SOLDAGEM Aula 02. Faculdade Pitágoras Núcleo de Engenharias Engenharia Mecânica 9º Período Agosto 2016

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1 SOLDAGEM Aula 02 Faculdade Pitágoras Núcleo de Engenharias Engenharia Mecânica 9º Período Agosto 2016

2 SEGURANÇA EM SOLDAGEM A soldagem representa uma tecnologia agressiva ao ambiente e ao homem tendo particularidades entre processos, ambientes e locais de aplicação.

3 SEGURANÇA EM SOLDAGEM Como outras atividades a operação de soldagem envolve situação de risco podendo gerar danos as pessoas envolvidas, terceiros, às instalações e equipamentos. Deve-se utilizar sempre materiais e equipamentos de boa qualidade e em bom estado de conservação. As instruções de segurança dos fabricantes, da CIPA devem ser sempre observadas e atendidas.

4 Incêndios SEGURANÇA EM SOLDAGEM Os incêndios são provocados pela participação simultânea de três elementos: Combustível + Oxigênio + Calor

5 SEGURANÇA EM SOLDAGEM Incêndios Tetraedro do fogo

6 SEGURANÇA EM SOLDAGEM Incêndios Tetraedro do fogo Para que ocorra o fogo é necessário quatro coisas: Combustível - material que será oxidado (papel, madeira etc), ou seja, é tudo aquilo que pega fogo Comburente - material que será reduzido (oxigênio) Ignição - geralmente uma fonte de calor, para iniciar o processo de combustão, pode ser um atrito, chama ou outra reação química que produza um calor inicial para começar o processo Reação em cadeira - após iniciado o processo, parte do calor liberado é usado para dar continuidade ao processo de combustão

7 Soldagem Incêndios SEGURANÇA EM SOLDAGEM Os combustíveis estão: nos sólidos, líquidos ou gasosos gases industriais, materiais de limpeza e inspeção como panos, solventes, papel, etc. Oxigênio: Cilindro e no ar Fontes de Calor: arco, chama, peças aquecidas, respingos, conexões elétricas precárias, etc.

8 Soldagem Incêndios SEGURANÇA EM SOLDAGEM São imprescindíveis a limpeza e organização na área de soldagem, além de atitudes seguras do pessoal envolvido no processo e da condição dos equipamentos

9 Soldagem Explosões SEGURANÇA EM SOLDAGEM Cuidados com recipientes de combustíveis e gases pressurizados: -Trabalhar na posição vertical; -Fixá-lo com corrente; -Utilizar capacete de proteção na parte superior do recipiente; -Prevenir aquecimento excessivo. - Proibido uso de graxa em cilindros!!!!!

10 Soldagem Explosões SEGURANÇA EM SOLDAGEM Combustão espontânea de graxas e óleos quando em contato com O2 puro sob pressão; Jamais lubrificar reguladores de pressão e manômetro.

11 SEGURANÇA EM SOLDAGEM SoldagemEPI s 1.Avental; 2.Mangotes; 3.Luvas de proteção; 4.Perneiras; 5.Sapato de segurança; 6.Óculos de proteção; 7.Óculos de segurança; 8.Ombreira.

12 Soldagem Queimaduras SEGURANÇA EM SOLDAGEM Causas principais: respingos, chapa e metal aquecido; Acesso restrito às áreas de soldagem. Uso de sinalização e biombos; Uso de roupas adequadas, limpa e isenta de graxas e óleo; Uso dos EPI s Trabalhar com atenção

13 Choque elétrico SEGURANÇA EM SOLDAGEM A gravidade do choque é proporcional à corrente e não à tensão causadora, local e tempo de circulação no organismo humano.

14 SEGURANÇA EM SOLDAGEM Choque elétrico Aterrar equipamento; Trabalhar em ambiente seco; Usar roupas e calçados secos; Manter conexões elétricas em bom estado; Usar cabos e dimensões (diâmetros e comprimento) corretas

15 SEGURANÇA EM SOLDAGEM Gases e fumos nocivos Durante a soldagem pode ser gerados gases e vapores nocivos Esses gases podem causar dores de cabeça, febre, intoxicação e até a morte; Gases: Argônio e CO2 Asfixia Acetileno Anestésico e explosivo Ou seja, trabalhar em local aberto e ventilado, usar máscara contra gases, ventiladores e exaustores se for o caso.

16 Radiação SEGURANÇA EM SOLDAGEM Arco: radiação visível, infravermelho e ultravioleta de alta intensidade; Visível: Ofuscamento, cansaço e fadiga visual; Infravermelho: Queimaduras, dor de cabeça, lesão aos olhos; Ultravioleta: Queimaduras severas, câncer de pele, conjuntivite, cegueira; Então, use roupas e óculos adequados. O grau de escurecimento da lente varia com a corrente e o processo de soldagem.

17 SEGURANÇA EM SOLDAGEM

18 Outros riscos: Queda pessoal SEGURANÇA EM SOLDAGEM Queda de equipamento e ferramentas; Atos inseguros; Condições inseguras

19 SEGURANÇA EM SOLDAGEM MEDIDAS PARA PREVENÇÃO DE INCÊNDIOS EM SERVIÇOS DE CORTE, SOLDA E SIMILARES Só executar o serviço mediante prévia autorização PERMISSÃOPARA TRABALHOS DE CORTE, SOLDA E SIMILARES Certifique-se que os equipamentos para corte e solda estão em perfeitas condições de funcionamento. Certifique-se que não existe material combustível ou líquido inflamável num raio de 12 m, em torno da área onde será executado o serviço. Se os materiais não puderem ser removidos proteja-os com lonas incombustíveis, biombos metálicos ou outro meio adequado. Certifique-se que não existe acúmulo de gases inflamáveis na área onde será executado o serviço ou nas redondezas.

20 SEGURANÇA EM SOLDAGEM Princípios de Segurança em Soldagem Antes de iniciar as operações certifique-se que as fagulhas não irão atingir outros locais através de janelas, portas, frestas, buracos, sistemas de ventilação, etc. Mantenha no local meios adequados para a extinção de incêndios. No local devem existir suportes adequados para apoio dos maçaricos, para que não provoquem superaquecimentos e conseqüentemente incêndios.

21 SEGURANÇA EM SOLDAGEM Princípios de Segurança em Soldagem Se o trabalho for executado em paredes ou coberturas, certifique-se que a construção é incombustível e que não existem revestimento se outros materiais combustíveis. Se o trabalho for executado em compartimentos fechados, todos os elementos combustíveis devem ser retirados. Manter operário ou vigilante de prontidão com equipamentos de proteção contra incêndios (extintores, mangueiras, etc.) durante o trabalho e meia hora após o término do mesmo.

22 SEGURANÇA EM SOLDAGEM Desidratação e excesso de calor; Aparelhos e acessórios utilizados no corpo humano; Uso de lentes de contato!!!

23 Exercícios 1) Que equipamentos de proteção individual são recomendados para a segurança de soldadores e operadores de soldagem? 2) Cite medidas de segurança para a proteção de instalações e equipamentos de soldagem. 3) Qual a diferença entre segurança pessoal e de terceiros? 4) Por que a segurança é uma tarefa coletiva? 5) Por que esforços individuais são pouco efetivos na prevenção de acidentes?

24 Índice Introdução Definição Características do arco Fenômenos na soldagem a arco elétrico Parâmetros do arco elétrico de soldagem

25 Introdução Os processos de soldagem apresentam intensidades de fontes térmicas e níveis de aplicação de pressão variados que são adequados a várias situações, tornando amplamente versátil, compreendendo desde fabricação e manutenção de componentes.

26 Introdução O modo de soldagem pode ser através de energia térmica criadas através de fontes naturais ou a partir de fenômenos elétricos, físicos e químicos. Fontes de energia mecânica são utilizadas para soldagem de aplicação de pressão à junta.

27 Introdução Processos que promovem a união por fusão localizada Soldagem a arco elétrico Soldagem a plasma Soldagem por eletro escória Soldagem a chama Soldagem por bombeamento de elétrons Soldagem por eletrogás Soldagem por laser Soldagem por Hidrogênio Atômico

28 Introdução Soldagem que promovem união por aplicação de pressão no estado sólido Soldagem por resistência Soldagem por Explosão Soldagem por Difusão Soldagem por Atrito Soldagem por Ultra-som Soldagem por Pressão

29 DEFINIÇÃO AW ARC WELDING Categoria de processos que usam o calor de um arco elétrico como fonte térmica para promover a fusão e união do material. Segundo C. Jakson Consiste em uma descarga elétrica sustentada através de um plasma, estabelecido de tal maneira, que produza energia térmica suficiente para ser útil na junção de metais.

30 DEFINIÇÃO AW ARC WELDING Em soldagem, o arco, em geral, opera entre um eletrodo plano, ou aproximadamente plano (a peça), e outro que se localiza na extremidade de um cilindro (arame, vareta ou eletrodo), com área menor do que o primeiro.

31 DEFINIÇÃO AW ARC WELDING Isso dá características do arco um formato cônico ou de sino com área junto a peça maior que essa seção próxima ao eletrodo.

32 CARACTERÍSTICAS DO ARCO AW ARC WELDING Um exemplo de processo de soldagem a arco elétrico é o GMAW (Gas Metal Arc Welding) Processo de soldagem de metal através de um gás de proteção gasosa

33 CARACTERÍSTICAS DO ARCO - Alta eficiência na transformação da energia elétrica em energia calorífica - Potência específica alta e resulta em um calor concentrado em uma pequena área; - Condutor elétrico flexível, sujeito a interferências externas (campos magnéticos) - Subsiste em qualquer atmosfera gasosa; - Emite radiação não ionizante de alta intensidade (espectros visíveis e não visíveis). Segurança!!

34 FENÔMENOS NA SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO AW ARC WELDING A diferença de potencial entre as extremidades do arco, varia com: a distância dos eletrodos (comprimento de arco (Ia), com forma tamanho e material dos eletrodos, composição e pressão do gás na coluna do plasma corrente que atravessa o arco entre outros fatores.

35 SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO AW ARC WELDING Por outro lado a parte visível e brilhante do arco constitui a coluna de plasma, que representa gradientes térmicos e elétricos bem mais baixos. de 10 3 º C/mm e de V/mm. Distribuição potencial de um arco e suas regiões: (a) zona de Queda Catódica, (b) coluna do arco, (C) Zona de Queda Anódica (equemático ) Fonte: Mondenesi

36 FENÔMENOS NA SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO AW ARC WELDING O arco elétrico e a gota metálica fundida se comportam como condutores flexíveis podendo sofrer ações devido a campos magnéticos e/ ou efeitos físicos. Isto trás consequências positivas e negativos como veremos a seguir

37 FENÔMENOS NA SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO 1 FORÇA DE ARRASTE Forças radiais atuam no arco, devido a um campo magnético gerando gradiente de pressão jato de plasma em direção a peça. Comprimento do Jato de Plasma Fonte: Lemen

38 FENÔMENOS NA SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO 1 FORÇA DE ARRASTE O efeito independe da polaridade e do meio onde ocorre o processo, e explica a deposição regular da solda em qualquer posição, com corrente apropriada ao diâmetro do eletrodo e do metal de base. F=BIL Força do campo B= Campo magnético I = Intensidade de corrente L= Comprimento do arco Jato de Plasma Fonte: Marques P1>P2 devido à menor área na coluna onde atua f1. Força de arraste (F) no sentido da maior pressão para menor pressão.

39 FENÔMENOS NA SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO 1 FORÇA DE ARRASTE Influências: Aplicação em qualquer posição de soldagem* Colabora na penetração da solda Influencia no modo de transferência de soldagem.

40 FENÔMENOS NA SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO 2 Efeito Constrição do Arco Plasma A) Constrição devido a força de Lorentz B) Constrição devido a um bocal devidamente dimensionado

41 FENÔMENOS NA SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO 3 Efeito de estrangulamento da Gota de solda (Pinch) Devido a força atuante próximo a base do eletrodo sofre um estrangulamento, apertando a gota formada facilitando a transferência do metal de adição para o metal de base. Não depende da polaridade.

42 FENÔMENOS NA SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO 4 Sopro magnético A) Natural Desvio que ocorre do arco elétrico no processo de soldagem. O arco desvia de sua posição em função de um campo magnético em outro ponto. Ocorre em muitos casos um formato irregular de solda e/ ou excesso de respingos.

43 FENÔMENOS NA SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO 4 Sopro magnético B) Forçado As causas são devido a arcos próximos com soldagem que utilizam dois cabeçotes, o metal de base apresentar magnetismo residual, ou local de trabalho está com campos magnéticos devido a fatores externos (aparelhos etc).

44 FENÔMENOS NA SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO 4 Sopro magnético Soluções para eliminar ou minimizar o sopro magnético: Para arcos de comprimento próximos, se possível utilizar corrente alternada; Procurar distancias otimizadas para cabeçote; Desmagnetizar o material ou aquecer acima da temperatura de 768º (curie) Verificar campos magnéticos no ambiente.

45 PARÂMETROS DO ARCO ELÉTRICO DE SOLDAGEM A INTESIDADE DA CORENTE Associados a diâmetro do eletrodo e espessura da junta de soldagem e também a relação de soldagem com metal de adição ou autógena.

46 PARÂMETROS DO ARCO ELÉTRICO DE SOLDAGEM B POLARIDADE Define o sentido da corrente no circuito elétrico de soldagem em corrente contínua, conforme convenção: CC Polaridade Direta

47 PARÂMETROS DO ARCO ELÉTRICO DE SOLDAGEM B POLARIDADE Define o sentido da corrente no circuito elétrico de soldagem em corrente contínua, conforme convenção: CC + Polaridade Inversa

48 PARÂMETROS DO ARCO ELÉTRICO DE SOLDAGEM B POLARIDADE Define o sentido da corrente no circuito elétrico de soldagem em corrente contínua, conforme convenção: CA - Alternada

49 PARÂMETROS DO ARCO ELÉTRICO DE SOLDAGEM C TENSÃO DO ARCO Diferença de potencial (tensão) entre a extremidade do eletrodo e a superfície da junta/ peça, estando associado ao comprimento do arco. Influencia o formato do cordão de soldo e o modo de transferência da solda na junta.

50 PARÂMETROS DO ARCO ELÉTRICO DE SOLDAGEM D ENERGIA DE SOLDAGEM Aporte calor ou calor aportado (head input), traduz a energia gerada por comprimento de solda depositada ou executada, dimensiona o grau de agressão térmica à junta. E Joule cm Intensidade de Corrente A X Tensão do Arco (V) x60 = cm Velocidade de soldagem ( minuto ) Importante destacar que a potência dissipada do arco não é totalmente adicionada na junta e existe perdas térmicas durante operação. E líquida = η E

51 PARÂMETROS DO ARCO ELÉTRICO DE SOLDAGEM D ENERGIA DE SOLDAGEM E líquida = η E E = Energia total do arco e é o rendimento do processo de soldagem.

52 PARÂMETROS DO ARCO ELÉTRICO DE SOLDAGEM D ENERGIA DE SOLDAGEM

53 PARÂMETROS DO ARCO ELÉTRICO DE SOLDAGEM E REGULAGEM DOS PARÂMETROS DE SOLDAGEM Devem ter como objetivos gerais: Estabilidade do arco durante a soldagem; Calor suficiente para adequada fusão do eletrodo e penetração da junta; Deposição homogênea e contínua da solda.

54 Exercícios 1) Quanto ao aporte térmico ( heat input ) produzido durante a soldagem, pode-se afirmar que: (a) O aporte térmico que se introduz em uma junta é cada vez maior, quando os valores de corrente e tensão do arco são cada vez menores, se mantendo a velocidade de soldagem constante. (b) O aporte térmico é diretamente proporcional aos valores da corrente elétrica e tensão, e inversamente proporcional à velocidade de soldagem. (c) O aporte térmico é diretamente proporcional à velocidade de soldagem, e inversamente proporcional aos valores da corrente elétrica e tensão. (d) O aporte térmico é uma variável que depende diretamente das propriedades física e mecânica do metal de base que será soldado.

55 Exercícios 2) Calcule a energia de soldagem e a energia líquida de soldagem (considere o rendimento médio de cada processo) para as seguintes condições de soldagem (aço baixo carbono): a) Processo TIG, I=100 A, U=11V, e v=20cm/min b) Processo MIG, I=300 A, U=29V, e v=60cm/min c) Processo SAW, I=420 A,U=34V, e v=60cm/min Discuta os resultados obtidos.

56 Exercícios de fixação 3) Por que o arco elétrico é a fonte de calor mais usada, hoje em dia, para soldagem por fusão? 4) Como é possível determinar experimentalmente a soma das quedas de potencial nas regiões anódicas e catódicas? 5) Por que a corrente de soldagem é transportada principalmente por elétrons? 6) Que proporção da corrente elétrica no arco é transportada por elétrons? E íons positivos?

57 SOLDAGEM Dúvidas?

58 Bibliografia Machado, Ivan Guerra Soldagem e técnicas conexas: processos. 1 ed. UFRGS Rio Grande do Sul p.: il CDU Marques, Paulo Villani Soldagem: Fundamentos e tecnologia / PauloVillani Marques, Paulo José Modenesi, Alexandre Queiroz Bracarense 3. ed. UFMG Belo Horizonte p. IBSN

59 Desenvolvido por Julio Cesar de Jesus