UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais

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1 UNIVERSIDDE FEDERL DE MINS GERIS Deparaeno de Engenharia Mealúrgica e de Maeriai Soldage I Eiaiva de Cuo e Soldage Prof. Paulo J. Modenei Janeiro de 00

2 . Conideraçõe Iniciai: oldage é, e geral, uada coo pare de u proceo de fabricação que abé uiliza ouro proceo coo core, uinage, conforação ecânica, onage e raaeno érico e uperficiai. lé dio, a operação de oldage pode englobar eapa adicionai de pré-aquecieno, de reoção da raiz da olda, reparo e oura. No preene docueno ea eapa e o ouro proceo não erão coniderado. Deve-e deixar claro, conudo, que nua iuação real, o cuo de ua operação de oldage não erá, e geral, analiado de ua fora iolada. i, por exeplo, a adoção de u procedieno de oldage ai ofiicado (e ai caro) pode levar a ua redução de cuo pela eliinação de ua eapa no proceo de fabricação (por exeplo, pode ornar deneceário o uo de pré-aquecieno ou de u raaeno érico poerior). operação de oldage envolve u grande núero de apeco que pode er algu ipaco e eu cuo final coo o uo de conuívei (eal de adição, gá, fluxo e ouro), o cuo de peoal e ouro cuo fixo, o gao de energia elérica, o cuo de anuenção e a depreciação do equipaeno e o cuo do equipaeno e aeriai de proeção, de peça, ferraena e ouro aeriai. No preene docueno, erão coniderado de ua fora iplificada oene o rê prieiro ien ciado. Ua dicuão ai dealhada dee ien e do ouro poderá er enconrada na lieraura liada no final dee docueno. O cuo de ua operação de oldage erá, e geral, calculado para: (a) preparar o orçaeno de u erviço, (b) coparar procedieno de oldage enre i e co éodo alernaivo de fabricação e (c) deerinar a quanidade de conuívei neceária para a execução de u erviço. Vário do coeficiene e parâero aqui indicado pode er enconrado abelado e diferene rabalho. Enreano, algun dele ende a er uio epecífico para ua dada eprea ou, eo, u erviço devendo, porano, er preferencialene deerinado. deerinação do cuo aociado co o conuívei de oldage e a ão de obra é baeada no cálculo da aa de eal depoiado e u cordão de olda e do epo de oldage. Ee cálculo erá apreenado no ien eguine para o cao ai iple de u único ipo de juna oldada e de ua única eação de rabalho. Na aioria da equaçõe apreenada nee docueno, não fora incluído faore para ajuar o uo de diferene unidade (por exeplo, egundo e hora). Cabe ao uuário verificar cuidadoaene a unidade uada para eviar problea co o reulado obido. Modenei: Cuo e Soldage -

3 . Cálculo da aa de eal depoiado ( ): = L ρ L ρ é a denidade da olda (abela I). S é a área ranveral do cordão aociada co o eal depoiado. L é o coprieno do cordão. Tabela I Denidade aproxiada de algua liga: Liga Denidade (g/c 3 ) ço carbono 7,8 ço inoxidável 8,0 Liga de Cobre 8,6 Liga de Níquel 8,6 Liga de luínio,8 Liga de Tiânio,7 Exeplo do cálculo de S : w r S = + e = θ e = = ( e) anθ r* f = f 3 3 = π wr / ou, alernaivaene: π r 3 = + [ ( e) anθ + f ] π f = ou, alernaivaene, π r = * Modenei: Cuo e Soldage -

4 3. Cálculo do epo de oldage ( RC epo de arco abero ):. Co bae na velocidade de oldage (v): RC = L / v Para ua oldage co vário pae, a velocidade v uada na equação anerior eá definida coo: = ( ) / v /, onde v i é a velocidade de oldage por pae. i v i B. Co bae na axa de depoição do proceo (z ): = RC z axa de depoição, io é, a quanidade de aerial depoiado por unidade de epo, depende de vário faore, incluindo o proceo de oldage, o ipo e o diâero e o coprieno do elerodo e o ipo, a polaridade e o nível da correne (ver exeplo na figura abaixo), Se poível, z deve er deerinada e condiçõe iilare à da aplicação. 0 Taxa de Depoição (kg/h) 6 8,6, 3,,8 5,6 Taxa de depoição na oldage SW de aço carbono, co CC+ e coprieno do elerodo de cerca de 5 e função da correne e do diâero do elerodo Correne () Obervação: O núero neceário de pae para o preenchieno de ua juna pode er eiado, para ua velocidade édia v i por pae, coo: n P = z v i L Modenei: Cuo e Soldage - 3

5 O epo oal da operação de oldage ( T ), incluindo o epo de arco abero e o epo neceário para oura operaçõe (reoção de ecória e repingo, roca de elerodo, poicionaeno de cabeçoe, ec.) é dado por: RC T =, onde φ é o faor de ocupação ou de archa. φ O faor de ocupação é a razão enre RC e T. Valore de referência φ ão apreenado na abela II. Conudo, coo já foi colocado, valore a ere uado e cálculo para ua dada aplicação deve er, epre que poível, edido e condiçõe iilare à dea aplicação. Tabela II Valore do faor de ocupação para diferene odo de operação. Modo de operação φ (%) Manual Sei-auoáico 0-60 Mecanizado 0-90 uoáico Cálculo de cuo e oldage: a. Elerodo (Ce): Ce = CeU, ϕ onde ϕ é a eficiência práica de depoição (abela III) do proceo e C eu é o preço por peo do elerodo (por exeplo, R$/kg). Tabela III Valore ípico de ϕ para diferene proceo. Proceo ϕ (%) Elerodo Reveido: Coprieno: rae: SW ESW GMW rae ubulare: FCW Modenei: Cuo e Soldage -

6 b. Fluxo (Cf): Cf = K f C fu, ϕ onde K f é a razão enre o conuo de fluxo e o de elerodo e C fu é o preço por peo do fluxo. Se o fluxo não fundido durane a oldage for correaene reaproveiado, K f e u valor próxio de,0. Conudo, ee parâero varia baane co a condiçõe epecífica de operação. Ee ende, por exeplo, a auenar co a enão e a diinuir co a correne de oldage. c. Gá de Proeção (Cg): Cg = V C, G RC GU onde V G é a vazão de gá uada e C GU é o preço por volue de gá (por exeplo, e R$/ 3 ). Ea equação upõe que exia u dipoiivo elérico ou ecânico para a aberura e fechaeno do fluxo de gá incronizado co o epo de operação do arco e que não haja vazaeno no iea de alienação de gá. Se ea condiçõe, o conuo de gá pode auenar baane. d. Mão de obra e cuo fixo (Cl): RC Cl =, φ ( L + O) onde L e O ão, repecivaene, o cuo por unidade de epo co ão de obra e gao fixo. e. Energia elérica (Cel): P RC Cel = ( CelU ), ϕ el onde C elu (R$/kWh) é o preço da energia elérica, P (kw) é a poência elérica édia deprendida durane a oldage e ϕ el é a eficiência elérica do equipaeno de oldage. Por exeplo, a eficiência de u ranforador gira e orno de 80%. Modenei: Cuo e Soldage - 5

7 6. Exeplo: Deenvolva a equaçõe para o cálculo do cuo de u ero de olda para a juna (dienõe e ) e a condiçõe orada abaixo: Deenho da Juna 60º 0 0 Maerial: Proceo de Soldage: Correne: Tenão: Vazão de gá de proeção:: Taxa de depoição: Eficiência de depoição: Faor de ocupação: Eficiência elérica da fone: ço Carbono GMW 0 5V 5l/in 3,0kg/h 90% 0% 70% a. Cálculo de e de : = x 0 x [0 an(60º)] / = 73 =,73c L = = 00c =,73c x 00c x 7,8g/c 3 = 350g =,35kg b. Cálculo de RC : RC = / z w =,35kg / 3,0kg/h = 0,5h = 7in. c. Cuo para u ero de olda: Ce = (,35kg/h / 0,9) x C eu =,5kg x C eu Cg = (5l/in x 7in) x C GU = (05 l) x C GU Cl = (0,5h / 0,) x (L + O) =,3h x (L + O) (Elerodo) (Gá de proeção) (Mão de obra) P = 0 x 5V = 5500w = 5,5kW (poência) Cel = (5,5kW x 0,5h / 0,7) x C elu = 3,5kWh x C elu (Elericidade) 5. Leiura Copleenar:. Modenei, P.J. Caraceríica Econôica do Elerodo Reveido (Guia de ula Práica), UFMG, Wainer, E. e alli Soldage - Proceo e Mealurgia, Ediora Edgard Blücher, 99, p WS, Welding Handbook, Vol., 8 a edição, erican Welding Sociey, 987, p Cary, H.B. Modern Welding Technology, Prenice Hall, 979, p The Lincoln Elecric Copany, The Procedure Handbook of rc Welding, a edição, The Lincoln Elecric Copany, 973, eção. Modenei: Cuo e Soldage - 6