zincados, de baixa liga e inoxidáveis; além de cobre; níquel; alumínio; magnésio; titânio e suas ligas.

3.1.1 A ponto

intensidade da corrente utilizada é geralmente menor. Este método é utilizado numa grande variedade de peças, geralmente, com geometrias mais complexas do que aquelas que podem ser soldadas por ponto ou em situações em que uma das peças foi estampada, forjada ou se deseja conectar elementos, tais com parafusos ou pinos numa outra superfície. Uma de suas mais importantes características é a habilidade de realizar várias soldas simultâneas, cujos locais são determinados exatamente pelas projeções.

3.1.3 Por costura

Na solda por costura, geralmente através de eletrodos com a forma de discos que sofrem rotação, são produzidos diversos pontos que se sobrepõem, resultando numa junta extensa e continua (formando o que parece uma “costura”). Os pontos podem ser superpostos ou espaçados com o processo admitindo diversas variantes. Uma larga aplicação é na fabricação de tubos de parede fina, a partir de chapas calandradas, denominados “tubos com costura”. Corrente de alta freqüência pode ser utilizada e ela tende a se concentrar na superfície da peça. Tubos são assim soldados, ocorrendo a circulação da corrente no “V” formado pelas peças nas bordas do objeto.

3.1.4 Por centelhamento

As peças a serem soldadas são posicionadas de forma que uma permaneça fixa e a outra possa se deslocar axialmente. Ambas são conectadas a um potente transformador, com controles da intensidade e do tempo de aplicação da corrente, bem como do deslocamento da parte móvel e da força com que a mesma pressionará a fixa. A soldagem é iniciada com as superfícies sendo postas em contato sob baixa tensão elétrica e pressão. Então, as mesmas são imediatamente afastadas numa pequena distância, ocorrendo a formação de pequenos arcos com curto período. Esses arcos criam uma fina camada semi-fundida sobre a superfície. Essa operação é intermitente e rápida, sendo que parte do material que forma esses arcos é expelido violentamente (daí o nome centelhamento ou em inglês flash ). Quando as superfícies se encontram aquecidas uniformemente, a parte móvel é pressionada sobre a fixa com grande força, sendo expelido todo o metal semi-fundido e a união é realizada.

intensa energia gerada pelo arco elétrico, nem para aquelas extremamente reativas (zircônio ou titânio) por não oferecer proteção à contaminação e/ou reação do metal fundido com os gases da atmosfera. (MACHADO, p.70, 1996) Para satisfazer aos mais diversos requisitos industriais, os eletrodos são produzidos com revestimentos diferentes, cujos compostos, quando combinados, conferem as mesmas propriedades que os tornam mais ou menos úteis para dada aplicação.

3.2.2 Com proteção por gás e eletrodo não-consumível – Tungsten Inert Gas (TIG)

Este processo de soldagem é provavelmente mais conhecido no Brasil pela sigla em inglês TIG (Tungsten Inert Gas). Aqui, um eletrodo não consumível de tungstênio puro (ou composto com outros metais ou óxidos) gera um arco elétrico com a peça, que juntamente com a poça de fusão assim formada, é protegido da atmosfera por um gás inerte, geralmente argônio. (MACHADO, p.172, 1996) O modo de operação do TIG é geralmente manual, mas também encontra emprego nos modos semi-automático e automático, sendo utilizado para soldar juntas pela simples fusão dos materiais base envolvidos ou, também, com a adição de consumível. Nesse caso, o processo é realizado pelo soldador através da vareta ou contínua e automaticamente, com arame proveniente de uma bobina. Embora o conceito desse processo seja antigo, em 1919, foram realizadas as primeiras tentativas. O processo só se desenvolveu em torno de 1940 nos Estados Unidos para realizar soldas de alta qualidade sobre ligas de alumínio, aço inox e magnésio. O eletrodo utilizado era de carvão e operava em corrente contínua, sendo que ocorria superaquecimento da tocha e o gás de proteção era relativamente impuro. As dificuldades iniciais foram resolvidas e o processo TIG está muito bem estabelecido, sendo utilizado geralmente para soldar juntas com espessura de 0,2 a 0,8 mm, sobre materiais como aços inox e refratários; alumínio e suas ligas; magnésio; cobre; e níquel e suas ligas. Devido à sua pequena taxa de deposição (0,2 a até 2 kg/h), esse processo não é geralmente empregado para juntas espessas. Entretanto, existindo requerimento de alta qualidade,

juntas de grande espessura podem ser soldadas completamente ou somente o passe da raiz realizado por TIG. (MACHADO, p.172, 1996)

3.2.3 A arco plasma

O processo de soldagem plasma é uma extensão do processo de soldagem TIG, no qual a coluna do arco elétrico sofre uma constrição, obtida fazendo o arco passar através de um orifício de diâmetro reduzido e de parede fria (cobre refrigerado à água). O principio fundamental de geração do arco por plasma, atualmente utilizado para soldagem, corte, fusão e recobrimentos de superfícies metálicas, pode ser atribuído a Gerdien, que em 1923 trabalhou com arcos refrigerados com água para obter iluminação de grande intensidade. Desde 1955, o arco por plasma vem sendo investigado e as propriedades básicas da constrição do arco estabelecidas experimentalmente. (RELA, pág. 156, 1992) Apesar das excelentes características que as soldas produzidas por plasma apresentam, este processo não é muito divulgado no Brasil. (MACHADO, p.15, 1996)

3.2.4 Com proteção por gás e eletrodo consumível – Metal Inert Gas (MIG) e Metal Active Gas (MAG)

A soldagem a arco com eletrodos fusíveis sobre proteção gasosa é conhecida pelas denominações de:

• MIG: quando a proteção gasosa utilizada for constituída de um gás inerte, ou seja, um gás normalmente monoatômico como Argônio ou Hélio e que não tem nenhuma atividade física com a poça de fusão;
• MAG : quando a proteção gasosa é feita com um gás dito ativo, ou seja, um gás que interage com a poça de fusão, normalmente CO2 - dióxido de Carbono;