Processos de fabricação

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1 Processos de fabricação SOLDAGEM 1

2 Soldagem: 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. 2

3 Soldagem: 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. 3

4 Soldagem Nesse curso vamos abordar os principais processos, seus materiais e técnicas, de modo que você possa ter uma boa idéia da importância deles no contexto da indústria metal-mecânica. 4

5 O que é soldagem? Segundo a Associação Americana de Soldagem (American Welding Society - AWS) 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" 5

6 Vantagem da soldagem Podemos unir dois materiais parafusando, rebitando, 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

7 Soldagem: condições 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

8 Evolução dos processos O primeiro processo de soldagem por fusão com aplicação prática foi patenteado nos Estados Unidos em Ele utilizava o calor gerado por um arco estabelecido entre um eletrodo de carvão e a peça. 8

9 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

10 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

11 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

12 Evolução dos processos A soldagem por fusão inclui a maioria dos processos mais versáteis usados atualmente. 12

13 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. 13

14 Soldagem por pontos 14

15 Soldagem por costura Para unir duas chapas de 0,8 mm de espessura, trabalha-se com uma corrente de aproximadamente 1500 A e uma força de 300 kg. 15

16 Soldagem por resistência elétrica sem adição de metal 16

17 Evolução dos processos 17

18 Evolução dos processos - Resumo 1801 Sir Humphey Davis descobre o fenômeno do arco elétrico 1836 Edmund Davy descobre o Acetileno 1885 N. Bernardos e S. Olsewski depositam patente do processo de soldagem por arco elétrico 1889 N.G. Slavianoff e C. Coffin substituem o eletrodo de grafite por arame metálico 1901 Fouché e Picard desenvolvem o primeiro maçarico industrial para soldagem oxiacetilênica 1903 Goldschmidt descobre a solda aluminotérmica 1907 O. Kjellberg deposita a patente do primeiro eletrodo revestido 1919 C. J. Halsag introduz a corrente alternada nos processos de soldagem 1926 H.M. Hobart e P.K. Denver utilizam gás inerte como proteção do arco elétrico 1930 Primeiras normas para eletrodo revestido nos EUA 1935 Desenvolvimento dos processos de soldagem TIG e Arco Submerso 1948 H.F. Kennedy desenvolve o processo de soldagem MIG 1950 França e Alemanha desenvolvem o processo de soldagem por feixe de elétrons 1953 Surgimento do processo MAG 1957 Desenvolvimento do processo de soldagem com arame tubular e proteção gasosa 1958 Desenvolvimento do processo de soldagem por eletro-escória, na Rússia 1960 Desenvolvimento de processo de soldagem a laser, nos EUA 1970 Aplicados os primeiros robôs nos processos de soldagem 18

19 Classificação dos processos de soldagem Tomando como base o mecanismo físico envolvido: 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 coalescidas (unidas) 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. Por esse método o metal base não é fundido. 19

20 Processos de soldagem 20

21 Soldagem por fusão Soldagem a arco elétrico 21

22 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. 22

23 Soldabilidade: definição Soldabilidade é a facilidade que os materiais têm de se unirem por meio de soldagem e de formarem uma série contínua de soluções sólidas coesas, mantendo as propriedades mecânicas dos materiais originais. 23

24 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. 24

25 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 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. 25

26 Soldabilidade 26

27 Soldabilidade Como se vê, a soldabilidade mútua dos metais varia de um material metálico para outro, de modo que as juntas soldadas nem sempre apresentam as características mecânicas desejáveis para determinada aplicação. 27

28 Metalurgia da solda O simples fato de se usar calor nos processos de soldagem implica em alterações na microestrutura do material metálico. Do ponto de vista da estrutura metalográfica, no local da solda, o material apresenta características de metal fundido. Por isso, não podemos nos esquecer de que, às vezes, o metal após sofrer aquecimento, tem suas características mecânicas afetadas. 28

29 Metalurgia da solda A junta soldada pode se tornar relativamente frágil. Na zona afetada termicamente, a estrutura do metal pode ser modificada pelo aquecimento e rápido resfriamento durante o processo de soldagem. A composição química fica, entretanto, praticamente inalterada. 29

30 Metalurgia da solda 30

31 Definições ZONA TERMICAMENTE AFETADA (ZTA): Porção do metal de base que não foi fundido, mas cujas propriedades mecânicas ou micro estrutura foi afetada pelo calor da soldagem ou corte. ZONA FUNDIDA: Região que sofre fusão durante uma soldagem. ZONA DE LIGAÇÃO: Região da junta soldada que envolve a zona fundida. É a região que durante a soldagem foi aquecida entre a linha líquidos e sólidos. Para os metais puros se reduz a uma superfície. 31

32 Metalurgia da solda Na zona de ligação, observa-se uma transição entre a estrutura do metal fundido e a do metal de base. Na zona termicamente afetada o metal é superaquecido, provocando um aumento do tamanho do grão e, portanto, uma alteração das propriedades do material. Essa faixa é normalmente a mais frágil da junta soldada. 32

33 Metalurgia da solda A medida que aumenta a distância da zona fundida, praticamente não há diferenças na estrutura do material porque as temperaturas são menores. 33

34 Segurança em primeiro lugar Os principais riscos das aplicações de soldagem são: incêndios e explosões; queimaduras; choque elétrico; inalações de fumos e gases nocivos e radiação. 34

35 Segurança em primeiro lugar Do ponto de vista do soldador, este deve proteger-se contra: queimaduras provocadas por fagulhas, respingos de material fundido e partículas aquecidas; choques elétricos; e das radiações de luz visível ou invisível (raios infravermelhos e ultravioleta) sempre presentes nos diversos processos de soldagem. 35

36 Efeito da corrente elétrica A intensidade de um choque elétrico é determinado pela corrente elétrica que circula pelo corpo humano. Para freqüências entre 50 e 60 Hz, as reações, dependendo das condições de saúde, da constituição física e das condições ambientais em que se encontre a vítima, são: 36

37 Efeito da corrente elétrica 1 ma Apenas a sensação do choque, este nível de corrente não envolve qualquer perigo. 5 ma Os músculos são violentamente estimulados, com considerável sensação de dor. 10 ma Dor insuportável. 20 ma Contração violenta dos músculos; a vítima não consegue se separar do circuito elétrico por si só. 50 ma Consideravelmente perigoso. 100 ma Resultado fatal. 37

38 Equipamentos de proteção individual - EPI Durante a soldagem, o operador deve proteger: as mãos, com luvas feitas com raspas de couro; o tronco, com um avental de raspa de couro, ou aluminizado; os braços e os ombros com mangas e ombreiras também feitas de raspas de couro; a cabeça e o pescoço, protegidos por uma touca; 38

39 EPI os pés e as pernas, com botinas de segurança providas de biqueira de aço e perneiras com polainas que, ao cobrir o peito dos pés, protegem contra fagulhas ou respingos que possam entrar pelas aberturas existentes nas batinas. 39

40 EPI dependendo do processo de soldagem, o rosto deve ser protegido com máscaras ou escudos de proteção facial dotados de lentes que filtram as radiações infravermelha e ultravioleta, além de atenuar a intensidade luminosa. No processo oxiacetilênico, usam-se, para esse mesmo fim, óculos com lentes escuras ao invés de máscara; 40

41 EPI as vias respiratórias, com máscaras providas de filtros, toda a vez que se trabalhar em locais confinados ou com metais que geram vapores tóxicos como o chumbo e o mercúrio. As roupas do soldador devem ser de tecido não inflamável, e devem estar sempre limpas, secas e isentas de graxa e óleo para evitar que peguem fogo com facilidade. 41

42 EPI 42

43 EPI 43

44 EPI Usados em ambientes carregados de fumaça e pó. Ineficazes com respeito a substâncias gasosas (gases e vapores). Respirador de poeira 44

45 EPI 45

46 EPI Usados em locais fechados, como um tanque ou um túnel. Respirador para gases venenosos 46

47 Precauções contra acidentes Manter o local de trabalho sempre limpo; Retirar todo o material inflamável do local de trabalho antes de iniciar a soldagem; Manter o local de trabalho bem ventilado; Restringir o acesso de pessoas estranhas ao local da soldagem, isolando-o por meio de biombos; Usar sempre o equipamento de proteção individual. 47

48 Providências para evitar a fadiga do soldador Posicionar a peça a ser soldada de modo que a soldagem seja executada na posição plana, sempre que possível; Usar o menor tamanho possível de maçarico / tocha adequado à junta que se quer soldar; Usar luvas leves e flexíveis; Usar máscaras com lentes adequadas que propiciem boa visibilidade e proteção; 48

49 Providências para evitar a fadiga do soldador Garantir ventilação adequada; Providenciar ajuda adicional para a realização de operações como limpeza e goivagem; Colocar a mesa de trabalho e os gabaritos de modo que o soldador possa se sentar durante a soldagem. 49

50 Goivagem Método de remoção do material depositado, utilizado para eliminar distorções (defeitos), na raiz e / ou cordão de solda, provenientes da soldagem. Principais métodos de goivagem: a ar com arco elétrico; goivagem a maçarico oxiacetilênico; por meios mecânicos: usinagem e esmerilhamento. 50

51 Goivagem a chama Consiste na remoção de material depositado, trabalhando-se com o eixo do bico inclinado de 25 a 35 em relação à superfície da chapa a ser trabalhada. O metal goivado é removido por meio do jato de oxigênio a alta pressão, ocasião em que a escória formada também é eliminada. Este método de goivagem é empregado principalmente na limpeza da raiz e na remoção de cordões defeituosos de solda. 51

52 Goivagem a chama 52

53 Goivagem a ar com arco elétrico Nesse processo o arco é gerado entre um eletrodo de carvão e o metal-base. O eletrodo de carvão tem um canal interno, através do qual flui um jato de ar comprimido, que tem as mesmas funções do oxigênio, no método anterior. O processo utiliza corrente contínua, polaridade inversa. 53

54 Goivagem a ar com arco elétrico Prof. Marcos Andrade 54

55 Comparando os processos de goivagem A goivagem a arco elétrico apresenta uma eficiência de 2 a 3 vezes maior que a goivagem a gás, provoca uma zona termicamente afetada mais estreita e tem menor influência sobre a qualidade do metal-base. Estes fatores fazem com que, atualmente, a utilização da goivagem a arco elétrico seja bem maior do que sua similar a gás. Prof. Marcos Andrade 55

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