Processo Soldagem Volume2, Notas de estudo de Física
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Processo Soldagem Volume2, Notas de estudo de Física

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apostila

Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 3

CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção

Mecânica

Noções Básicas de Processos de Soldagem e Corte

Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________ CST 4 Companhia Siderúrgica de Tubarão

Noções básicas de Processos de Soldagem e Corte - Mecânica © SENAI - ES, 1997 Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão)

Coordenação Geral

Supervisão

Elaboração

Aprovação

Editoração

Luís Cláudio Magnago Andrade (SENAI) Marcos Drews Morgado Horta (CST) Alberto Farias Gavini Filho (SENAI) Rosalvo Marcos Trazzi (CST) Evandro Armini de Pauli (SENAI) Fernando Saulo Uliana (SENAI) José Geraldo de Carvalho (CST) José Ramon Martinez Pontes (CST) Tarcilio Deorce da Rocha (CST) Wenceslau de Oliveira (CST) Ricardo José da Silva (SENAI)

SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial DAE - Divisão de Assistência às Empresas Departamento Regional do Espírito Santo Av. Nossa Senhora da Penha, 2053 - Vitória - ES. CEP 29045-401 - Caixa Postal 683 Telefone: (027) 325-0255 Telefax: (027) 227-9017 CST - Companhia Siderúrgica de Tubarão AHD - Divisão de Desenvolvimento de Recursos Humanos AV. Brigadeiro Eduardo Gomes, s/n, Jardim Limoeiro - Serra - ES. CEP 29160-972 Telefone: (027) 348-1322 Telefax: (027) 348-1077

Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________

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Sumário Eletrodos para soldagem a arco elétrico ................................................................ 04 • Tipos de revestimento ....................................................................................... 05 Classificação .......................................................................................................... 10 • Introdução ......................................................................................................... 10 • Manuseio, armazenamento e secagem dos eletrodos ....................................... 20 • Equipamentos para armazenamento, secagem e manutenção da secagem ..... 20 • Exercícios .......................................................................................................... 23 Soldagem de manutenção I ................................................................................... 24 • Diferença entre soldagem de manutenção e soldagem de produção ................ 25 • Tipos e causas prováveis das falhas ................................................................. 28 • Exercícios .......................................................................................................... 31 Soldagem de manutenção II .................................................................................. 32 • Elemento mecânico de ferro fundido com trinca ................................................ 32 • Soldagem a frio de uma alavanca de ferro fundido quebrada sem restrição

de contração ...................................................................................................... 35 • Reconstrução de ponta de dentes de escavadeira ............................................ 36 • Exercícios .......................................................................................................... 38

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Eletrodos para soldagem a arco elétrico

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Os eletrodos para soldagem elétrica ao arco podem ser nus ou revestidos. 0 eletrodo nu é simplesmente uma vareta metálica de composição definida, que já foi muito utilizada no passado, tendo cedido lugar aos modernos eletrodos revestidos . Tais eletrodos são constituídos por alma metálica, revestidos por um composto de materiais orgânicos e minerais, de dosagem bem definida . 0 material da alma depende do material a ser soldado (fig. 1).

Fig. 1

Os compostos do revestimento vem sob a forma de pó, unidos por aglomerante, normalmente silicato de potássio ou de sódio.

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Tipos de revestimentos Os revestimentos ,mais comuns são os rutíIicos, básicos, ácidos, oxidantes e celulósicos.

Rutílico Contém geralmente rutilo com pequenas porcentagens de celulose e ferros-liga . É usado com vantagem em soldagens de chapas finas que requerem um bom acabamento. É utilizado também em estruturas metálicas; sua escória é solidificada e autodestacável quando utilizada adequadamente (fig. 2).

Fig. 2

Básico Contém em seu revestimento fluorita carbonato de cálcio e ferro- liga. É um eletrodo muito empregado nas soldagens pela seguintes razões:

• possui boas propriedades mecânicas;

• dificilmente apresenta trincas a quente ou a frio;

• seu manuseio é relativamente fácil;

• apresenta facilidade de remoção da escória, se bem utilizado;

• é usado para soldar aços comuns de baixa liga e ferro fundido.

Devido à composição do revestimento, esse tipo de eletrodo absorve facilmente a umidade do ar. É importante guardá-lo em estufa apropriada, após a abertura da lata.

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Celulósico Contém no seu revestimento materiais orgânicos combustíveis (celulose, pó de madeira, etc.). É muito usado em soldagens nas quais a penetração é muito importante e as inclusões de escória são indesejáveis (fig. 3).

Fig. 3

Ácido Seu revestimento é composto de óxido de ferro, óxido de manganês e outros desoxidantes. É utilizado com maior adequação em soldagem na posição plana.

Oxidante Contém no seu revestimento óxido de ferro, podendo ter ou não óxido de manganês. Sua penetração é pequena e suas propriedades mecânicas são muito ruins. É utilizado onde o aspecto do cordão é mais importante que a resistência. Em função da oxidação de partículas metálicas, obtém-se um maior rendimento de trabalho e propriedades definidas (ferros-liga) (fig. 4).

Fig. 4

Funções do revestimento Dentre as muitas funções do revestimento, encontra-se a seguir, uma série das mais importantes:

• protege a solda contra o oxigênio e o nitrogênio do ar;

• reduz a velocidade de solidificação;

• protege contra a ação da atmosfera e permite a desgaseificação do metal de solda através da escória;

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• facilita a abertura do arco além de estabilizá-lo;

• introduz elementos de liga no depósito e desoxida o metal de solda;

• facilita a soldagem em diversas posições de trabalho;

• serve de guia das gotas em fusão na direção do banho;

• serve como isolante na soldagem de chanfros estreitos, de difícil acesso.

O revestimento permite também a utilização de tensões em vazio mais baixas em corrente alternada (40 a 80V) e, consequentemente, redução do consumo primário, aumentando a segurança pessoal. O mesmo é válido também para corrente contínua.

A tabela 1 apresenta mais detalhes sobre os tipos de eletrodos.

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Classificação dos eletrodos Introdução Existem várias entidades que classificam os eletrodos para soldagem a arco.

No Brasil, as classificações mais adotadas são as da ABNT e da AWS. ABNT = Associação Brasileira de Normas Técnicas. AWS = American Welding Sociaty (Associação Americana de Soldagem). Nesta unidade, faz-se referência também à classificação segundo a norma DIN, bem como às especificações sobre as normas ASTM e JIS. Convém salientar que existem especificações próprias dos vários fabricantes de eletrodos, porém sempre tomando-se como referência as especificações equivalentes das normas.

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Classificação ABNT Os eletrodos são identificados por quatro algarismos, seguidos de uma letra. Os quatro algarismos básicos, identificadores do eletrodo, têm o seguinte significado:

Limite de resistência à tração da solda em quilograma força por milímetro quadrado (kgf/mm2) O terceiro algarismo varia de 1 a 4 e indica a posição em que o eletrodo pode soldar, sendo que: 1 - todas as posições; 2 - todas as posições, com exceção da vertical

descendente; 3 - posição plana e horizontal; 4 - posição plana. O quarto algarismo varia de 0 a 5 e indica, ao mesmo tempo, a natureza da corrente e o grau de penetração da solda, sendo que: 0 - corrente contínua e grande penetração; 1 - corrente contínua ou alternada e grande

penetração; 2 - corrente contínua e média penetração; 3 - corrente contínua ou alternada e média

penetração; 4 - corrente contínua e pequena penetração; 5 - corrente contínua ou alternada e pequena

penetração; 4 8 1 2 - B

As letras A, B, C, O, R, T e V são utilizadas para indicar o tipo de revestimento, sendo que: A - Ácido B - Básico C - Celulósico O - Oxidante R - Rutílico T - Titânio V - Qualquer outro não mencionado anteriormente

Observação: Quando à direita dessas letras aparecer a letra F, é porque existe adição de pó de ferro no revestimento.

Exemplos: 1. Eletrodo 4410 - C

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4 4 1 0 - C revestimento celulósico CC - grande penetração soldagem em todas as posições 44 kgf/mm2

2. Eletrodo 4835 - BF

4 8 3 5 - B F revestimento com adição de pó de ferro revestimento do tipo básico CA ou CC - pequena penetração soldagem nas posições plana e horizontal 48 kgf/mm2

Classificação AWS Na classificação AWS, os eletrodos para aço doce ou de baixa liga são identificados através de uma letra e quatro ou cinco algarismos. Para os de alta liga, complementa-se com letras e números ao final do símbolo. Encontram-se, no exemplo a seguir, o significado da letra e dos algarismos:

Processo Resistência mecânica do material multiplicada por mil (103 lb/pol2 ou psi) Posição de soldagem (tabela 2) Tipo de revestimento (tabela 3)

E 3 7 1 2 - C 1 Elementos de liga (tabela 4)

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Normas AWS Tabela 2 - Posições de soldagem

Número Posições

1 2 3 4

Todas Plana e horizontal Plana Vertical, plana, horizontal e sobrecabeça

Tabela 3 - Revestimento do eletrodo e condições de soldagem

Identificação Revestimento Corrente Polaridade

Posição 1 0 Posição 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8

celulósico, sódio ácido, ferro óxido celulósico, potássio rutílico, sódio rutílico, potássio rutílico, pó de ferro básico, sódio básico, potássio ácido, pó de ferro básico, pó de ferro

CC CC CA CC CA CC CA CC CA CC CA CC CA CC CA CC CA CC CA

+ + -

+ - - - + +

+ - +

Tabela 4 - Elementos de liga em eletrodos

Letra final Elementos

- A1 - B1, - B2, - B3, - B4, - B5 - C1, - C2 - C3 - D1, -D2 - G

molibdênio cromo, molibdênio níquel níquel, cromo, molibdênio molibdênio, pouco manganês níquel, cromo, molibdênio, vanádio ou manganês

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Exemplo de aplicação da norma AWS Vareta para soldagem a arco elétrico manual Limite de resistência à tração mínima, multiplicada por mil e expressa em lb/pol2 ou psi = 60.000 lb/pol2 Posições em que o eletrodo pode soldar, sendo: 1 - todas as posições. Corrente continua Polaridade inversa (+) Revestimento celulósico

E - 6 0 1 0 A seguir, encontra-se a tabela-resumo (tabela 5) com exemplos que esclarecem o significado dos dois últimos algarismos, segundo as normas AWS.

Tabela 5 Dois últimos algarismos

Tipo de corrente Polaridade Revestimento

10 11 12 13 14 15 16 18 20 24 27 28

CC CC ou CA CC ou CA CC ou CA CC ou CA

CC CC ou CA CC ou CA CC ou CA CC ou CA CC ou CA CC ou CA

Inversa ( + ) Inversa ( + ) Direta ( - )

Inversa / Direta ( + - ) Inversa / Direta ( + - )

Inversa ( + ) Inversa ( + ) Inversa ( + ) Direta ( - )

Inversa / Direta ( + - ) Direta ( - )

Inversa ( + )

Celulósico Celulósico

Rutílico Rutílico Rutílico Básico Básico Básico Ácido

Rutílico Ácido Básico

Observação: No caso de o número ser composto de cinco

algarismos, os três primeiros indicam o limite de resistência à tração.

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Exemplos de classificação segundo a AWS 1. Eletrodo E-7018

Resistência à tração = 70.000 lb/pol2 Posição de soldagem = todas as posições Tipo de corrente = CA ou CC - Polaridade CC = Inversa (+) Revestimento básico

2. Eletrodo E-6020

Resistência à tração = 60.000 lb/pol2 Posição de soldagem = plana e horizontal (filetes) Tipo de corrente = CC ou CA Polaridade CC = direta (-) Revestimento ácido

Classificação DIN Eletrodos revestidos para soldagem de aço de baixo teor de carbono e de baixa liga

Processo Resistência mecânica do material (Kp/mm2) Resistência ao impacto do material mínimo (28J) Resistência ao impacto do material mínimo (47J) Tipo de revestimento (tabela 6) Tipo

E 4 3 3 2 R R 7 DIN1913

Número da DIN

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Tabela 6 - Normas DIN

Identificação Tipo de revestimento Espessura de revestimento Posição de soldagem

A1

A2 R2

R3

R(C)3

C4

A5

RR6 RR(C)6

AR7

RR(B)7

RR8 RR(B)8

B9

B(R)9

B10 B(R)10

RR11 AR11

B12

B(R)12

ácido ácido rutílico rutílico rutílico celulósico celulósico ácido rutílico rutílico celulósico ácido rutílico rutílico básico rutílico rutílico básico básico básico com parte não alcalina básico básico com parte não alcalina rutílico ácido rutílico básico básico com parte não alcalina

fino

fino fino

médio médio

médio

grosso

grosso grosso

grosso grosso

grosso grosso

grosso grosso

grosso grosso

grosso grosso

grosso grosso

todas todas todas todas, menos a descendente todas todas todas, menos a descendente todas, menos a descendente todas todas, menos a descendente todas, menos a descendente todas, menos a descendente todas, menos a descendente todas todas todas, menos a descendente todas, menos a descendente plana plana plana plana

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Tabela 7 - Especificações de eletrodos revestidos de aço doce, segundo a norma JIS (AWS)

Propriedades Mecânicas do Metal Depositado

Classifi- cação

JIS (AWS)

Tipo de Revestimento

Posição de Soldagem

Tipo de Corrente

Limite de Ruptura

(kgf/mm2)

Limite de Escoament

o (kgf/mm2)

Elonga- ção ( % )

Valor de Energia Absorvid

a no

Ensaio Charpy-V

a 0ºC ( kg . m )

D4301

( - ) Ilmenítico P, V, H, SC CA ou CC (±) ≥43 ≥35 ≥22 ≥4,8

D4303

( - ) Cal-titânio P, V, H, SC CA ou CC (±) ≥43 ≥35 ≥22 ≥2,8

D4311

(E6011) Celulósico-potássio P, V, H, SC CA ou CC (+) ≥43 ≥35 ≥22 ≥2,8

D4313

(E6013) Rutílico-potássio P, V, H, SC CA ou CC (-) ≥43 ≥35 ≥17

D4316

(E7016) Básico-potássio P, V, H, SC CA ou CC (+) ≥43 ≥35 ≥25 ≥4,8

D4324

(E7024) Rutílico, com pó de ferro F, FH CA ou CC (±) ≥43 ≥35 ≥17

D4326

( - ) Básico-potássio, com pó de ferro F, FH CA ou CC (+) ≥43 ≥35 ≥25 ≥4,7

D4327

(E6027) Ácido, com pó de ferro F, FH

CA ou CC (±) P/F; CA ou CC (-) P/FH ≥43 ≥35 ≥25 ≥2,8

D4340

( - ) Especial P, V, H, SC F, FH CA ou CC (±) ≥43 ≥35 ≥22 ≥2,8

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Manuseio, armazenamento e secagem dos eletrodos No que tange ao manuseio e armazenamento dos eletrodos, à sua secagem e respectiva manutenção, devem ser observados os seguintes aspectos: • As embalagens devem ser consideradas como não estanques, para efeito de aplicação dos requisitos de secagem. • Os eletrodos e varetas devem ser armazenados em estufas. • Não devem ser utilizados materiais recém-chegados, para evitar- se a armazenagem prolongada dos lotes anteriores. • Os eletrodos devem ficar em prateleiras. Na estufa de secagem, em camadas não superiores a 50mm, e na manutenção, em camadas não superiores a 150mm. • Devem ser seguidas as instruções do fabricante sobre temperaturas e tempos de secagem. Por exemplo para os eletrodos de baixo hidrogênio, segundo a AWS, é recomendada uma secagem a 350°, ± 30°C por uma hora, devendo ser mantidos em estufa de secagem em temperatura não inferior a 150°C. • Devem ser elaborados formulários para controle de secagem dos eletrodos.

Equipamentos para armazenamento, secagem e manutenção da secagem Estufa para armazenamento Pode ser um compartimento fechado de um almoxarifado, que deve conter aquecedores elétricos e ventiladores para circulação do ar quente entre as embalagens. A estufa deve manter uma temperatura de pelo menos 5°C acima da temperatura ambiente, porém nunca inferior a 20°C, e deve também estar dotada de estrados ou prateleiras para estocar as embalagens.

Estufa para secagem É utilizada mais para a secagem de eletrodos revestidos de baixo hidrogênio. Deve dispor de aquecimento controlado, por meio de resistência elétrica, e de renovação do ar, por meio de conversão controlada. Deve possuir pelo menos dois instrumentos controladores (termômetro e termostato), assim como prateleiras furadas ou em forma de grade.

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Para eletrodos revestidos de baixo hidrogênio, a estufa de secagem deve manter a temperatura até 400°C (fig. 5).

Fig. 5

Estufa para manutenção da secagem A estufa para manutenção da secagem é normalmente de menor porte que a anterior; deve atender aos mesmos requisitos de funcionamento que a estufa para secagem, exceto quanto à temperatura, que deve atingir até 200°C. As estufas de construção cilíndrica com circulação de ar permitem uniformizar a distribuição de calor, evitando-se que a umidade se concentre em cantos mal ventilados, como nas estufas de formato retangular ou quadrado (fig. 6).

Fig. 6

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Estufa portátil para manutenção de secagem Como as demais, deve dispor de aquecimento elétrico por meio de resistências e ter condições de acompanhar cada soldador individualmente (fig. 7).

Fig. 7 Para eletrodos revestidos de baixo hidrogênio, a estufa portátil deve manter a temperatura entre 60 e 100°C . O estado de conservação das estufas portáteis deve ser periodicamente verificado, assim como o estado da conexão elétrica das estufas com a rede de energia.

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Exercícios 1) Qual a função do revestimento dos eletrodos? 2) Cite três tipos de eletrodos em função do revestimento. 3) Explique as características de um eletrodo 4835-BF,

normalizado segundo a ABNT. 4) O eletrodo E-6020 é normalizado segundo a AWS. Qual o tipo

de seu revestimento? 5) Quais os tipos de estufas utilizadas para secagem de

eletrodos?

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Soldagem de manutenção I Suponhamos que o eixo excêntrico de uma prensa se quebre. O que fazer para resolver o problema sem precisar produzir ou importar outro, considerando que dias parados são contabilizados como prejuízo? Situações como essa são comuns nas empresas e a melhor solução é a soldagem de manutenção. A soldagem de manutenção é o tema desta e da próxima aula.

Importância A soldagem de manutenção é um meio ainda muito utilizado para prolongar a vida útil das peças de máquinas e equipamentos. Ela promove economia para as indústrias, pois reduz as paradas de máquinas e diminui a necessidade de se manter grandes estoques de reposição. No caso do Brasil, por ser um país em desenvolvimento industrial, é comum a presença de empresas que possuem - em suas áreas produtivas - equipamentos e máquinas de diversas origens e fabricantes, com anos de fabricação diferentes. A situação se agrava quando alguns equipamentos e máquinas são retirados de linha ou deixam de ser fabricados. Diante dessa realidade, é praticamente impossível manter em estoque peças de reposição para todos os equipamentos e máquinas. Além disso, no caso de grandes componentes, as empresas normalmente não fazem estoques de sobressalentes, e quando um grande componente se danifica, os problemas se agravam. Fabricar um grande componente ou importá-lo demanda tempo, e equipamento ou máquina parada por um longo tempo significa prejuízo. Situações problemáticas como essas são resolvidas pela soldagem de manutenção, que tem como objetivo principal agir com rapidez e eficiência para que equipamentos e máquinas danificadas voltem a funcionar para garantir a produção.

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Diferença entre soldagem de manutenção e soldagem de produção A soldagem de produção é realizada dentro de condições favoráveis, isto é, as especificações são determinadas, os equipamentos apropriados encontram-se disponíveis, a composição química do metal de base é conhecida, bem como os parâmetros em que se deve trabalhar. É na soldagem de produção que são preparados corpos-de-prova soldados com parâmetros adequados. A seguir esses corpos-de- prova são submetidos a testes destrutivos para confirmar as características mecânicas das juntas soldadas. Ao contrário da soldagem de produção, na soldagem de manutenção existem restrições e limitações que são agravadas pela rapidez com que deve ser efetuada a recuperação do componente.

Etapas As etapas percorridas na soldagem de manutenção são:

Análise da falha a) Analisar o local da falha. b) Determinar a causa da falha:

• fratura; • desgaste; • corrosão.

c) Determinação do funcionamento:

• solicitações (rpm); • meios envolvidos; • temperatura de trabalho.

d) Reconhecimento dos materiais envolvidos:

• análise química; • dureza.

e) Determinação do estado do material:

• encruado; • recozido; • temperado e revenido; • cementado.

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Planejamento da execução Após a escolha do método/processo de soldagem e do metal de adição, é necessário verificar se estão envolvidos na recuperação os seguintes fatores:

• pré-usinagem; • deformação; • sequência de soldagem; • pré e pós-aquecimento; • tratamento térmico pós-soldagem; • desempeno; • pós-usinagem.

Com esses cuidados, o que se deseja é eliminar as causas e não só os efeitos.

Procedimentos De um modo geral os procedimentos para a execução de uma soldagem de manutenção devem conter, no mínimo, os seguintes passos:

a) Fratura/Trinca

• Localizar a fratura/trinca definindo seu início e fim. Para isso deve-se utilizar o ensaio com líquido penetrante.

• Identificar o material preferencialmente por meio de uma análise química e determinar sua dureza.

• Preparar adequadamente a região a ser soldada de modo que se permita o acesso do eletrodo, tocha ou maçarico, dependendo do processo de soldagem selecionado.

• Limpar a região a ser soldada para retirar o óleo, graxa ou impurezas que possam prejudicar a soldagem da peça / componente a ser recuperado.

• Executar ensaio com líquido penetrante para assegurar que toda a fratura/trinca tenha sido eliminada.

• Especificar o processo de soldagem e o metal de adição, de modo que a peça/componente recuperado mantenha suas características mecânicas, para que seja capaz de suportar as máximas solicitações durante o desempenho do trabalho, considerando ainda os meios envolvidos e a temperatura de trabalho.

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• Especificar os parâmetros de soldagem, incluindo, quando necessário, a temperatura de pré e pós-aquecimento e o tratamento térmico pós-soldagem. Especificar uma adequada sequência de soldagem para se obter o mínimo de tensões internas e deformações da peça/componente que está sendo recuperada.

• Especificar o tipo de ensaio a ser realizado para verificar a qualidade da solda realizada.

• Prever, quando necessário, um sobremetal durante a soldagem para que seja possível obter o acabamento final da peça/componente por meio de esmerilhamento ou usinagem, quando for o caso.

b) Desgaste/Corrosão

• Localizar a região desgastada ou corroída, definindo os limites da região a ser recuperada.

• Identificar adequadamente a superfície a ser revestida através da superfície desgastada ou corroída por meio de esmerilhamento ou usinagem.

• Limpar a região a ser soldada para retirar o óleo, graxa ou impurezas que possam, de algum modo, prejudicar a soldagem da peça / componente a ser recuperada.

• Executar ensaio com líquido penetrante para verificar se na região desgastada não existem descontinuidades que possam comprometer a soldagem.

• Especificar o processo de soldagem e o metal de adição para que a peça/componente, após recuperação, seja capaz de suportar as solicitações máximas exigidas durante o trabalho. No caso de corrosão, o metal de adição deverá ser adequado para resistir ao meio agressivo.

• Especificar os parâmetros de soldagem, incluindo, quando necessário, a temperatura de pré e pós-aquecimento e o tratamento de alívio de tensões pós-soldagem.

• Especificar uma adequada sequência de soldagem de modo que haja um mínimo de tensões internas e deformações da peça/componente que está sendo recuperada.

• Especificar o tipo de ensaio a ser realizado para verificar a qualidade da solda aplicada.

• Prever, quando necessário, um sobremetal durante a soldagem para que seja possível obter o acabamento final da peça/componente recuperada por meio de esmerilhamento ou usinagem, quando for o caso.

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Tipos e causas prováveis das falhas Falhas por fratura --- As falhas por fratura normalmente resultam de uma trinca que se propaga. A trinca surge por dois motivos: altas solicitações e fadiga do material. Quando a peça/componente sofre solicitações acima das suportáveis, a trinca aparece em determinadas regiões. A fadiga aparece por causa das tensões cíclicas que terminam por exceder as toleradas pelo material que constitui a peça/componente. Nesse caso, as trincas se iniciam --- mesmo com tensões abaixo das tensões limites --- e se propagam. Com a propagação da trinca, as seções restantes e ainda resistentes rompem-se pelo simples fato das tensões existentes serem maiores que as suportadas pelo material. Falhas por desgaste --- Há uma grande variedade de fatores que podem provocar o desgaste de peças/componentes de uma máquina ou equipamento. Nesse caso, para recuperação adequada com a finalidade de assegurar eficiência e segurança, os metais de solda, a serem depositados, devem ser selecionados cuidadosamente. Para melhor compreensão dos tipos de desgastes, podemos dividi-los em classes distintas com características bem definidas. Vejamos:

a) Desgastes mecânicos

• Abrasão A abrasão é um desgaste que ocorre entre superfícies que deslizam ou giram em contato entre si em movimento relativo. A abrasão provoca o desprendimento de partículas das superfícies e elas adquirem irregularidades microscópicas, mesmo que aparentemente polidas. Por exemplo: sempre há abrasão quando um eixo gira em contato com um mancal. As irregularidades microscópicas das superfícies comportam-se como picos e vales que tendem a se encaixar. Quando as superfícies são solicitadas a entrar em movimento relativo entre si, a força de atrito gera calor e este gera microfusões entre os picos que estão em contato. As áreas microfundidas movimentam-se e as superfícies se desgastam. A recuperação de superfícies desgastadas por abrasão é feita depositando-se, por solda, um material mais duro e mais resistente ao desgaste. Aconselha-se não aplicar mais de duas ou três camadas de solda, para evitar a fissuração e desagregação do próprio metal de solda que apresenta baixa ductilidade. Se a soldagem exigir camadas mais espessas, o revestimento deverá ser feito com um metal tenaz e pouco duro que se comportará como amortecedor.

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• Impacto Materiais sujeitos a impacto sofrem deformações localizadas e mesmo fraturas. Por impacto e em condições de alta pressão, partículas metálicas dos materiais são arrancadas e, como conseqüência, o desgaste aparece. Se um dado componente ou peça --- a ser recuperado por solda --- trabalha somente sob condições de impacto simples, o material a ser depositado deve ser tenaz para poder absorver a deformação sem se romper. Normalmente, áreas de peças ou componentes que recebem impactos também sofrem abrasões. É o que ocorre, por exemplo, em moinhos e britadores que necessitam de superfícies duras e resistentes ao desgaste.

b) Erosão É a destruição de materiais por fatores mecânicos que podem atuar por meio de partículas sólidas que acompanham o fluxo de gases, vapores ou líquidos, ou podem atuar por meio de partículas líquidas que acompanham o fluxo de gases ou de vapores. Geralmente, para suportar o desgaste por erosão, o material de solda deve ter dureza, microestrutura e condições de superfície adequadas.

c) Cavitação O fenômeno da cavitação é causado por fluidos acelerados que se movimentam em contato com superfícies sujeitas a rotações, tais como hélices, rotores, turbinas etc. Os fluidos acelerados formam depressões que, ao se desfazerem, provocam golpes, como se fossem arietes, nas superfícies das peças sujeitas ao movimento rotacional. Esses golpes produzem cavidades superficiais que vão desgastando as peças. A correção de superfícies cavitadas é feita por meio de revestimentos com ligas contendo 13% de cromo (Cr).

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d) Corrosão --- O desgaste de materiais metálicos também pode ser provocado pela corrosão que é favorecida por vários fatores: umidade, acidez, alcalinidade, temperatura, afinidade química entre metais etc. Normalmente a maioria dos metais e ligas metálicas, em contato com o oxigênio do ar, adquire uma camada protetora de óxido que a protege. Se essa camada de óxido perder a impermeabilidade, a oxidação prossegue caracterizando a corrosão. A corrosão é sanada por meio de revestimentos com materiais de solda adequados, de forma tal que venham a resistir ao meio agressivo com os quais estarão em contato.

Influência dos elementos de liga Os eletrodos e varetas utilizados como material de adição nos processos de soldagem apresentam vários elementos de liga que lhes conferem características particulares. Os principais elementos de liga, com suas principais propriedades, são:

ELEMENTOS DE LIGA PROPRIEDADES

Carbono (C) Aumenta a resistência e o endurecimento; reduz o alongamento, a forjabilidade, a soldabilidade e a usinabilidade; forma carbonetos com cromo (Cr), molibdênio (Mo) e vanádio (V).

Cobalto (Co) Aumenta a resistência à tração; aumenta a dureza (têmpera total); resiste ao revenimento, ao calor e à corrosão.

Cromo (Cr) Aumenta a resistência à tração, ao calor, à escamação, à oxidação e ao desgaste por abrasão. É um forte formador de carbonetos.

Manganês (Mn) Aços austeníticos contendo manganês e 12% a 14% de cromo são altamente resistentes à abrasão.

Molibdênio (Mo) Aumenta a resistência ao calor e forma, também, carbonetos.

Níquel (Ni) Aumenta o limite de escoamento; aumenta a tenacidade; resiste aos meios redutores.

Tungstênio (W) Aumenta a resistência à tração; aumenta a dureza; resiste ao calor; mantém cortante os gumes das ferramentas e peças e forma carbonetos.

Vanádio (V) Aumenta a resistência ao calor; mantém os gumes cortantes e também forma carbonetos.

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Exercícios Responda. a) Qual o objetivo da solda de manutenção? b) Em termos comparativos, qual a diferença entre solda de

produção e solda de manutenção? c) O que deve ser verificado, ao analisar uma falha, em um

elemento mecânico que será recuperado por solda? d) Realizando a análise, pode-se determinar três tipos de causas

de danos. Quais são? e) Quais as causas mecânicas que podem dar início à

propagação de uma trinca?

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Soldagem de manutenção II A recuperação de falhas por soldagem inclui o conhecimento dos materiais a serem recuperados e o conhecimento dos materiais e equipamentos de soldagem, bem como o domínio das técnicas de soldagem. O objetivo desta aula é mostrar exemplos do dia-a-dia envolvendo a recuperação de peças por meio da soldagem de manutenção.

Elemento mecânico de ferro fundido com trinca Localização da fratura/trinca A localização da fratura/trinca deve ser feita de modo preciso para identificar claramente onde ela começa e onde termina. Essa identificação pode ser realizada pelo método de ensaio por líquido penetrante. Primeiramente pulveriza-se um líquido de limpeza na peça. Depois, aplica-se o líquido penetrante na região da trinca e aguarda-se alguns minutos para que o líquido penetre no material. A seguir, limpa-se a região da trinca e pulveriza-se um líquido revelador que tornará a trinca e seus limites bem visíveis.

Furação das extremidades da trinca As tensões atuantes nas extremidades pontiagudas da trinca devem ser aliviadas. O alívio dessas tensões é obtido por meio de dois furos feitos com uma broca de diâmetro entre 7 mm e 10 mm. Esses furos impedem que a trinca se propague. Esquematicamente:

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Goivagem ou chanfragem do local da soldagem Inicialmente deve-se pensar na realização da goivagem --- com eletrodo de corte --- com formato arredondado para favorecer a distribuição das tensões. Além disso, a preparação com eletrodo de corte proporciona uma solda sem poros, isenta de escórias, areia, óleo ou gordura. Essas impurezas sofrem combustão durante a goivagem e se gaseificam. No caso da preparação por esmerilhamento, devem ser tomadas precauções, principalmente se o disco contiver aglomerantes plásticos. De fato, resíduos de material plástico aderem ao ferro fundido na área de soldagem. A queima desses resíduos, por meio do arco elétrico do aparelho de soldagem, provoca o surgimento de poros na solda. Portanto, se a preparação exigir esmerilhamento, deve-se escovar e limpar a superfície esmerilhada com bastante cuidado. Quando a ligação da solda no ferro fundido apresentar dificuldades de estabilização em coesão e aderência, recomenda- se o uso da técnica de revestimento do chanfro (amanteigamento), conforme mostra a figura a seguir:

Para o ferro fundido há duas possibilidades de revestimentos de chanfro (amanteigamento):

a) Com eletrodos especiais à base de ferro --- Nesse caso a camada de solda absorve o carbono do ferro fundido e endurece. Por essa razão, a própria junta não deve ser soldada com eletrodos especiais à base de ferro. Para completar a solda do reparo, utiliza-se um metal de adição à base de níquel ou de níquel-ferro.

b) Revestimento do chanfro com metal de adição à base de bronzealumínio --- Esse metal de adição adere muito bem ao ferro fundido e apresenta uma ótima afinidade com o metal de adição à base de níquel, que é utilizado posteriormente como complemento do reparo.

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Conforme esquematização abaixo, soldamos alternadamente e por etapas com cordões retos e curtos com comprimento máximo de 30 mm. A máquina de soldagem deve operar com baixa amperagem. O eletrodo deve ser de pequeno diâmetro e a velocidade de soldagem tem de ser alta para evitar o excesso de calor localizado.

A solda alternada com cordões curtos tem a finalidade de manter um baixo aporte de calor na peça e diminuir ao máximo as tensões de soldagem e consequentemente a deformação. Quando a finalidade da solda no ferro fundido é manter apenas a estanqueidade, não há necessidade de abranger toda a seção, mas sim uma espessura de solda de no mínimo 70% da espessura que será reparada. Esquematicamente:

Martelamento da solda As tensões de contração do cordão de solda são aliviadas por meio de martelamento. Nesse caso, o cordão sofre um escoamento fazendo com que a peça não apresente deformações indesejáveis. As figuras exemplificam o que foi dito.

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Soldagem a frio de uma alavanca de ferro fundido quebrada sem restrição de contração A figura a seguir mostra uma alavanca com uma trinca. A alavanca pode ser recuperada, por soldagem, por meio da seguinte seqüência de operações:

Preparação do local da soldagem A casca de fundição, se existente, deve ser removida do local da trinca mecanicamente. Se a espessura da peça for menor que 10 mm, recomenda-se fazer um chanfro em "V" . Caso a espessura de parede seja maior que 10 mm, aconselha-se fazer um chanfro em "X" . No exemplo da trinca da alavanca em questão, usaremos um chanfro em "X" com angulo máximo de 60°, conforme mostra o esquema:

Pré-aquecimento Um pré-aquecimento de aproximadamente 200°C é recomendado com a finalidade de diminuir as tensões residuais que surgirão, por ocasião da soldagem, na região da trinca.

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Soldagem Recomenda-se soldar com baixa intensidade de calor, utilizando um eletrodo de níquel ou um eletrodo de níquel-ferro. O chanfro deve ser preenchido com cordões curtos e com repetidas viradas para a soldagem no lado oposto. Um martelamento ocasional no cordão de solda, ainda quente, também é recomendável para diminuir as tensões. Se surgirem dificuldades de ligação da solda no ferro fundido, deve ser realizado o revestimento dos chanfros (amanteigamento).

Reconstrução de ponta de dentes de escavadeira Os dentes de escavadeiras são componentes que trabalham em condições normalmente severas que envolvem impacto e abrasão. O desgaste e a recuperação dos dentes podem ser visualizados abaixo.

Para reconstruir a ponta dos dentes de uma escavadeira, deve-se proceder do seguinte modo: a) Preparar as superfícies a serem soldadas eliminando todos os

resíduos que possam prejudicar a soldagem. b) Pontas sobressalentes devem ser soldadas nas pontas já

desgastadas com eletrodos que garantam a máxima tenacidade. Um eletrodo recomendado é o tipo AWS E307- 15.

c) Manter a temperatura das pontas abaixo de 200°C durante a soldagem, para evitar a perda de dureza.

d) Após a soldagem dos dentes, aplicar líquido penetrante para se certificar de que não apareceu nenhuma trinca superficial.

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e) Para dentes que trabalham primariamente em solos com granulação fina, o revestimento dos dentes deve ser efetuado com metal duro, isto é, com eletrodo do tipo AWSE 10 - 60z. Esse eletrodo proporciona um metal de solda muito duro, rico em carbonetos de cromo, resistentes à abrasão. Trincas superficiais poderão surgir, mas sem influência na resistência ao desgaste.

Para dentes que trabalham com materiais rochosos, o eletrodo a ser utilizado é o tipo AWS E 6 - 55 r, que proporciona um metal de solda, ligado ao cromo, bastante tenaz e resistente ao desgaste e com dureza compreendida entre 60 e 65 HRC. Observações: Os eletrodos especificados como AWS E 307 -15, AWS E 10 - 60z e AWS E 6 - 55r representam eletrodos classificados pela norma da American Welding Society (Associação Americana de Soldagem). Os valores entre 60 e 65 HRC significam que a dureza do material varia de 60 a 65 na escala de dureza Rockwell C. Com a finalidade de manter os dentes afiados, recomenda-se revestir somente a face superior ou o fundo do dente e nunca ambos os lados. O modelo de revestimento é escolhido de acordo com as figuras a seguir, dependendo das condições de trabalho.

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Exercícios Marque com um X a alternativa correta. 1) A seqüência do trabalho de localização de uma trinca é:

a) ( ) limpeza, aplicação do líquido penetrante e revelação;

b) ( ) revelação, limpeza e aplicação do líquido penetrante;

c) ( ) aplicação do líquido penetrante, revelação e limpeza;

d) ( ) revelação, aplicação do líquido penetrante e limpeza;

e) ( ) limpeza, revelação e aplicação do líquido penetrante.

2) A finalidade da confecção de furos nas extremidades das trincas é:

a) ( ) evitar a sobrecarga; b) ( ) evitar o superaquecimento; c) ( ) elaborar uma boa soldagem; d) ( ) aliviar as tensões nas extremidades das trincas; e) ( ) melhorar o acabamento.

3) A finalidade do pré-aquecimento na soldagem de peças de ferro fundido é:

a) ( ) facilitar a soldagem; b) ( ) não criar porosidade; c) ( ) reduzir as tensões no local da solda; d) ( ) evitar nova quebra; e) ( ) evitar o pré-aquecimento.

4) A importância do martelamento na soldagem de manutenção das peças de ferro fundido é:

a) ( ) melhorar o acabamento; b) ( ) facilitar a soldagem; c) ( ) criar tensões trativas; d) ( ) transformar tensões compressivas em trativas; e) ( ) aliviar as tensões de contração do cordão de

solda.

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