LIGAÇÕES PERMANENTES. Processo de soldadura Introdução processo de soldadura

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1 Processo de soldadura Introdução processo de soldadura 1

2 Processo de soldadura Introdução processo de soldadura Evolução da soldadura Comparação da soldadura com outros processos de fabricação Soldabilidade dos materiais Classificação dos processos de soldadura Processos de Soldadura por fusão Processo de Soldadura Manual com electrodos revestidos Fontes de energia para de Soldadura por fusão 2

3 Processo de soldadura Introdução processo de soldadura O que é soldadura? É um processo de ligação química (interatómica) i,é permanente de pelo menos dois materiais, por meio de calor ou pressão ou, ainda por meio de acção combinada daqueles dois "Operação que visa obter a união de duas ou mais peças, assegurando, na junta soldada, a continuidade de propriedades físicas, químicas e metalúrgicas durante o seu desempenho 3

4 Processo de soldadura Introdução processo de soldadura Evolução da soldadura A soldadura na sua forma atual é um processo recente com cerca de 100 anos A história da soldadura mostra que desde as mais remotas épocas, muitos artefatos já eram fabricados utilizando recursos de brasagem, tendo sido descobertos alguns com mais de 4000 anos; a soldadura por forjamento também vem sendo utilizada há mais de 3000 anos. 4

5 Processo de soldadura Introdução processo de soldadura Evolução da soldadura As técnicas da soldadura moderna começaram a serem moldadas a partir da descoberta do arco elétrico, bem como também a sintetização do gás Acetileno no século passado, o que permitiu que se iniciassem alguns processos de fabricação de peças, utilizando estes novos recursos. 5

6 Processo de soldadura Introdução processo de soldadura Evolução da soldadura Com o advento da Primeira Guerra Mundial, a técnica da soldadura começou a ser mais utilizada nos processos de fabricação; a Segunda Guerra Mundial imprimiu grande impulso na tecnologia de soldadura, desenvolvendo novos processos e aperfeiçoando os já existentes. Abaixo, segue se um resumo cronológico da história da soldadura: 6

7 Processo de soldadura Comparação da soldadura com outros processos de fabricação O processo de soldadura é hoje o principal processo usado na união permanente de peças metálicas, permitindo a montagem de conjuntos com rapidez, segurança e economia de material Por exemplo, a ligação de chapas metálicas com parafusos ou rebites exigem que as chapas sejam furadas para passagem daqueles, causando uma perda de secção de Até 10%, que deve ser compensada com uma espessura maior das peças 7

8 Processo de soldadura Comparação da soldadura com outros processos de fabricação A utilização de chapas de reforço e os próprios parafusos e porcas ou rebites aumentam o peso final da estrutura. Na união de tubos podem-se fazer considerações semelhantes ao se compararem juntas soldadas com juntas roscadas. 8

9 Soldabilidade dos materiais Processo de soldadura Antes da soldadura de um material, deve-se verificar a sua soldabilidade. Se o material a ser trabalhado exigir muitos cuidados, tais como controle de temperatura de aquecimento, ou tratamento térmico após soldadura, por exemplo, dizemos que o material tem baixa ou fraca soldabilidade 9

10 Soldabilidade dos materiais 10

11 Classificação dos processos de soldadura A soldadura envolve uma vasta gama de processos intrínsecos. A classificação ajuda a clarificação das diferenças fundamentais destes processos, monstra o grau de complemento ou a diversidade dum ao outro. 11

12 Classificação dos processos de soldadura Processo de Ligação Por pressão Soldadura Sem pressão Sem fusão fusão Por explosão Ultrasónica Por difusão Por fricção Indução a pressão Sem fusão Por fusão Por percussão Electroquímica Por Relâmpago Deposição a vapor Por Resistência Homogéneo Heterogéneo 12

13 Classificação dos processos de soldadura Sem pressão Sem fusão Por fusão A Gás Por Plasma Autogéno Por Feixe de electrões Por Feixe de raios laser Homogéneo Com metal de adição Electroquímica Deposição a vapor Heterogéneo Com eléctrodos fusíveis Com eléctrodos não fusíveis (metal frio) 13 Manual MIG/MAG electroslag Arco submerso Fluxo GTAW Plasma EB Laser

14 Processos de Soldadura por fusão O processo soldadura por fusão, é o processo no qual os bordos das partes a soldar, são aquecidos a cima do ponto de fusão (para materiais puros) ou acima de liquidus (para as ligas). Desta forma os átomos dos substratos combinam-se no estado liquido para forma uma ligação contínua A soldadura por fusão inclui todos aqueles processos os quais a fusão das porções dos substratos a unir, com ou sem material de adição, tem o rol significante para a produção duma solda

15 Processos de Soldadura por fusão Constituição da microestrutura do cordão de soldadura

16 Principio de funcionamento

17 Principio de funcionamento Este tipo de soldadura é dos mais usados, O material que cobre o eléctrodo (conhecido por fluxo), funde-se durante o processo de soldadura, formando uma nuvem gasosa. Esta nuvem estabiliza o arco e protege o banho de solda de contacto com os gases do meio ambiente. Depois da solidificação do cordão de soldadura, o fluxo forma na superfície do metal uma camada de escoria que tem de ser limpo do cordão. Durante a combustão do arco, O fluxo serve também de desoxidante

18 Vantagens e Desvantagens do processo Vantagens do SMAW O processo versátil, aplicavel a uma grande variedade de aplicações e grande variedades de eletrodos Equipamento relativamente simples, praticamente barato e portátil Adaptável para espaços confinados A quantidade do fluxo no elétrodo é regulado pelo fabricante Baixa sensibilidade ao vento

19 Vantagens e Desvantagens do processo Devantagens do SMAW Difícil de mecanizar Requer constante reposição do elétrodo Requer constante limpeza das escorias depois da soldadura Intensidades de corrente limitadas Baixa productividade quando comparado com os processos de alimentação continua do arame

20 Vantagens e Desvantagens do processo Problemas do SMAW O maior problema com este tipo de soldadura esta associado com descontinuidades. Cortes por queimaduras, fusão incompleta, porosidade, inclusão de escorias, fissuras, sobreposição incorrecta, penetração parcial,

21 Vantagens e Desvantagens do processo Problemas do SMAW

22 Vantagens e Desvantagens do processo Problemas do SMAW Fusão Incompleta é uma descontinuidade duma solda a qual a fusão entre o metal e a zona de fusão ou cordão de ligação Corte por queima - é cavidade resultante da fusão do metal base. A cavidade é adjacente a garganta de solda e que se manteve não enchido pelo metal liquido

23 Vantagens e Desvantagens do processo Problemas do SMAW

24 Vantagens e Desvantagens do processo Problemas do SMAW Sobreposição é uma extensão do metal de solda para alem da garganta ou raiz da solda Enchimento incompleto é aquela em que a face do cordão ou raiz se situa abaixo do metal parente

25 Campo de Aplicação Soldadura de quase todos os metais, excepto cobre puro, metais preciosos, reativos e de baixo ponto de fusão. Usado na soldadura em geral. Parâmetros de Soldadura Tipo de material Diâmetro do Eletrodo Intensidade da corrente Velocidade de soldadura Tensão e polaridade

26 Fontes de energia para Soldadura por fusão O arco elétrico é a fonte de calor mais comumente utilizada na soldagem por fusão de materiais metálicos, apresentando uma combinação ótima de características que incluem uma concentração adequada de energia para a fusão localizada do metal de base, facilidade de controle. Como consequência, os processos de soldagem a arco possuem atualmente uma grande importância industrial, sendo utilizados na fabricação dos mais variados componentes e estruturas metálicas e na recuperação de um grande número de peças danificadas ou desgastadas.

27 Fontes de energia para Soldadura por fusão A soldadura por fusão é realizada por meio de aplicação de energia concentrada numa parte da junta (região da(s) peça(s) onde a soldadura será realizada) de forma a conseguir a sua fusão localizada, de preferência afetando termicamente ao mínimo o restante da(s) peça(s)

28 Fontes de energia para Soldadura por fusão A fonte transfere energia à junta através da área de contato (A0) entre a fonte e a peça, causando o aquecimento do material adjacente até a sua fusão. Contudo, em vista da elevada condutividade térmica dos metais e da grande diferença de temperatura entre as regiões próximas e afastadas da região de contato, o calor tende a se difundir rapidamente para área restante da peça, resfriando e dificultando a fusão da região de contato e afetando termicamente regiões mais afastadas desta.

29 Fontes de energia para Soldadura por fusão Assim, para ser efetiva na soldagem por fusão, a fonte deve fornecer energia a uma taxa suficientemente elevada e em uma área suficientemente pequena para garantir a fusão localizada do metal de base na região adjacente à área de contato, antes que o calor se difunda em quantidades apreciáveis para o restante da peça. Para caracterizar este processo, define-se a potência específica (Pesp) de uma fonte de energia como

30 Fontes de energia para Soldadura por fusão onde E é a quantidade de energia gerada pela fonte, η é o rendimento térmico da fonte, isto é, a fração da energia que é transferida para a peça e t é o tempo de operação. A energia gerada pela fonte depende fundamentalmente de sua natureza, No caso de fontes elétricas

31 Fontes de energia para Soldadura por fusão De uma forma geral, para ser útil na soldagem por fusão, uma fonte precisa ter uma potência específica entre cerca de 106 e 1013W/m2. No limite inferior desta faixa, a densidade de energia é insuficiente para aquecer a região próxima da área de contato até a sua fusão antes que o calor se difunda para o restante da peça.

32 Fontes de energia para Soldadura por fusão Neste caso, a fonte permite apenas o aquecimento da peça, e por sua vez é capaz de promover a fusão localizada (este é o caso, por exemplo, de um maçarico de aquecimento ou uma manta térmica que, embora possam gerar uma quantidade apreciável de calor, este é transferido para a peça através de uma área de contacto relativamente grande).

33 Fontes de energia para Soldadura por fusão No limite superior, o calor é fornecido de forma tão concentrada que causa uma vaporização do material na região de contato em poucos microsegundos, antes mesmo da fusão ou de um aquecimento apreciável de outras partes da peça. Tem-se, neste caso, condições mais favoráveis ao corte do que à soldagem.

34 Fontes de energia para Soldadura por fusão

35 Análise de Diferentes Efeitos sobre os Eletrodos O arco elétrico exerce diferentes efeitos sobre os eletrodos (por exemplo, erosão, pressão ou contaminação por gases) que podem ser utilizados para a obtenção de dados do arco (mecanismos de emissão de elétrons, fluxo de massa, etc).

36 Análise de Diferentes Efeitos sobre os Eletrodos Diferenças entre um processo de soldadura - com eletrodo não consumível (esquerda) -e eletrodo consumível (direita). - la - comprimento do arco, - f taxa de alimentação do arame (eletrodo), - w - taxa de fusão, - Ae - área do eletrodo de tungstênio e - Aw - área do arame (eletrodo).

37 Perfil Elétrico do arco A queda de tensão ao longo de um arco elétrico não é uniforme, existindo quedas repentinas de tensão junto aos eletrodos (ânodo e cátodo) que, para metais podem atingir entre cerca de 1 e 15V

38 Perfil Elétrico do arco Distribuição de potencial em um arco e suas regiões: (a) Zona de Queda Catódica, (b) Coluna do Arco e (c) Zona de Queda Anódica Distância

39 CLASSIFICAÇÃO DOS ELETRODOS REVESTIDOS Existem diferentes tipos de eléctrodos revestidos, variando de acordo com o material a ser soldado e sua aplicação. A norma mais utilizada para classificação dos eléctrodos revestidos é a ASME II Part C (American Society of Mechanical Engineers - Sociedade Americana dos Engenheiros Mecânicos), que segue as definições da AWS (American Welding Society - Sociedade Americana de Soldagem). A classificação é feita de acordo com o tipo de consumível, propriedades mecânicas, posições de soldagem, tipo de revestimento e composição química do metal depositado.

40 O eletrodo é a peça consumível do processo de solda e a mais importante, a escolha do eléctrodo depende de uma série de factores, dentre outros: o material a ser soldado, a posição que a solda irá ser realizada e as propriedades da solda desejada.