Universidade Federal de Pernambuco Centro de Tecnologia e Geociências Departamento de Engenharia Mecânica

1. Universidade Federal de PernambucoCentro de Tecnologia e GeociênciasDepartamento de Engenharia Mecânica Soldagem (parte 1) Professor: Tiago de Sousa Antonino

2. Introdução A soldagem está intimamente ligada às mais importantes atividades industriais que existem no mundo moderno: • Construção naval, ferroviária, aeronáutica e automobilística, caldeiraria, construção civil metálica, indústria metalúrgica, mecânica e elétrica.

3. Avanços • Apesar de importantíssimo, teve seu maior avanço nos últimos 100 anos. • Os avanços na metalurgia obrigam a soldagem a procurar novas técnicas e materiais que sejam compatíveis com as novas ligas criadas.

4. Definição • “Soldagem é o processo de união de materiais usado para obter a coalescência (união) localizada de metais e não metais, produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a utilização de pressão e/ou material de adição” (American Welding Society- AWS).

5. Vantagem • Podemos unir dois materiais parafusando, rebitando e colando. • Porém, a grande vantagem da soldagem é a possibilidade de obter uma união em que os materiais têm uma continuidade não só na aparência externa, mas também nas suas características e propriedades mecânicas e químicas, relacionadas à sua estrutura interna.

6. Fatores imprescindíveis • Calor e/ou pressão. • O calor é necessário porque grande parte dos processos de soldagem envolve a fusão dos materiais, ou do material de adição, no local da solda. • Mesmo quando se usa pressão e, às vezes, o ponto de fusão não é atingido, o aquecimento facilita a plasticidade do metal e favorece a ação da pressão para a união dos metais.

7. Evolução dos processos • O primeiro processo de soldagem por fusão com aplicação prática foi patenteado nos Estados Unidos em 1885. • Ele utilizava o calor gerado por um arco estabelecido entre um eletrodo de carvão e a peça.

8. Evolução dos processos • O calor do arco fundia o metal no local da junta e quando o arco era retirado, o calor fluía para as Zonas adjacentes e provocava a solidificação do banho de fusão.

9. Evolução dos processos • Alguns anos mais tarde, o eletrodo de carvão foi substituído por um eletrodo metálico. • O processo de aquecimento passou, então, a ser acompanhado da deposição do metal fundido do eletrodo metálico na peça.

10. Evolução dos processos • A utilização do oxigênio e de um gás combustível permitiu a obtenção de chama de elevada temperatura facilitando a fusão localizada de determinados metais e a formação de um banho de fusão que, ao solidificar, forma a “ponte” entre as peças a serem unidas.

11. Evolução dos processos • A soldagem por fusão inclui a maioria dos processos mais versáteis usados atualmente.

12. Evolução dos processos • Outros processos se baseiam na aplicação de pressões elevadas na região a ser soldada. O aquecimento das peças a serem unidas facilita a ligação entre as partes. (a) Soldagem por pontos (b) Soldagem por costura. Para unir duas chapas de 0,8mm de espessura, trabalha-se com uma corrente de aproximadamente 1500A e uma força de 300kg.

13. Evolução dos processos

14. Evolução dos processos - resumo

15. Propriedade imprescindível na soldagem - Soldabilidade • Pouco adianta desenvolver um novo material sem que ele possibilite alcançar boa soldabilidade. Por isso, os processos de soldagem estão em contínua evolução.

16. Soldabilidade - definição • Soldabilidade é a facilidade que os materiais têm de se unirem por meio de soldagem e de formar em uma série contínua de soluções sólidas coesas, mantendo as propriedades mecânicas dos materiais originais.

17. Soldabilidade – fatores que a afetam • O principal fator que afeta a soldabilidade dos materiais é a sua composição química. • Outro fator importante é a capacidade de formar a série contínua de soluções sólidas entre um metal e outro. • Assim, devemos saber como as diferentes ligas metálicas se comportam diante dos diversos processos de soldagem.

18. Soldabilidade – alta ou baixa? • Se o material a ser soldado exigir muitos cuidados, tais como: • Controle de temperatura de aquecimento e de interpasse, ou tratamento térmico após a soldagem, por exemplo, dizemos que o material tem baixa soldabilidade. • Por outro lado, se o material exigir poucos cuidados, dizemos que o material tem boa soldabilidade.

19. Soldabilidade

20. Terminologia da Soldagem • Soldagem é uma operação que visa obter a união de peças, e solda é o resultado desta operação; • O material da peça, ou peças, que está sendo soldada é o metal de base; • Frequentemente, na soldagem por fusão, um material adicional é fornecido para a formação da solda, este é o metal de adição; • Durante a soldagem, o metal de adição é fundido pela fonte de calor e misturado com uma quantidade de metal de base também fundido para formar a poça de fusão;

21. Metal de base, de adição e poça de fusão

22. Denomina-se junta a região onde as peças serão unidas por soldagem; • Aberturas ou sulcos na superfície da peça ou peças a serem unidas e que determinam o espaço para conter a solda recebem o nome de chanfro;

23. Chanfros em diferentes tipos de junta

24. Principais elementos de um chanfro • Face da raiz ou nariz (s): Parte não chanfrada de um componente da junta; • Abertura da raiz, folga ou fresta (f): Menor distância entre as peças a soldar; • Ângulo de abertura da junta ou ângulo de bisel (β): Ângulo da parte chanfrada de um dos elementos da junta; • Ângulo de chanfro (α): Soma dos ângulos de bisel dos componentes da junta.

25. Zonas de uma junta soldada • Cobre-junta ou mata-junta: Peça colocada na parte inferior da solda (raiz) que tem por finalidade conter o metal fundido durante a execução da soldagem; • Zona fundida (ZF): Constituída pelo metal de solda, que é a soma da parte fundida do metal de base e do metal de adição; • Zona termicamente afetada (ZTA): Região do metal de base que tem sua estrutura e/ou suas propriedades alteradas pelo calor de soldagem

26. Passe de solda: Formado por um deslocamento da poça de fusão na região da junta;

27. Posições de soldagem

28. Simbologia da Soldagem

32. Classificação dos processos de soldagem • Soldagem por fusão: • Processo no qual as partes são fundidas por meio de energia elétrica ou química, sem aplicação de pressão. • Soldagem por pressão: • Processo no qual as partes são coalecidas e pressionadas uma contra a outra. • Brasagem: • Processo no qual as partes são unidas por meio de uma liga metálica de baixo ponto de fusão. Neste método, não há fusão do metal de base.

33. Processos de soldagem Soldagem por fusão Soldagem a arco elétrico

35. Classificação dos processos de corte • Corte a gás: • Corte oxiacetilênico. • Corte a arco elétrico.

36. Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido (SMAW) • Soldagem com eletrodo revestido (SMAW) é a união de metais pelo aquecimento oriundo de um arco elétrico entre um eletrodo revestido e o metal de base, na junta a ser soldada; • O metal fundido do eletrodo é transferido através do arco até a poça de fusão do metal de base, formando assim o metal de solda depositado; • Uma escória, que é formada do revestimento do eletrodo e das impurezas do metal de base, flutua para a superfície e cobre o depósito, protegendo esse depósito da contaminação atmosférica e também controlando a taxa de resfriamento. O metal de adição vem da alma metálica do eletrodo (arame) e do revestimento; • A soldagem com eletrodo revestido é o processo de soldagem mais utilizado devido à simplicidade do equipamento, à resistência e qualidade das soldas e baixo custo; • Grande flexibilidade e solda a maioria dos metais numa faixa grande de espessuras.

37. Soldagem com eletrodo revestido (SMAW)

38. Equipamento de Soldagem

39. Fonte de energia • Corrente alternada; • Corrente contínua – polaridade direta (CC-); • Corrente contínua – polaridade inversa (CC+). • Cabos de Soldagem • Conectar o alicate de eletrodo e o grampo à fonte de energia. • Alicate de eletrodo • Alicate que permite ao soldador controlar e segurar o eletrodo. • Grampo • Dispositivo para conectar o cabo terra à peça a ser soldada.

40. Tipos e funções de consumíveis - Eletrodos Didaticamente podemos classificá-las em funções elétricas, físicas e metalúrgicas: • Funções elétricas de isolamento e ionização • Isolamento: o revestimento é um mau condutor de eletricidade, assim isola a alma do eletrodo evitando abertura de arco laterais. Orienta a abertura de arco para locais de interesse. • Ionização: o revestimento contém silicatos de Na e K que ionizam a atmosfera do arco. A atmosfera ionizada facilita a passagem da corrente elétrica, dando origem a um arco estável.

41. Funções físicas e mecânicas • Fornece gases para formação da atmosfera protetora das gotículas do metal contra a ação do hidrogênio e oxigênio da atmosfera; • O revestimento funde e depois solidifica sobre o cordão de solda, formando uma escória de material não metálico que protege o cordão de solda da oxidação pela atmosfera normal, enquanto a solda está resfriando; • Proporciona o controle da taxa de resfriamento e contribui no acabamento do cordão. • Funções metalúrgicas • Pode contribuir com elementos de liga, de maneira a alterar as propriedades da solda.

42. Tipos de revestimento • Celulósico O revestimento celulósico apresenta as seguintes características: • elevada produção de gases resultantes da combustão dos materiais orgânicos (principalmente a celulose); • principais gases gerados: CO2, CO, H2, H2O (vapor); • não devem ser ressecados; • a atmosfera redutora formada protege o metal fundido; • o alto nível de hidrogênio no metal de solda depositado impede o uso em estruturas muito restritas ou em materiais sujeitos a trincas por hidrogênio; • alta penetração; • pouca escória, facilmente destacável; • muito utilizado em tubulações na progressão descendente; • operando em CC+, obtém-se transferência por spray.

43. Rutílico O revestimento rutílico apresenta as seguintes características: • consumível de uso geral; • revestimento apresenta até 50% de rutilo (TiO2); • média penetração; • escória de rápida solidificação, facilmente destacável; • o metal de solda pode apresentar um nível de hidrogênio alto (até 30 ml/100g); • requer ressecagem a uma temperatura relativamente baixa, para que o metal de solda não apresente porosidades grosseiras.

44. Básico O revestimento básico apresenta as seguintes características: • geralmente apresenta as melhores propriedades mecânico-metalúrgicas entre todos os eletrodos, destacando-se a tenacidade; • elevados teores de carbonato de cálcio e fluorita, gerando um metal de solda altamente desoxidado e com muito baixo nível de inclusões complexas de sulfetos e fosfetos; • não opera bem em CA, quando o teor de fluorita é muito elevado; • escória fluida e facilmente destacável; • cordão de média penetração e perfil plano ou convexo; • requer ressecagem a temperaturas relativamente altas; • após algumas horas de contato com a atmosfera, requer ressecagem por ser altamente higroscópico;

45. Altíssimo rendimento O revestimento de altíssimo rendimento apresenta as seguintes características: • adição de pó de ferro (rutílico/básico); • aumenta a taxa de deposição; • pode ou não ser ligado; • aumenta a fluidez da escória, devido à formação de óxido de ferro; • melhora a estabilidade do arco e a penetração é reduzida, principalmente com alta intensidade de corrente, o que pode minimizar a ocorrência de mordeduras; • possibilidade de soldar por gravidade (arraste); • reduz a tenacidade do metal de solda.

46. Classificação AWS dos eletrodos para soldagem de aços carbono e aços de baixa liga

47. Características do processo • Taxa de deposição: 1 a 5 Kg/h; • Espessuras soldadas: > 2mm; • Posições: Todas (Depende do revestimento) • Tipos de Juntas: Todas; • Diluição: de 10 a 30% • Faixa de corrente: 75 a 300 A.

48. Aplicações típicas na indústria do petróleo Soldagem da maioria dos metais e ligas empregadas em caldeiraria, tubulação, estruturas e revestimentos.

49. Vantagens • Baixo custo; • Versatilidade; • Operação em locais de difícil acesso.

50. Limitações • Lento devido à baixa taxa de deposição e necessidade de remoção de escória; • Requer habilidade manual do soldador.