Processo de Soldagem a Gás

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1 Processo a Gás Este texto apresenta aspectos relacionados com o Processo a Gás, envolvendo equipamentos de soldagem, tipos e funções dos gases, tipos e funções dos combustíveis, tipos de chama, características e aplicações, além das descontinuidades induzidas pelo processo de soldagem. Equipamentos O equipamento necessário para este processo varia muito, dependendo da aplicação e do tipo de combustível usado. O equipamento básico é mostrado na Figura 1. Este consiste de cilindros de gás combustível e de oxigênio, cada um com o seu regulador de pressão para reduzir a pressão interna do cilindro, mangueiras para transportar os gases para o maçarico e, uma combinação de maçarico / extensão de solda (bico de soldagem) para ajustagem da mistura de gases e produção da chama desejada. Página 1

2 Figura 1: Equipamento para soldagem oxicombustível. O maçarico de soldagem consiste de um conjunto formado por um cabo ou punho, o qual é dotado de válvulas de regulagem de vazão individualizadas para cada gás, através das quais estes passam para dentro de uma câmara de mistura. Nessa câmara o oxigênio e o gás combustível são misturados. Em seguida, a mistura passa através de uma extensão (bico de soldagem) atarraxada ao punho. Na saída da extensão, com a ignição da mistura, teremos à chama. Página 2

3 Tipos e funções dos gases Há uma grande variedade de gases disponíveis para soldagem a gás sendo que uma característica comum entre eles é a necessidade do oxigênio para suportar a combustão. Para ser recomendável para a aplicação em soldagem, o gás combustível quando queimado com o oxigênio deve apresentar: Alta temperatura de chama. Elevada taxa de propagação da chama. Calor contido adequado. Mínima reatividade química da chama produzida com o metal de base e metal de adição. Entre os gases comerciais disponíveis, o acetileno é o que mais se aproxima dessas características visto que possui alta intensidade de combustão. O acetileno (C 2 H 2 ) é um hidrocarboneto que contém uma porcentagem maior de carbono em peso do que qualquer outro gás hidrocarboneto combustível. O acetileno é um gás incolor e mais leve do que o ar. Quando gasoso é instável, se sua temperatura exceder a 780 C ou sua pressão manométrica subir além de 2kgf/cm 2, uma decomposição explosiva pode resultar mesmo com a ausência de oxigênio. Por esta razão, deve-se manusear cuidadosamente o acetileno. Página 3

4 Tipos e Funções dos Combustíveis Os consumíveis empregados no processo de soldagem gás são os gases, a vareta de solda e o fluxo, estando os mesmos disponíveis para uma ampla variedade de metais ferrosos e não ferrosos. O fluxo tem o propósito de limpar o metal de base na área da solda escorificando as impurezas, óxidos, que em seguida serão removidas como escória da solda. As varetas, que vêm ser o metal de adição, são normalmente selecionadas conforme o valor da resistência mecânica pretendida na solda. A especificação AWS A 5.2 Varetas de aço carbono e aço baixa liga para soldagem a gás - é um bom exemplo do que acabamos de citar. Nela, as varetas cujas classificações são precedidas pelas letras RG (vareta para soldagem a gás), são classificadas segundo o critério principal de propriedades mecânicas (resistência) a ser obtida na solda. Para algumas dessas varetas, algumas classificações, a norma define as faixas de composição química. Em outras, a norma deixa a critério do fabricante a definição da composição química do seu produto, exigindo apenas o resultado quanto ao desempenho mecânico (resistência). Características e Aplicações A soldagem a gás pode ser à direita ou à esquerda: Página 4

5 Soldagem à direita - a vareta desloca-se atrás da chama, no sentido da soldagem. É um processo rápido e econômico. Soldagem à esquerda - a vareta desloca-se à frente da chama, no sentido da soldagem. É um processo lento que consome muito gás, porém produz soldas de bom aspecto e é de fácil execução. Tipos de Chama Uma chama de soldagem apresenta basicamente duas regiões, ver Figura 2 e detalhadas a seguir. Figura 2: Regiões de uma chama. Página 5

6 Cone (ou dardo) - de cor azulada, onde ocorre uma combustão incompleta, também dita combustão primária: C 2 H 2 + O 2 2 CO + H 2 Em temperatura elevada há dissociação do hidrogênio molecular em hidrogênio atômico e fornecimento de energia: H 2 2 H + + energia. Penacho - região mais comprida, que envolve o cone, e onde a combustão se completa. Nesta região ocorrem as combustões secundárias segundo as equações: 2CO + O 2 2CO 2 H 2 + 1/2 O 2 H 2 O O ponto de temperatura mais alta encontra-se no penacho, a aproximadamente 2 mm do cone. A peça deve se situar nesta região para uma soldagem mais eficiente. A atmosfera protetora é formada pelos gases da combustão. Tipicamente, o calor contido na reação primária é gerado no cone interno. No cone, a combustão é sustentada pelo oxigênio suprido pelo maçarico de soldagem. Por sua vez, a reação secundária, a qual ocorre na parte Página 6

7 externa da chama, consiste da reação entre os produtos da combustão primária e o oxigênio do ar atmosférico. Embora o calor produzido pela chama secundária seja importante, o calor mais concentrado do cone interno tem uma contribuição muito maior na capacidade de soldagem de um sistema oxicombustível. Se chamarmos de a relação entre o volume de oxigênio e o volume de acetileno participantes da combustão (a = O 2 /C 2 H 2 ), podemos definir três tipos de chama (conforme mostrado no quadro 1): Chama Normal - quando temos a = 1. Chama Redutora - quando a < 1, isto é, temos maior quantidade de acetileno. Da combustão incompleta, no cone, resultará um excesso de hidrogênio e de carbono livre (C 2 H 2 + O 2 2CO + H 2 + C), aumentando o teor de carbono do metal de solda. No caso da chama redutora, nela aparece uma terceira região, sem nome, entre o cone e o penacho e de luminosidade característica e intensa. Chama Oxidante - quando a > 1. Há sobra de oxigênio. A atmosfera, rica em oxigênio, oxidará o metal. A chama oxidante, por ser mais turbulenta, apresenta um ruído característico. Página 7

8 Tipo de chama / relação de consum o Normal a = 1 Redutora a < 1 Oxidante a > 1 Soldagem a gás Chama Forma da Chama Penacho Dardo branco brilhante e arredondado. Penacho verde C 2 H + ao 2 2aCO + H (1 - a) C Penacho azulado e/ou avermelhado Dardo branco, pequeno e pontudo. Quadro 1: Chamas para soldagem a oxi - acetileno. Aplicações/ características Normal - Chama menos quente. - Na soldagem do aço carbono fornece uma junta porosa e quebradiça. - Enchimentos duros. - Máxima temperatura de chama: a= 1,25 a 1,5 - Ruído característico. - Soldagem do aço: junta queimada, grande quan- tidade de óxidos. - Soldagem do latão. A soldagem a gás é normalmente aplicada aos aços carbono, aços liga e ferros fundidos. Na indústria do petróleo é utilizada na soldagem de tubos de pequeno diâmetro e espessura, e na soldagem de revestimento Página 8

9 resistente à abrasão. Pode, porém ser utilizada na soldagem de outros materiais variando-se a técnica, preaquecimento, tratamento térmico e uso de fluxos. Algumas das vantagens deste processo são: É relativamente barato; Altamente portátil; Soldagem possível em todas as posições. As maiores desvantagens do processo são o tempo longo de soldagem e o grau relativamente alto da habilidade requerida do soldador. A soldagem a gás é bem aceita para união de seções finas de chapas e tubos de diâmetros pequenos. Soldas em seções espessas não são econômicas, mas podem ser adequadas para serviços de reparos. Neste processo, o projeto da junta é uma variável importante que deve ser levada em consideração. Maior abertura da raiz de certas juntas é necessária para permitir penetração total. Descontinuidades Induzidas pelo Processo As descontinuidades comumente encontradas na soldagem a gás são: porosidade, inclusões de escória, falta de fusão, falta de penetração, Página 9

10 mordedura, sobreposição e várias formas de trincas. É bom lembrarmos que uma técnica adequada pode eliminar muitos desses problemas. Porosidade Se uniformemente espalhada, revela uma técnica de soldagem imperfeita. Falta de fusão Geralmente ocorre na margem da solda; frequentemente ocorre quando utilizamos indevidamente a chama oxidante. Pode ocorrer também com a utilização da chama apropriada, se manipulada de forma errada. Inclusão de escória Ocorre geralmente com a chama oxidante; às vezes com a chama normal. A manipulação inadequada do metal de adição também pode provocar inclusões de escória. Mordeduras e sobreposições São falhas também atribuídas diretamente ao soldador. Página 10

11 Trincas Na soldagem a gás são devidas à fissuração a quente. O aquecimento e resfriamento lentos, permitindo a difusão do hidrogênio, descartam a possibilidade da fissuração a frio ou pelo hidrogênio. Você estudou neste texto que o processo de soldagem a gás é bem aceito para união de seções finas de chapas e tubos de diâmetros pequenos. Aprendeu que soldas em seções espessas não são econômicas, mas podem ser adequadas para serviços de reparos. Aprendeu também que a soldagem a gás é normalmente aplicada aos aços carbono, aços liga e ferros fundidos, que na indústria do petróleo esse processo é utilizado na soldagem de tubos de pequeno diâmetro e espessura, e na soldagem de revestimento resistente à abrasão. Você estudou que o equipamento necessário para este processo varia muito, dependendo da aplicação e do tipo de combustível usado e que o equipamento básico consiste de cilindros de gás combustível e de oxigênio, cada um com o seu regulador de pressão para reduzir a pressão interna do cilindro, mangueiras para transportar os gases para o maçarico e, uma combinação de maçarico e bico de soldagem, para Página 11

12 ajuste da mistura de gases e produção da chama desejada. Aprendeu que algumas das vantagens deste processo são os custos relativamente baixos; o alto grau de portabilidade; e a possibilidade de realizar a soldagem em todas as posições. Aprendeu também que as maiores desvantagens do processo são o tempo longo de soldagem e o grau relativamente alto da habilidade requerida do soldador. Teste agora o seu nível de compreensão do texto respondendo às questões de revisão sobre Soldagem a Gás. Caso seja necessário releia o texto e/ou recorra aos tutores para resolver suas dúvidas. Questões de Revisão 1- Cite os equipamentos básicos que são utilizados na soldagem a gás. 2- Sabe-se que esse processo de soldagem envolve uma variabilidade de gases disponíveis para soldagem. Com relação aos tipos e funções dos gases: a) Exponha as propriedades recomendadas para que os mesmos possam ser aplicados na soldagem. b) Informe a nomenclatura e a característica do gás comercial que mais se aproxima das propriedades recomendadas. Página 12

13 3- Descreva as funcionalidades dos consumíveis comumente empregados na soldagem à gás. 4- Na soldagem a gás as caraterísticas das chamas permitem ao profissional identificar as aplicações desse processo. No que diz respeito aos tipos de chama, responda: a) Em que consiste o maçarico de soldagem b) Em que regiões as chamas se dividem? Justifique sua resposta informando as características e as reações que ocorrem em cada região c) Como são classificados os tipos de chama? Apresente suas definições. d) Que vantagens e desvantagens esse processo de soldagem acarreta? 5- Analise a seguinte afirmação: A soldagem a gás pode ser à direita ou à esquerda. Explique, segundo o texto, o que é soldagem à direita e soldagem à esquerda? 6- Dentre as descontinuidades mais comuns encontradas na soldagem a gás destacam-se: porosidade, inclusões de escória, falta de fusão, falta de penetração, mordedura, sobreposição e trincas. Apresente as causas de cada de cada uma dessas falhas. Página 13