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1
Tecnologia da Solda
Prof. Duperron Marangon Ribeiro
Universidade Federal do Rio de JaneiroCentro de TecnologiaEscola de Engenharia
Departamento de Engenharia Naval e Oceânica
Última revisão: 27/04/2000
2
Contribuições
Esta apostila foi escrita a partir do trabalho desenvolvido na disciplina Tecnologia deSoldagem pelos alunos Jorge Capeto, Rafael Fernandes Fanchini, Bernardo Nietmann,Felippe Fernandes Oliveira e Ulisses Monteiro durante o segundo período de 1999.
O alto grau de interesse pela disciplina assim como a dedicação, capacidade e desempenhodestes alunos possibilitaram o prazer de poder auferir o grau máximo para três deles.
Quero portanto registrar o meu reconhecimento e agradecimento pela contribuição quedeixaram para todas as turmas que se sucederão a esta.
Duperron Marangon Ribeiro
3
CONTRIBUIÇÕES...................................................................................................2
INTRODUÇÃO ......................................................................................................11
HISTÓRICO DAS TÉCNICAS DE SOLDAGEM ...................................................12
PROCESSOS DE SOLDAGEM ............................................................................14
Eletrodo Revestido - SMAW.......................................................................................................................... 14O Eletrodo Revestido.................................................................................................................................... 16Vantagens e Limitações ................................................................................................................................ 18
MIG/MAG (Metal Inert Gas/Metal Active Gas).......................................................................................... 20Vantagens ..................................................................................................................................................... 20Limitações..................................................................................................................................................... 21Princípio de Operação................................................................................................................................... 22
Arame Tubular - FCAW................................................................................................................................ 23Fundamentos do Processo............................................................................................................................. 24Principais Características .............................................................................................................................. 24
Arco Submerso - SAW ................................................................................................................................... 26Principais características............................................................................................................................... 27
Gravidade ........................................................................................................................................................ 29Vantagens ..................................................................................................................................................... 30Desvantagens ................................................................................................................................................ 30Equipamento ................................................................................................................................................. 30
TIG - GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) ................................................................................................. 30Introdução ..................................................................................................................................................... 30Princípios de Operação ................................................................................................................................. 31Vantagens ..................................................................................................................................................... 32Limitações e Potenciais Problemas............................................................................................................... 32
Eletroescória.................................................................................................................................................... 33
Eletrogás .......................................................................................................................................................... 35Fundamentos do Processo............................................................................................................................. 35Equipamentos................................................................................................................................................ 37Consumíveis.................................................................................................................................................. 37Aplicações Industriais................................................................................................................................... 38
Oxiacetileno - OFW ........................................................................................................................................ 38Fundamentos do Processo............................................................................................................................. 38Características dos Gases de Combustão ...................................................................................................... 39
DEFEITOS NA SOLDAGEM.................................................................................45
4
Classificação dos Defeitos............................................................................................................................... 45
Defeitos Dimensionais..................................................................................................................................... 46Distorção....................................................................................................................................................... 46Preparação Incorreta da Junta. ...................................................................................................................... 47Tamanho Incorreto da Solda......................................................................................................................... 47Perfil Incorreto da Solda ............................................................................................................................... 48
Descontinuidades Estruturais da Solda ........................................................................................................ 49Porosidade..................................................................................................................................................... 49Trincas .......................................................................................................................................................... 52Inclusões Não-metálicas ............................................................................................................................... 55Falta de Penetração ....................................................................................................................................... 57Falta de Fusão ............................................................................................................................................... 58Mordedura..................................................................................................................................................... 59
ENSAIOS NÃO-DESTRUTIVOS...........................................................................61
Introdução ....................................................................................................................................................... 61
Exame Visual................................................................................................................................................... 61
Líqüido Penetrante ......................................................................................................................................... 62
Partículas Magnéticas..................................................................................................................................... 63
Ultra–som ........................................................................................................................................................ 64Generalidades................................................................................................................................................ 64Aplicações do ultra-som no estaleiro ............................................................................................................ 65Medição de Espessura em Navios Velhos .................................................................................................... 66Inspeção de Materiais ................................................................................................................................... 66Inspeção de Soldas........................................................................................................................................ 66
Exame Radiográfico das Soldas..................................................................................................................... 69Generalidades................................................................................................................................................ 69Produção de Raios-X .................................................................................................................................... 70Técnicas de Radiografia................................................................................................................................ 71Penetrômetros ............................................................................................................................................... 71Defeitos no filme radiográfico ...................................................................................................................... 73
Utilização Apropriada dos Diferentes Métodos de Ensaios......................................................................... 74
TENSÕES RESIDUAIS .........................................................................................76
Conceito de Tensões Residuais em Metais.................................................................................................... 76
Tensões Residuais na Soldagem..................................................................................................................... 78
Formação das Tensões Residuais na Soldagem............................................................................................ 81
DEFORMAÇÕES ..................................................................................................82
Contração Transversal ................................................................................................................................... 83
5
Contração Longitudinal ................................................................................................................................. 84
Distorção Angular........................................................................................................................................... 84
Distorção Rotacional....................................................................................................................................... 85
Flexão Longitudinal ........................................................................................................................................ 85
Distorção Devido à Instabilidade................................................................................................................... 86
EXECUÇÃO DA SOLDAGEM ..............................................................................88
Introdução ....................................................................................................................................................... 88
Preparação da Solda....................................................................................................................................... 88
Seqüência de Passes e Seqüência de Cordões ............................................................................................... 88Seqüência de Deposição dos Passes e Cordões............................................................................................. 89
Seqüência de Soldagem................................................................................................................................... 91
Chanfros (Goivagem) ..................................................................................................................................... 93
Escalopes.......................................................................................................................................................... 94
CORTE..................................................................................................................95
Corte com Oxiacetileno .................................................................................................................................. 95O Processo de Corte...................................................................................................................................... 95Equipamento ................................................................................................................................................. 96Prevenção de Acidentes ................................................................................................................................ 96Principais Defeitos dos Cortes ...................................................................................................................... 96
Corte com Arco-plasma.................................................................................................................................. 97Precauções para corte com plasma: .............................................................................................................. 99
JUNTAS SOLDADAS .........................................................................................101
Preparação dos Chanfros............................................................................................................................. 101
Tipos de Juntas ............................................................................................................................................. 101Juntas de Topo ............................................................................................................................................ 102Juntas em T ou em Cruz.............................................................................................................................. 102Juntas de Quina........................................................................................................................................... 103Juntas Superpostas (ou Sobrepostas) .......................................................................................................... 103Juntas de Arestas Paralelas ......................................................................................................................... 104Juntas com Talas de Reforço ...................................................................................................................... 105
Decoesão Lamelar ......................................................................................................................................... 105
Dimensionamento da Solda.......................................................................................................................... 108Soldas de Topo ........................................................................................................................................... 108Soldas de Filete........................................................................................................................................... 109
6
Juntas em “T” ............................................................................................................................................. 109
QUALIFICAÇÃO DE SOLDADORES E PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM .111
Introdução ..................................................................................................................................................... 111
Qualificação do Procedimento de Soldagem............................................................................................... 111
Qualificação de Soldadores .......................................................................................................................... 112
A SOLDAGEM NA CONSTRUÇÃO NAVAL ......................................................114
Introdução ..................................................................................................................................................... 114
Mudanças Introduzidas pela Soldagem na Construção Naval ................................................................. 114Vantagens da Soldagem na Construção Naval............................................................................................ 114Construção do Navio por Blocos ou Seções ............................................................................................... 115
Processos de Soldagem Utilizados na Estrutura de Navios ....................................................................... 116Processos de Soldagem Utilizados na Montagem dos Blocos .................................................................... 116Técnicas de Construção Naval.................................................................................................................... 117Estágios da Fabricação................................................................................................................................ 118Estágio da Submontagem............................................................................................................................ 118Estágio de Montagem ................................................................................................................................. 119Estágio da Edificação.................................................................................................................................. 120
Processos de Soldagem Utilizados ............................................................................................................... 120
MANUTENÇÃO...................................................................................................121
Diferença entre Solda de Produção e Manutenção .................................................................................... 121
Manual de Metais ......................................................................................................................................... 122Aço.............................................................................................................................................................. 122
Identificação do Metal .................................................................................................................................. 123Aço fundido ................................................................................................................................................ 123Aço de Baixo Carbono................................................................................................................................ 123Aço de Alto Carbono .................................................................................................................................. 123Aço Rápido ................................................................................................................................................. 124Aços Inoxidáveis......................................................................................................................................... 124
Corrosão nos Cordões de Solda ................................................................................................................... 124
ASPECTOS PRÁTICOS DA SOLDAGEM..........................................................126
Local de Soldagem ........................................................................................................................................ 126
Sistema de Alimentação de Gases................................................................................................................ 126
Sistema de Alimentação de Corrente Elétrica............................................................................................ 127
7
Fontes de Corrente Elétrica para a Solda................................................................................................... 128
Bancadas de Solda ........................................................................................................................................ 128
Ensaio de Estanqueidade.............................................................................................................................. 129Ensaio com Pressão Hidráulica................................................................................................................... 129Ensaio a vácuo ou ar comprimido............................................................................................................... 129Processo de ensaio por vazamento de gás................................................................................................... 129Objeto de Ensaio sob Super Alta Pressão a Gás de Teste ........................................................................... 130Processo de Detecção de Vazamentos por Ultra-som................................................................................. 130
Trabalhos de Soldagem e Corte em Recintos Confinados......................................................................... 130Perigos da Soldagem e Corte Oxi-acetilênico em Recintos Confinados..................................................... 130Medidas de Precaução em Recintos Confinados......................................................................................... 131
Trabalhos em Áreas com Risco de Incêndio............................................................................................... 132
SOLDAGEM SUBAQUÁTICA.............................................................................133
Reparos em Águas Profundas e Ultra-profundas ...................................................................................... 135Soldagem em Ambiente Hiperbárico.......................................................................................................... 135
SOLDAGEM DE AÇOS ESPECIAIS...................................................................138
Classificação do Aço-carbono ...................................................................................................................... 138
Soldagem de Aços de Baixa Liga ................................................................................................................. 140Introdução ................................................................................................................................................... 140
Aços de Alta Resistência............................................................................................................................... 141
Aços Criogênicos ........................................................................................................................................... 141
Soldagem dos aços de baixa liga .................................................................................................................. 141Soldabilidade dos Aços de Baixa Liga........................................................................................................ 142Trincas na Solda.......................................................................................................................................... 142Fragilização da Zona de Solda .................................................................................................................... 142
Soldagem do Aço-inoxidável ........................................................................................................................ 143Classificação dos Aços-inoxidáveis............................................................................................................ 143Propriedades dos Aços-inoxidáveis ............................................................................................................ 144Soldagem .................................................................................................................................................... 144
SOLDAGEM DE LIGAS NÃO-FERROSAS ........................................................147
Soldagem do Magnésio e Suas Ligas ........................................................................................................... 147Considerações gerais................................................................................................................................... 147Soldabilidade .............................................................................................................................................. 147Processos de soldagem................................................................................................................................ 148
Soldagem do Cobre e Suas Ligas ................................................................................................................. 148Considerações Gerais.................................................................................................................................. 148Soldabilidade .............................................................................................................................................. 148
8
Soldagem .................................................................................................................................................... 149
Soldagem do Titânio e Suas Ligas ............................................................................................................... 150Considerações Gerais.................................................................................................................................. 150Soldabilidade .............................................................................................................................................. 150Soldagem .................................................................................................................................................... 151
Soldagem do Alumínio.................................................................................................................................. 151Características do Alumínio e suas Ligas ................................................................................................... 151Aspectos e Problemas de Soldagem............................................................................................................ 151Soldabilidade das Ligas de Alumínio: ........................................................................................................ 154Execução da Soldagem do Alumínio e suas Ligas...................................................................................... 154
SOLDAGEM DE MATERIAIS DISSIMILARES...................................................157
Soldagem por Explosão ................................................................................................................................ 157Fundamentos............................................................................................................................................... 157Utilização Comercial .................................................................................................................................. 157Vantagens ................................................................................................................................................... 158Princípio de Operação................................................................................................................................. 158Detonação ................................................................................................................................................... 160Velocidade e Ângulo de Sobrechapa .......................................................................................................... 160Colisão, Jato e Soldagem ............................................................................................................................ 161Natureza da Ligação ................................................................................................................................... 161Propriedades dos Explosivos ...................................................................................................................... 162Procedimentos de Soldagem ....................................................................................................................... 162Qualidade da Solda ..................................................................................................................................... 163Características............................................................................................................................................. 164Segurança.................................................................................................................................................... 165
Soldagem Por Fricção................................................................................................................................... 166Princípios .................................................................................................................................................... 166Soldagem por Fricção Contínua.................................................................................................................. 167Soldagem por Fricção Inercial .................................................................................................................... 169Aplicações do processo............................................................................................................................... 170Vantagens ................................................................................................................................................... 171Limitações................................................................................................................................................... 172
SOLDAGEM DE LINHAS DE DUTOS (PIPELINES) ..........................................173
Aspectos Gerais ............................................................................................................................................. 173
Posições da Soldagem ................................................................................................................................... 173
Processos de Soldagem ................................................................................................................................. 174
Formato de Juntas ........................................................................................................................................ 175
Preparação Anterior à Soldagem ................................................................................................................ 176
Condições dos Chanfros ............................................................................................................................... 176
Alinhamento e Fixação ................................................................................................................................. 176
9
Ponteamento.................................................................................................................................................. 177
A Operação de Soldagem ............................................................................................................................. 178Passe na Raiz .............................................................................................................................................. 178Passes de Enchimento e Passe de Acabamento........................................................................................... 181Tratamento Térmico Antes e Após a Soldagem.......................................................................................... 182Ambiente e Altura Mínima do Solo para Execução da Soldagem .............................................................. 182Outros Detalhes Pertinentes ........................................................................................................................ 182
Qualificação de Soldadores e Operadores .................................................................................................. 183
Inspeções e Ensaios ....................................................................................................................................... 183Inspeções Antes da Soldagem..................................................................................................................... 183Inspeção Durante a Soldagem..................................................................................................................... 183Inspeção Visual........................................................................................................................................... 183Ensaio Hidrostático e de Estanqueidade ..................................................................................................... 184Ensaios Não-destrutivos.............................................................................................................................. 184
Defeitos na Soldagem.................................................................................................................................... 184
DESEMPENO......................................................................................................185
Contração e Tensões na Soldagem .............................................................................................................. 185
Contração Transversal ................................................................................................................................. 185
Contração Angular ....................................................................................................................................... 186Contração Angular de Juntas em Ângulo.................................................................................................... 186
Contração Longitudinal ............................................................................................................................... 187
Ação Conjunta das Contrações Transversais e Longitudinais ................................................................. 187
Prevenção Contra Empenos e Deformações ............................................................................................... 187
Medidas Contra Contrações Transversais.................................................................................................. 188
Medidas Contra Empeno Angular .............................................................................................................. 188
Tratamento Posterior ................................................................................................................................... 188
Plano de Seqüência de Soldagem................................................................................................................. 188
PRÉ E PÓS-AQUECIMENTO .............................................................................190
CUSTOS DE SOLDAGEM ..................................................................................193
SEGURANÇA NA SOLDAGEM..........................................................................196
Acidentes Provocados por Radiação do Arco............................................................................................. 196Radiação Visível ......................................................................................................................................... 196Meios de Proteção....................................................................................................................................... 196
10
Acidentes Provocados por Choques Elétricos ............................................................................................ 197
Precaução Contra Acidentes Causados por Choques Elétricos................................................................ 198
Acidentes Provocados por Gases Tóxicos ................................................................................................... 198
Controle Ambiental ...................................................................................................................................... 199Ventilação ................................................................................................................................................... 199Protetores de Gases e Fumaça:.................................................................................................................... 200
Acidentes Provocados por Salpicos e Escórias ........................................................................................... 200Luvas Protetoras ......................................................................................................................................... 201
SIMBOLOGIA RELATIVA À SOLDAGEM .........................................................202
Símbolos Básicos ........................................................................................................................................... 202
Símbolos Suplementares............................................................................................................................... 205
Representação dos Símbolos ........................................................................................................................ 205
Exemplos de Utilização dos Símbolos de Solda .......................................................................................... 208
GLOSSÁRIO .......................................................................................................209
11
Introdução
A soldagem é hoje em dia, amplamente empregada na união de
componentes de estruturas metálicas e de equipamentos para as finalidades mais
diversificadas. As grandes vantagens da soldagem sobre os demais processos de união
consistem em sua simplicidade e economia, uma vez que a execução das juntas soldadas
requerem quantidades relativamente pequenas de material.
Os processos de soldagem têm um amplo campo de aplicação, incluindo,
entre outros, construção naval, estruturas civis, vasos de pressão, tubulações, etc.
A soldagem também encontra grande aplicação em serviços de reparo e
manutenção, como o enchimento de falhas em fundidos, reparos de trilhos, depósitos
superficiais de alta dureza na recuperação de ferramentas e outras aplicações congêneres.
Deve-se alertar, porém, que a soldagem em si não constitui o objetivo principal de uma
obra estrutural, entretanto, como ela afeta diretamente a segurança e a economia da
construção, seu estudo torna-se cada vez maior, sendo considerado um dos itens principais
no processo global da construção de estruturas. Dessa maneira, além do projeto adequado
da junta soldada, é necessário seguir uma seqüência de operações, que inclui a qualificação
dos procedimentos e dos soldadores, bem como a seleção dos métodos de inspeção para
garantir à estrutura as características funcionais segundo as quais foi concebida e projetada.
Apesar da aparente simplicidade, a soldagem envolve uma gama bastante
grande de conhecimentos que são implicitamente empregados durante a execução de uma
junta soldada. Assim, a Engenharia de Soldagem é, na verdade, um somatório de
conhecimentos que engloba as áreas de Engenharia Elétrica, Estrutural, Mecânica,
Metalúrgica, Química e também Física Aplicada. O conhecimento de assuntos destas áreas
é de fundamental importância para solucionar as tarefas envolvidas no projeto e na
execução de uma obra estrutural como a seleção dos processos de soldagem, a escolha dos
materiais de consumo, o estabelecimento da seqüência de soldagem e os processos de
inspeção e controle de qualidade.
12
Histórico das Técnicas de Soldagem
A arte de unir dois ou mais materiais metálicos já era conhecida desde as
eras pré-históricas. Um exemplo típico é a brasagem que utiliza ligas de ouro e cobre, ou
então de chumbo e estanho, empregada desde os anos 3000 ac. Obviamente, fontes de
energia conhecidas naquela época restringiam-se à lenha ou ao carvão mineral, de modo
que as limitações não permitiram um avanço maior das técnicas de união de metais.
Foi somente após a descoberta da energia elétrica que a soldagem teve o
impulso necessário para atingir o estágio que se encontra agora. Prova disso consiste no
fato de que os processos de soldagem modernamente empregados, em sua maioria, foram
desenvolvidos somente a partir do fim do século XIX.
O arco elétrico de soldagem foi empregado pela primeira vez em 1885,
por Bernados, que utilizou um eletrodo de grafita para obter o arco. O arco elétrico era
gerado, mantendo-se o eletrodo de grafita cerca de 2mm distante do metal base, após o
fechamento do circuito elétrico. Após o estabelecimento do arco, a soldagem se processava,
um vez que o calor por ele gerado era suficiente para promover a fusão do metal base e do
metal de enchimento, que era introduzido manualmente na poça da fusão.
Utilizando o mesmo princípio, Zerner desenvolveu, em 1889, um novo
método para fundir o metal base. O processo consistia em usar dois eletrodos de grafita
para o arco elétrico, que por sua vez, era defletido em direção à junta da solda,
empregando-se um campo magnético de alta intensidade.
Em 1892, Slavianoff utilizava pela primeira vez na história da soldagem
um eletrodo metálico que se fundia diretamente na poça de fusão. Posteriormente, o sueco
Oscar Kjellberg descobriu que um eletrodo metálico, revestido por um material formando
escória, melhorava sensivelmente a qualidade da junta soldada, dando assim início à era
dos eletrodos revestidos, tão difundidos nos dias atuais.
Anteriormente aos trabalhos de Slavianoff e Kjellberg, que foram marcos
históricos no desenvolvimento tecnológico da soldagem, há de se destacar alguns outros
desenvolvimentos de grande importância. Em 1886, Thompson inventou o processo de
soldagem por resistência elétrica; em 1895 Goldschmitt desenvolveu a solda Termite e, em
13
1901, a chama oxiacetilênica foi empregada com grande sucesso na união de materiais
metálicos, por Fouché e Piccard.
Em termos práticos, pode-se considerar que os quase 20 anos
compreendidos entre 1885 e 1901 constituíram a primeira fase áurea da Engenharia de
Soldagem, uma vez que grande parte do desenvolvimento que levaria aos métodos de
soldagem empregados atualmente teve origem naquele período.
Após um intervalo de relativa estagnação, iniciou-se, em 1926, a segunda
fase áurea da tecnologia de soldagem, cabendo a Lungumir desenvolver, naquele ano, o
processo de soldagem por meio de hidrogênio atômico. Logo em seguida, Hobart e Denver
patentearam o processo de soldagem em atmosfera de gás inerte, cujo emprego é
largamente utilizado nos dias atuais. Em 1935, Kennedy divulgava seus trabalhos sobre um
método automatizado de soldagem, e que deu origem ao processo de arco submerso. Logo a
automatização do processo de soldagem trouxe seus reflexos na qualidade das juntas
soldadas experimentaram uma melhoria considerável. Os aperfeiçoamentos posteriores
introduzidos no processo de soldagem por arco submerso acabaram por elevá-lo à posição
de destaque que ocupa hoje em dia, em todos os países.
O rápido progresso da ciência e da tecnologia, a partir dos anos 50,
proporcionaram um novo impulso à Engenharia de Soldagem, o que possibilitou o
desenvolvimento de novas técnicas, desta vez muito sofisticadas e mais voltadas para
aplicações específicas. Durante esta terceira fase áurea, vários processos foram patenteados,
dentre os quais poderiam ser destacados os métodos de soldagem por pressão a frio, por
atrito, em atmosfera de gás ativo ou CO2, a soldagem por eletroescória , a soldagem
ultrassônica, por feixe de elétrons, a plasma , por laser e outros.
Apesar do grande número de métodos existentes, é necessário frisar que
nem todos foram utilizados em toda a sua potencialidade, esperando-se que isto aconteça à
medida que novas técnicas, cada vez mais precisas e perfeitas, sejam requisitadas para a
construção de estruturas cada vez mais complexas.
14
Processos de Soldagem
Eletrodo Revestido - SMAW
No processo de soldagem com eletrodo revestido, um arame coberto é
fundido sobre a peça de trabalho pelo calor de um arco elétrico que é estabelecido entre o
eletrodo e a peça. A corrente elétrica que sustenta o arco pode ser alternada ou continua, e
nesta última a polaridade depende de qual parte é conectada aos pólos negativo e positivo
da fonte. O pólo negativo, pelo qual os elétrons entram no arco é chamado “cátodo” e o
pólo positivo é conhecido como “ânodo”. Em soldagem com eletrodo revestido, bem como
outros processos que usam eletrodos consumíveis, a polaridade reversa (ânodo positivo) é
usada para a maioria das aplicações.
A soldagem com eletrodo revestido é tipicamente realizada manualmente,
mas equipamentos semi-mecanizados estão também disponíveis. A fonte de soldagem é
comumente de “corrente constante” para prevenir mudanças da tensão durante a soldagem
manual.
Na operação manual, o soldador toca a ponta do eletrodo sobre o metal de
base para iniciar o arco. Este procedimento aquece a face descoberta do arame no núcleo do
eletrodo e queima o revestimento próximo, induzindo a ionização de alguns elementos, que
estabilizam o arco. Em processos semi-mecanizados este procedimento é realizado
conectando o eletrodo e a peça de trabalho com uma pequena peça de palha de aço ou
sobrepondo alta freqüência ao fornecimento de corrente principal ao eletrodo até formar o
arco. No primeiro caso, a pequena peça de palha de aço queima quando a corrente de
soldagem é aplicada. A emissão de elétrons ou ionização de alguns ingredientes do
revestimento também ocorre. Com a alta freqüência, a ionização de moléculas entre a ponta
do eletrodo e a peça de trabalho resultam em um fluxo de corrente de soldagem.
15
Depois do arco estabilizado, o soldador deve ser capaz de iniciar um
movimento de alimentação (mergulho), para manter o comprimento do arco constante
enquanto se mantém um movimento de translação para distribuir o metal fundido ao longo
do comprimento de solda.
Com equipamento mecanizado, esta operação pode ser realizada pela
translação do porta-eletrodo, usando um carro automático e realizando o movimento de
mergulho por meio de motores elétricos ou sistemas pneumáticos e hidráulicos. Alguns
equipamentos mecanizados podem ser pré-programados com as duas velocidades, e a
soldagem é conduzida com um comprimento de arco e uma velocidade de alimentação
constantes. Outros com motores de passos podem ser equipados com um sistema de
16
controle com realimentação de tensão (feedback) entre o porta-eletrodo e a peça a ser
soldada, o que controla o movimento de mergulho, mantendo a tensão preestabelecida.
Durante a soldagem, a corrente elétrica passa do porta-eletrodo para o
eletrodo e através deste para a coluna do arco, entrando na poça de fusão no metal de base.
O calor gerado pelo arco funde ambos, o metal de base e o eletrodo e causa a transferência
do metal líquido, na forma de gotas da ponta do eletrodo para a poça de fusão. Entre 60 e
90 segundos, tempo em que um eletrodo é consumido, vários fenômenos físico-químicos,
metalúrgicos e elétricos ocorrem na zona do arco, os quais são decisivos na morfologia, nas
propriedades mecânicas e na microestrutura da solda. Interações metal/escória na poça da
solda e aquecimento do eletrodo devido ao efeito Joule, e também devido ao calor
conduzido do arco, são alguns destes fenômenos.
Soldagem a arco com eletrodo revestido
O Eletrodo Revestido
A fabricação de eletrodos revestidos para o processo SMAW se torna
cada vez mais complicada à medida em que a faixa aplicada se amplia requerendo
consideração especial.
O revestimento do eletrodo é geralmente compactado em torno de um
arame por meio de prensas extrusoras com grande capacidade de pressão. O material do
17
arame do núcleo do eletrodo, para eletrodos de aço doce ou de baixa liga, é, na maioria dos
casos, o aço de baixo carbono. Para aços de alta liga, um arame com composição química
similar à do metal base é mais usado.
A primeira importante para o fluxo que será utilizado como revestimento
é a sua extrudabilidade em torno do arame do núcleo. Ele deve aderir tenazmente ao arame
e não se deteriorar ou se decompor de maneira prematura com o calor vindo da poça de
fusão durante a soldagem. Deve também resistir a impactos ou vibrações durante a
embalagem ou o transporte.
Outro fator importante a ser considerado na manufatura dos eletrodos é a
razão entre as áreas de seção transversal do arame e do revestimento, definida como a
“razão do revestimento”. Esta razão é definida como:
RD d
d= −( )
*2 2
2100
Onde:
- R - razão do revestimento (%);
- D - diâmetro externo do revestimento em milímetros;
- d - diâmetro do arame do núcleo do eletrodo em milímetros.
A razão do revestimento junto com a concentricidade do revestimento,
tem uma grande influência na estabilidade do arco e pode afetar significativamente o
aquecimento do eletrodo durante a soldagem. Dependendo do tipo de eletrodo sendo usado,
o revestimento efetua uma ou várias das seguintes funções:
1. Gera a atmosfera de proteção para o arco e a poça de solda fundida;
2. Fornece a quantidade suficiente de elementos desoxidantes ao metal
de solda para refinar a microestrutura;
3. Fornece elementos de liga ao metal de solda;
4. Forma uma escória para proteger o metal de solda durante a
solidificação e o resfriamento;
18
5. Sustenta a estabilidade do arco, etc.
Vantagens e Limitações
O processo SMAW é um dos processos mais amplamente utilizados. Ele é
o mais simples em termos de necessidade de equipamentos. Apesar da perícia do soldador
ser um fator importante, muitos operários adquirem habilidade através de treinamento e
experiência no trabalho. O custo de investimento em equipamentos é relativamente baixo, e
os eletrodos para soldagem (exceto os para metais muito reativos, tais como o titânio,
magnésio, e outros), são facilmente encontrados no mercado e estão disponíveis para
aplicações em manutenção, construção e outros processos que necessitem de soldagem.
O processo SMAW possui a maior flexibilidade entre todos os processos
de soldagem, pois pode ser usado em todas as posições (plana, vertical, horizontal, etc)
além de trabalhar com praticamente todas as espessuras do metal base e em áreas de acesso
limitado, o que representa uma vantagem muito importante.
O processo SMAW possui várias outras vantagens, tais como:
1. O metal de solda e os meios de proteção desta solda são fornecidos
pelo eletrodo revestido;
2. O processo de soldagem é menos sensível a correntes de ar do que
o processo de solda a arco de proteção gasosa (GMAW);
3. Não necessita de gás auxiliar de proteção;
4. É apropriado para a maioria dos metais e ligas metálicas
comumente usadas.
Os eletrodos são disponíveis para aço carbono e aços de baixa liga, cobre,
níquel e suas ligas, e para algumas ligas de alumínio.
Por ser um processo tipicamente manual e o nível de habilidade do
soldador é de fundamental importância para se obter uma solda de qualidade aceitável. O
processo SMAW tem algumas limitações tais como, as baixas taxas de deposição quando
comparado com o processo GMAW, e um fator do operação baixo. Como o eletrodo pode
19
ser consumido até um comprimento mínimo, quando este comprimento é atingido, o
soldador deve trocar a parte não consumida por um outro eletrodo. Esta troca de eletrodos
torna o rendimento do processo menor, comparado aos demais.
Metais como o zinco e suas ligas não são soldados pelo SMAW, pois a
intensidade do calor do arco é muito alta para eles. Este processo não é adequado para
metais reativos como o titânio, o zircônio e o tântalo, pois o revestimento fornecido não
permite evitar a contaminação do oxigênio na solda.
Uma limitação importante é que, assim que o arco é estabelecido, a
corrente atravessa o comprimento inteiro do eletrodo. A quantidade de corrente que pode
ser usada, portanto, é limitada pela resistência elétrica do arame do núcleo do eletrodo.
Uma amperagem excessiva sobreaquece o eletrodo e danifica o revestimento. Isso provoca
mudança nas características do arco e da própria proteção obtida. Devido a esta limitação,
as taxas de fusão são geralmente menores do que no processo GMAW.
Obs.: Revestimentos de eletrodo podem ser fabricados para serem usados
em corrente alternada AC. Com AC, o arco se extingue cada vez que a corrente passa pelo
zero e é restabelecido cada vez que a corrente inverte a sua direção. Para uma boa
estabilidade do arco, é necessário que tenha um gás no fluxo do arco, que permaneça
ionizado a cada inversão da corrente. Este gás tornará ,possível a reignição do arco. Os
gases que rapidamente ionizam são facilmente encontrados em compostos, incluindo
aqueles com potássio. É a inclusão destes compostos no revestimento que torna possível a
operação em AC. Ex.: Eletrodo rutílico(TiO2).
A ação de proteção do arco é basicamente a mesma para todos os
eletrodos, mas o método e o volume de escória produzido variam de um tipo para outro.
Alguns materiais de revestimento têm o seu volume convertido em gás, gerando uma
escória muito fina. Esse tipo de eletrodo depende de uma proteção gasosa para prevenir
contaminações do ar atmosférico.
Por outro lado, existem eletrodos cujo volume de revestimento é
transformado em escória pelo calor do arco e um volume pequeno de gás de proteção.
Pequenos glóbulos de metal transferido são inteiramente protegidos por uma pequena
20
camada fina de escória fundida. Esta escória flutua na superfície da poça de fusão pois é
mais leve, e solidifica depois do metal de solda. A soldagem com este tipo de eletrodo é
caracterizada por grandes deposições de escória, cobrindo completamente a camada de
solda. Entre estes dois extremos, existe uma variedade de eletrodos, cada um com uma
combinação diferente de gás e escoria de proteção.
MIG/MAG (Metal Inert Gas/Metal Active Gas)
Gas Metal Arc Welding - GMAW é um processo que utiliza o arco
elétrico para aquecer a peça, e um metal de alimentação contínua para a união de peças
metálicas. Esse processo utiliza uma fonte externa de gás de proteção para a poça de solda,
contra contaminação do ar externo.
A concepção básica do GMAW iniciou-se em 1920, entretanto somente
em 1948 o processo tornou-se comercial. Inicialmente, altas densidades de corrente e
pequenos diâmetros de eletrodos consumíveis com proteção de gás inerte eram utilizados.
Por causa dessa característica, o processo era conhecido como Metal Inert Gas - MIG. Com
a evolução do processo, permitiu-se a união de peças com baixas densidades de corrente,
podendo a corrente ser pulsada, e empregar gás ativo ou mistura de gases. Esse processo
ficou conhecido como Metal Ative Gas - MAG.
O processo GMAW pode operar nos modos automático e semi-
automático, para soldagem de uma enorme gama de materiais ferrosos e não ferrosos (aço
carbono, high strength low alloy steel - HSAS, aço liga, aço inoxidável, alumínio, cobre,
titânio e ligas de níquel), em todas as posições de soldagem.
A soldagem GMAW é usada em processos de fabricação e manutenção
de equipamentos e peças metálicas, na recuperação de peças desgastadas e no recobrimento
de superfícies metálicas com materiais especiais.
Vantagens
1. Operação fácil e suave;
2. Alta eficiência;
3. Velocidade de deposição elevada;
21
4. Alta taxa de deposição;
5. Soldagem com longos cordões de solda, sem interrupção;
6. Não existência de fluxos de soldagem;
7. Não há praticamente formação de escória;
8. Soldagem em todas posições;
9. Alto fator de ocupação do soldador;
10. Grande versatilidade quanto ao tipo de material e espessuras
aplicáveis;
11. A junta soldada apresenta características de elasticidade,
tenacidade, estanqueidade e resistência à propagação de trincas,
superiores às obtidas por meio de outros processos equivalentes,
No gráfico abaixo tem-se a relação entre a velocidade de deposição e a
corrente de soldagem, mostrando a elevada eficiência do processo GMAW (possui a maior
taxa de deposição entre os processos).
Limitações
1. Equipamento complexo, menos portátil em relação ao SMAW, de
maior investimento e custo operacional;
22
2. Dificuldade de realização de soldas em lugares estreitos;
3. Necessita-se de proteção contra ventos, onde correntes de ar são
consideráveis;
4. Maior sensibilidade à variação dos parâmetros elétricos de
operação do arco;
5. Ajuste rigoroso de parâmetros para se obter um determinado
conjunto de características para a solda;
6. Menor variedade de consumíveis;
7. Dificuldade de proteção do cordão de solda, principalmente na zona
termicamente afetada (ZTA);
Princípio de Operação
A soldagem GMAW é um processo normalmente semi-automático em
que a alimentação do arame é feita mecanicamente (através de um alimentador
motorizado), sendo o soldador responsável pela iniciação e interrupção da soldagem, além
da movimentação da tocha ao longo da junta.
23
O soldador deve aproximar a tocha da peça e acionar o gatilho. Quando o
eletrodo tocar a peça, dá-se a abertura do arco, iniciando o fluxo de gás protetor e
alimentação do arame. Depois da formação da poça de fusão, a tocha é deslocada ao longo
da junta com velocidade uniforme, podendo-se realizar movimentos de tecimento do cordão
se necessário. Ao final da operação, o soldador deve soltar o gatilho, interrompendo todo o
processo.
A manutenção do arco é garantida pela alimentação contínua de arame ao
arco, e seu comprimento é mantido aproximadamente constante, independentemente dos
movimentos do soldador, dentro de certos limites. Essa característica se dá devido à
utilização de fontes de soldagem de corrente constante que permitem grandes variações de
tensões para pequenas variações de corrente.
Entretanto, para soldagem em alumínio, a manutenção da velocidade de
alimentação do arame e a utilização de fontes de soldagem de corrente constante resultam
em uma pequena diferença de temperatura na superfície do material, o que poderá não ser
suficiente para fundir a camada de óxido refratário superficial. Nesse caso, uma alta
habilidade do soldador será requerida.
O calor gerado pelo arco durante o processo é usado para a fusão das
peças a serem unidas, sendo o arame transferido para a junta em forma de metal de adição.
Arame Tubular - FCAW
Os processos de soldagem a arco tiveram início nos anos 20, quando
definiram que o arco e o metal fundido deveriam ser protegidos da contaminação da
atmosfera. De qualquer modo o desenvolvimento do eletrodo revestido, reduziu o interesse
pelos métodos de soldagem com proteção gasosa.
Argônio e Hélio foram os dois primeiros gases de proteção deste tempo.
Trabalhos de pesquisas lideraram o assunto de soldagem, parte com eletrodo revestido e
parte com a soldagem com proteção gasosa. Os resultados destas análises mostraram que o
gás predominante era o conhecido CO2.
O processo com arame tubular é um contínuo aprimoramento. Fontes de
energia e arame tubulares são no momento o grande acontecimento. Os eletrodos estão em
24
contínuo desenvolvimento. As ligas de eletrodos em pequenos diâmetros são os mais
avançados.
Fundamentos do Processo
1. É um processo que forma um arco entre o eletrodo e a poça de fusão;
2. É um processo que usa a proteção que vem do fluxo interno do arame,
podendo ou não ter proteção gasosa adicional;
3. O eletrodo tubular é composto de um arame oco e um núcleo com
vários ingredientes em pó e estes ingredientes exercem determinadas
funções tais como: proteção contra a atmosfera, desoxidação,
estabilização do arco, formação de escória e pode também conter
elementos de liga;
4. Durante a soldagem há uma grande formação de escória, que protege
a solidificação do metal soldado;
5. A principal característica operacional do processo resulta das
propriedades que são atribuídas ao desenvolvimento do eletrodo;
6. O aspecto que distingue o FCAW dos outros processos de
soldagem a arco, é o enclausuramento dos ingredientes do fluxo
dentro do eletrodo.
Principais Características
As principais características estão concluídas em:
1. Produção de arame contínuo para soldagem;
2. A possibilidade de produzir o fluxo conforme metalurgia;
3. A ajuda da escória na forma e aspecto da gota.
O processo de soldagem com arame tubular tem duas versões. Na 1a
versão (Eletrodo com proteção gasosa) o fluxo interno tem principalmente a função de
25
desoxidante e de introdutor de elementos de liga. As funções de proteção do arco e da
criação de uma atmosfera mais ionizável ficam mais a cargo do gás introduzido a parte que
tem a finalidade de proteger o metal fundido dos gases da atmosfera externa. O gás de
proteção usualmente é o dióxido de carbono ou uma mistura de argônio e dióxido de
carbono. O processo de proteção a gás é apropriado para produção de peças pequenas e
soldagem de profunda penetração.
No processo com proteção a gás, o extremo do arame emerge do interior
de um tubo que estabelece o contato elétrico e há um outro tubo que forma uma coifa
(regador) de onde flui o gás de proteção do arco.
Soldagem a arco com arame tubular com proteção gasosa
Na 2a versão (Eletrodo auto-protegido) a proteção é obtida pelos
ingredientes do fluxo, que vaporizam e se deslocam com o ar para os componentes da
escória que cobrem a poça para protegê-la durante a soldagem.
O arame tubular emerge de um tubo guia eletricamente isolado e o
contato elétrico fica mais distante da extremidade do arame.
26
Soldagem a arco com arame tubular auto-protegido
Características de alguns eletrodos auto-protegidos, é o uso de eletrodos
com grande extensão. A extensão dos eletrodos é o comprimento do mesmo não fundido
até o final do tubo de contato durante a soldagem e varia de 19 a 95 mm, dependendo da
aplicação.
Aumentando a extensão do eletrodo aumenta a resistência elétrica do
eletrodo, este pré-aquece e diminui a tensão requerida do arco. Em alguns casos a corrente
de soldagem diminui o que reduz o calor disponível para fundir o metal de base, resultando
assim uma solda estreita e rasa.
Alguns eletrodos auto-protegidos têm sido desenvolvidos especificamente
para soldagem de revestimento de zinco, aço e alumínio, comuns em produção
automobilística.
Grandes extensões dos eletrodos não podem ser igualmente aplicados
para outros métodos de proteção a gás, por causa de efeitos desfavoráveis na proteção.
Normalmente o processo com eletrodo auto-protegido é usado para
trabalhos em campo, porque eles permitem correntes de ar maiores.
Arco Submerso - SAW
SAW é um processo no qual a união de metais se dá pelo calor fornecido
por um arco elétrico entre um eletrodo nu e uma peça. O nome desse processo é devido ao
27
fato do arco e do metal fundido pelo calor estarem submersos numa cobertura de um fluxo
granular fusível. Não é usada pressão e o metal de enchimento é obtido do eletrodo ou de
uma fonte suplementar como uma varinha (welding rod) ou metal granular.
O fluxo desempenha importante função na soldagem pois dele dependem
a estabilidade do arco, as propriedades mecânicas e químicas da solda e a qualidade da
mesma. O processo SAW é um processo capaz de fazer soldas com correntes acima de
2000 amperes, alternadas ou contínuas e também um ou mais arames como enchimento.
O arco elétrico gerado entre um arame de enchimento e o metal-base
permanece sob uma camada de um material fundente, denominado fluxo, o qual tem a
função de proteger a poça de fusão dos efeitos da atmosfera. A figura abaixo esquematiza
este processo de soldagem.
Principais características
1. Como o arco e a poça de fusão são totalmente protegidos pelo fluxo,
obtém–se um metal depositado de alta qualidade;
2. Como os arames de enchimento, normalmente, têm grandes
diâmetros, as correntes de soldagem também são altas, o que
proporciona uma penetração bastante profunda, associada
28
igualmente a uma grande eficiência de deposição;
3. Devido ao alto rendimento térmico do processo, os chanfros da junta
são pequenos, permitindo uma alta economia de material consumível;
4. A automatização do processo não requer treinamento especializado
do operador, e este tem pouca influência sobre a qualidade final da
junta soldada;
5. Como o arco não é visível, uma combinação inadequada das
variáveis de soldagem poderá condenar totalmente uma junta
soldada e executada sob estas condições;
6. A soldagem só poderá ser executada na posição plana;
7. A automação do processo oferece poucas alternativas de aplicação,
se comparada a outros tipos de soldagem, semi–automáticos ou
manuais.
A maior vantagem da soldagem por arco submerso reside em sua alta
eficiência e na possibilidade de usar altas correntes, de modo que, quando se empregam
múltiplos eletrodos simultaneamente, a intensidade da corrente pode atingir valores de até
3000 amperes.
Um dos pontos críticos do processo reside na manutenção do alinhamento
do arco com a linha de centro da junta, uma vez que todo o sistema fica sob o fluxo. Além
disso, devido ao diâmetro do arame de enchimento, é impossível a execução manual da
soldagem, razão pela qual o processo deve ser automatizado.
Existem vários tipos de equipamentos para soldagem por arco submerso,
na figura abaixo podemos ver um dos mais comumente empregados na prática. Nele, o
cabeçote da soldagem é montado sobre um carro, que se movimenta ao longo de trilhos
apropriados. O fluxo é alimentado por meio de um tubo, ligado ao reservatório, que
também está montado no carro. Um carretel de arame completa o sistema móvel e a sua
alimentação se faz por meio de um mecanismo alimentador de arame de enchimento. Para
aumentar a velocidade de deposição do processo, costuma-se, muitas vezes, utilizar dois ou
três arames de enchimento simultaneamente.
29
Fontes de alimentação de CA com características tombantes e fontes de
CC com tensão constante são utilizados na soldagem por arco submerso. As primeiras têm
um custo acessível e são facilmente operáveis, tendo como vantagem a eliminação do sopro
magnético, mesmo com altas intensidades de corrente. Por outro lado as fontes de CA
exigem um controle mais preciso da velocidade de alimentação do arame. Isto é conseguido
através de um circuito apropriado no qual a tensão do arco controla a velocidade do
eletrodo, para manter o comprimento do arco o mais estável possível. Já nas fontes de CC,
é possível trabalhar com uma velocidade de alimentação constante e a polaridade inversa
do arame de enchimento. O processo a CC é também empregado na soldagem de chapas
finas de aço, a altas velocidades e na utilização do método de múltiplos eletrodos.
Os arames de enchimento são apresentados em uma grande gama de
diâmetros. Atualmente, existem no mercado os arames de 2,4; 3,2; 4,0; 4,8; 5,6; 6,4; e 8,0
milímetros. Do ponto de vista de eficiência de deposição, os arames de 4,0 a 6,4 milímetros
de diâmetro são os mais empregados.
Gravidade
Os princípios básicos da solda por gravidade são os mesmos da solda com
eletrodo revestido, mas tem sua utilização limitada por ser usada somente para solda de
filete. Os eletrodos têm um revestimento com pó de ferro e óxido de ferro, e tem
comprimentos de 635 a 760 mm.
30
Vantagens
O operador pode operar de 4 a 6 suportes de eletrodo simultaneamente,
ganhando produtividade e diminuindo o custo de H/H, já que o operador não necessita ser
um soldador altamente qualificado.
Desvantagens
Difícil montagem dos suportes em lugares confinados.
Equipamento
O suporte é formado por um tripé, onde o grampo de eletrodo desce por
uma guia inclinada enquanto o eletrodo é consumido. Quando o eletrodo é consumido, o
operador troca o eletrodo para prosseguir com a solda.
Equipamento utilizado para a solda por gravidade
TIG - GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)
Introdução
O processo de soldagem TIG, como é mais conhecido atualmente, é um
processo de soldagem a arco elétrico que utiliza um arco entre um eletrodo não consumível
31
de tungstênio e a poça de soldagem. Conforme pode-se notar pela figura abaixo, a poça de
soldagem, o eletrodo e parte do cordão são protegidos através do gás de proteção que é
soprado pelo bocal da tocha. No processo, pode-se utilizar adição ou não (solda autógena),
e seu grande desenvolvimento deveu-se à necessidade de disponibilidade de processos
eficientes de soldagem para materiais difíceis, como o alumínio e magnésio, notadamente
na indústria da aviação no começo da segunda grande guerra mundial. Assim, com o seu
aperfeiçoamento, surgiu um processo de alta qualidade e relativo baixo custo, de uso em
aplicações diversas, com inúmeras vantagens que descreveremos a seguir.
Princípios de Operação
O GTAW funciona através do eletrodo de tungstênio (ou liga de
tungstênio) preso a uma tocha. Por essa mesma tocha é alimentado o gás que irá proteger a
soldagem contra a contaminação da atmosfera. O arco elétrico é criado pela passagem de
corrente elétrica pelo gás de proteção ionizado, estabelecendo-se o arco entre a ponta do
eletrodo e a peça. Em termos básicos, os componentes do GTAW são:
1. Tocha;
2. Eletrodo;
32
3. Fonte de Potência;
4. Gás de Proteção.
Por suas características resume-se, então, as vantagens e limitações do
processo:
Vantagens
1. Produz soldas de qualidade superior, geralmente livres de defeitos;
2. Está livre dos respingos que ocorrem em outros processos a arco;
3. Pode ser utilizado com ou sem adição;
4. Permite excelente controle na penetração de passes de raiz;
5. Pode produzir excelentes soldagem autógenas (sem adição) a altas
velocidades;
6. Permite um controle preciso das variáveis da soldagem;
7. Pode ser usado em quase todos os metais, inclusive metais
dissimilares;
8. Permite um controle independente da fonte de calor e do material
de adição.
Limitações e Potenciais Problemas
1. Taxas de deposição inferiores com processos de eletrodos
consumíveis;
2. Há necessidade de maior destreza e coordenação do operador em
relação ao SMAW e GMAW;
3. É menos econômico que os processos de eletrodos consumíveis para
espessuras a 10 mm;
4. Há dificuldade de manter a proteção em ambientes turbulentos;
5. Pode haver inclusões de Tungstênio, no caso de haver contato do
mesmo com a poça de soldagem;
33
6. Pode haver contaminação da solda se o metal de adição não for
adequadamente protegido;
7. Há baixa tolerância a contaminantes no material de base ou adição;
8. Vazamento no sistema de refrigeração pode causar contaminação
ou porosidade, sopro ou deflexão do arco, como em outros
processos.
Eletroescória
A soldagem por eletroescória é um processo no qual o coalescimento do
metal–base e o do metal de enchimento é provocado pelo calor gerado pelo efeito de
resistência elétrica no interior de uma escória em fusão. O eletrodo é continuamente
alimentado para o interior da escória e o calor aí gerado deve ser suficiente para fundir
tanto o metal – base, como o próprio eletrodo. Este vai-se depositando no fundo da junta
assim formada, delimitada pelas paredes do metal–base e por duas sapatas de cobre, fixas
ou deslizantes e devidamente resfriadas a água. O princípio de funcionamento de soldagem
por eletroescória é ilustrado na figura abaixo.
Este processo é empregado para soldagem de seções pesadas na posição
vertical, e tem-se notícias da execução de juntas com 300 milímetros de espessura, soldadas
34
em um só passe, utilizando três eletrodos simultaneamente. Em termos comparativos, a
eficiência do processo eletroescória é superior ao do arco submerso, principalmente para
chapas bastante espessas, sendo, por isso, muito utilizado na soldagem de equipamentos
para a indústria química e motores marítimos.
A preparação de juntas de geometria complicada é dispensável na
soldagem por eletroescória, sendo suficiente a junta de bordas retas, ou em I, na maioria
dos casos. A abertura entre as chapas deve se situar entre 20 e 35 milímetros, que é
aparentemente exagerada para chapas de menor espessura, mas relativamente baixa para
chapas bastante grossas.
Devido às características do processo eletroescória, o metal-base e a zona
termicamente afetada apresentam-se com granulação grosseira, o que acarreta uma
diminuição da sua tenacidade. Nos casos em que se exige um nível mínimo de tenacidade
para a junta soldada, deve-se proceder a um tratamento térmico adequado, como por
exemplo a normalização.
Um aperfeiçoamento do processo ora em estudo consiste na soldagem por
eletroescória, utilizando um tubo-guia consumível, que permite uma operação mais
simples. Por este método, um tubo-guia, revestido com fundente apropriado, é imerso no
banho de escória e, através dele, o arame de enchimento é alimentado de modo contínuo. O
tubo–guia funciona como supridor de fundente para o banho, um guia para o arame de
soldagem e uma fonte adicional de energia. A figura abaixo apresenta uma ilustração do
funcionamento do processo, bem como dois tipos de tubo-guia consumível.
35
Os tubos-guia são fabricados a partir de tubos de aço e revestidos com
fundentes apropriados. O diâmetro dos tubos varia entre 8 e 12 milímetros e o
comprimento, entre 500 e 1200 milímetros. O diâmetro a ser utilizado é função da
espessura da chapa a ser soldada e a extensão da junta é, em geral, limitada pelo
comprimento do tubo–guia. Quando se deseja uma junta mais extensa, é comum utilizar-se
mais de um tubo–guia. Nesse caso, uma corrente suplementar de soldagem é alimentada na
altura do ponto médio dos tubos, para diminuir o efeito de baixa de seu isolamento, devido
ao aquecimento pelo efeito de resistência elétrica. As propriedades da zona de solda são
similares às obtidas pelo processo eletroescória convencional.
Eletrogás
Fundamentos do Processo
A soldagem eletrogás (Electrogas Welding - EGW) é uma variação dos
processos de soldagem a arco com eletrodo metálico e proteção gasosa (GMAW) e
soldagem a arco com arames tubulares (FCAW). Por outro lado, seus aspectos operacionais
são similares aos da soldagem por eletroescória, a partir do qual foi desenvolvido.
A soldagem eletrogás é um processo de soldagem por fusão, que utiliza
como fonte de calor um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico contínuo,
36
sólido ou tubular, e um banho de metal fundido ou de escória. O material fundido fica
contido numa cavidade com eixo na vertical, formada pelas chapas e sapatas de contenção,
como no processo eletroescória. É opcional o uso de proteção gasosa do banho,
dependendo do tipo de eletrodo usado. O arco elétrico é aberto inicialmente sobre uma
chapa de partida, situada na parte inferior da junta. O calor gerado pelo arco funde o
eletrodo e as superfícies do metal de base. Uma poça de metal líquido é formada sob o arco.
0(s) eletrodo(s) são alimentados continuamente ao arco e as sapatas de contenção são
deslocadas para cima à medida que a junta vai sendo preenchida. A solidificação do metal
depositado consolida a união.
Na soldagem com eletrodos sólidos, a proteção é feita por uma nuvem de
gás inerte, ativo ou mistura, fornecida por uma fonte externa, geralmente através de
orifícios adequados nas sapatas de contenção. Na soldagem com eletrodo tubular a proteção
é dada pela fina camada de escória produzida a partir do fluxo de soldagem contido no
eletrodo, que pode ser suplementada por uma nuvem de gás, quando se empregam arames
tubulares recomendados para uso com proteção gasosa.
Neste processo, a escória utilizada na soldagem eletroescória é substituída
pela blindagem de CO2, mas as operações de soldagem são bastante similares. Como no
processo MAG, o CO2 tem também a função de proteger o arco elétrico, que é gerado entre
o arame de enchimento, de alimentação contínua, e a poça de fusão. O gás é introduzido na
região de solda por meio de orifícios apropriados existentes na sapata deslizante de cobre.
A soldagem eletrogás é bastante utilizada na união vertical de chapas de aço de até 30
milímetros de espessura.
Como no caso do processo eletroescória, o eletrogás também proporciona
alta eficiência, possibilidade de executar juntas pesadas em um só passe e dispensa a
necessidade de preparar as juntas de solda.
Do ponto de vista operacional, o processo em discussão apresenta as
seguintes vantagens em relação ao seu similar que utiliza o banho de escória:
1. A abertura entre as chapas é mais reduzida, economizando, dessa
maneira, material consumível e energia despendida na soldagem;
2. As tolerâncias no contato das sapatas de cobre são mais brandas,
37
pois elas não têm a função específica de vedar o banho de escória.
Conseqüentemente, um pequeno desalinhamento das chapas não irá
influenciar na qualidade da junta soldada;
3. É aplicável a chapas de espessuras menores;
4. O comprimento da região de pouca penetração é menor no início da
soldagem, comparativamente ao processo por eletroescória.
Equipamentos
O equipamento usado na soldagem eletrogás é similar ao da soldagem por
eletroescória com guia não consumível, consistindo de uma fonte de energia elétrica, um
cabeçote de soldagem, onde geralmente são colocados um alimentador de arame e um
sistema de movimentação, sapatas de contenção, sistema de controle e cabos. Em alguns
casos, pode-se usar ainda um dispositivo para oscilar o eletrodo. A diferença básica é a
adaptação das sapatas para injeção de gás protetor e a fonte deste, quando aplicável.
A fonte de energia usada é de corrente contínua, com saída do tipo tensão
constante, geralmente um transformador-retificador ou motor-gerador.
A fonte de gás protetor é constituída de um cilindro do gás ou mistura e
reguladores de pressão e/ou vazão, como nos processes GMAW ou FCAW.
Consumíveis
Os consumíveis usados na soldagem EGW são os mesmos dos processos
GMAW e FCAW, isto é, eletrodos e gases de proteção.
Os eletrodos para soldagem de aços-carbono e aços de alta resistência e
baixa liga (ARBL) são classificados pela especificação AWS A 5.26-78, e são divididos em
sólidos e tubulares. Os arames sólidos são idênticos aos usados no processo GMAW, com
diâmetro entre 1,6 e 4 milímetros. Os eletrodos tubulares também são encontrados nesta
faixa de diâmetro e são classificados quanto à necessidade de uso de proteção gasosa,
composição química e propriedades mecânicas do metal depositado.
38
Os gases usados são geralmente o CO2 e misturas 80% argônio e 20%
CO2, tanto com arames tubulares quanto com arames sólidos.
Aplicações Industriais
A soldagem eletrogás é mais usada na união de chapas de aços-carbono
ou ARBL posicionadas verticalmente. Esta situação é freqüentemente encontrada na
montagem de estruturas robustas, como cascos de navios, tanques de armazenagem,
edifícios, etc. O processo pode ser aplicado a outros tipos de materiais soldáveis pelos
processes GMAW e FCAW. Em grande parte dos casos, a soldagem é feita no campo.
Oxiacetileno - OFW
Fundamentos do Processo
Soldagem a oxigás (OFW) inclui qualquer operação que usa a combustão
de um gás combustível com oxigênio como fonte de calor. O processo envolve a fusão do
metal base e normalmente de um metal de enchimento, usando uma chama produzida na
ponta de um maçarico. O gás combustível e o oxigênio são combinados em proporções
adequadas dentro de uma câmara de mistura. O metal fundido e o metal de enchimento, se
usado, se misturam numa poça comum e se solidificam ao se resfriar.
Uma vantagem deste processo é o controle que o soldador exerce sobre o
calor e a temperatura, independente da adição de metal. O tamanho do cordão, a forma e a
viscosidade da poça são também controlados no processo. OFW é adequado para soldagem
de reparo, para soldagem de tiras finas, tubos e tubos de pequeno diâmetro. Soldar seções
espessas, exceto para trabalho de reparo, não é economicamente viável quando comparada
com outros processos disponíveis.
O equipamento usado em OFW tem um custo baixo, é normalmente
portátil e versátil o bastante para ser usado para uma variedade de operações, tais como
dobramento e retificação, pré-aquecimento, pós-aquecimento, deposição superficial,
brazagem e soldabrazagem.
39
Acessórios de corte, bicos para multichama e uma variedade de
acessórios para aplicações especiais aumentam a versatilidade do equipamento. Com
mudanças relativamente simples no equipamento, operações de cortes manuais e mecânicos
podem ser realizadas. Aços-carbono e de baixa liga e muitos metais não ferrosos, mas
geralmente não refratários ou reativos, são normalmente soldados.
Gases comerciais têm uma propriedade em comum, requerem oxigênio
para sustentar a combustão. Um gás, para ser conveniente às operações de soldagem, deve
apresentar as seguintes propriedades quando queimado:
1. Alta temperatura de chama;
2. Alta taxa de propagação de chama;
3. Conteúdo de calor suficiente;
4. Mínimo de reação química da chama com os metais base e de
enchimento.
Dentre os gases comercialmente disponíveis, o acetileno é o que mais se
aproxima destes requisitos. Outros gases como propano, gás natural, propileno e gases
baseados nestes, oferecem temperaturas de chama suficientemente altas, mas exibem baixas
taxas de propagação de chama. As chamas finais destes outros gases são excessivamente
oxidantes pelas proporções de oxigênio-gás combustível que são altas para gerar taxas de
transferência de calor utilizáveis.
Características dos Gases de Combustão
A Tabela 1 lista algumas das principais características de gases
comerciais. A fim de reconhecer o significado das informações nesta tabela, é necessário
entender alguns termos e conceitos.
40
Tabela 1 – Características de gases combustíveis comuns
Fórmula G.E. V.E R.E. T chama Calor da Combustão
Gás (Ar=1 a (m 3 /kg) (oC) 1 a 2 a 3 a
15,6 o C) MJ/m 3 MJ/m 3 MJ/m 3
Acetileno C2H2 0,906 0,91 2,5 3087 19,0 36 55
Propano C2H3 1,520 0,54 5,0 2526 10,0 94 104
Metil Acetileno C3H4 1,480 0,55 4,0 2927 21,0 70 91
Propileno C3H6 1,480 0,55 4,5 2900 16,0 73 89Metano CH4 0,620 1,44 2,0 2538 0,4 37 37Hidrogênio H2 0,070 11,77 0,5 2660 - - 12
Obs: G.E. = Gravidade específica; V.E. = Volume específico; R.E. = Razão estequiomética
Gravidade Específica
A gravidade específica de um gás, com referência ao ar, indica como o
gás pode acumular em caso de vazamento. Por exemplo, gases com uma gravidade
específica menor que o ar tendem a subir e podem juntar-se nos cantos superiores e no teto.
Aqueles gases com gravidade específica maior que o ar tendem a se acumular em áreas
baixas.
Volume Específico
Uma quantidade específica de gás a uma temperatura e pressão padrão
pode ser descrita pelo seu volume ou peso. Os valores mostrados na Tabela 1 fornecem o
volume específico a 15,6 ºC e sob pressão atmosférica. Se conhecermos o peso e o
multiplicarmos pelo valor da tabela, teremos o volume e vice-versa.
Razão de Combustão ou Estequiométrica
A Tabela 1 indica o volume de Oxigênio teoricamente requerido para a
combustão completa de cada gás. Estas razões Oxigênio-gás combustível (chamadas de
estequiométricas) são obtidas do balanço químico das equações dado na Tabela 2. Os
valores mostrados para combustão completa são úteis para os cálculos, porém, eles não
representam a razão Oxigênio-gás combustível normalmente liberada na operação do
41
maçarico, porque a combustão completa é parcialmente sustentada pelo Oxigênio do ar das
vizinhanças.
Calor de Combustão
O calor total de combustão de um gás de hidrocarboneto é a soma dos
calores gerados nas reações primária e secundária que acontecem na chama global. Isto está
mostrado na Tabela 1. Normalmente, o conteúdo de calor da reação primária é gerado na
chama interna ou primária, onde a combustão é sustentada pelo Oxigênio fornecido pelo
maçarico. A reação secundária acontece na chama externa (secundária), que envolve a
primária, e é onde os produtos de combustão da reação primária são sustentados pelo
Oxigênio do ar.
Tabela 2 - Equações químicas para a combustão completa de gases combustíveis comuns
Gás Combustível Reação com Oxigênio
Acetileno C2H2 + 2,5 O2 = 2 CO2 + H2O
Metilacetileno-propadieno (MPS) C3H4 + 4 O2 = 3 CO2 + 2 H2O
Propileno C3H6 + 4,5 O2 = 3 CO2 + 3 H2O
Propano C3H8 + 5 O2 = 3 CO2 + 4 H2O
Gás Natural ( Metano ) CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2OHidrogênio H2 + 0,5 O2 = H2O
Embora o calor da chama secundária seja importante em várias
aplicações, o calor mais concentrado da chama primária é a principal contribuição para a
capacidade de soldagem de um sistema a oxigás. A chama primária é dita neutra quando a
equação da reação primária está balanceada, fornecendo apenas monóxido de carbono e
hidrogênio. Sob estas condições, a atmosfera da chama primária não é nem carburizante
nem oxidante.
Desde que a reação secundária depende necessariamente dos produtos
finais da reação primária, o termo neutro serve como um ponto de referência conveniente
para descrever as razões de combustão e comparar os vários calores característicos de
diferentes gases combustíveis.
42
Temperatura da Chama
A temperatura da chama de um gás combustível variará de acordo com a
razão de Oxigênio a ser queimado. Embora a temperatura da chama dê uma indicação da
capacidade de aquecimento do gás combustível, ela é apenas uma das muitas propriedades
físicas a considerar se fizermos uma avaliação global.
As temperaturas de chama listadas na Tabela 1 são para as chamadas
chamas neutras, i.e., a chama primária que não é nem oxidante nem carburizante.
Temperaturas maiores que as listadas na tabela podem ser encontradas, mas, em todo o
caso, aquela chama será oxidante, uma condição indesejável na soldagem de muitos metais.
Velocidade de Combustão
Uma propriedade característica de um gás combustível, sua velocidade de
combustão (taxa de propagação da chama), é um fator importante no calor produzido pela
chama oxigás. Esta é a velocidade na qual a chama viaja através do gás adjacente não
queimado. Ela influencia o tamanho e a temperatura da chama primária. Também afeta a
velocidade na qual os gases podem escoar do bico do maçarico sem causar o afastamento
da chama ou seu “engolimento”. O afastamento da chama ocorre quando a combustão
acontece em alguma distância longe da extremidade do maçarico ao invés de acontecer na
extremidade. O engolimento é o recuo momentâneo da chama para dentro do maçarico,
seguido pela reaparição ou completa extinção da chama.
Como mostra o gráfico a seguir, a velocidade de combustão de um gás
combustível varia de maneira característica de acordo com as proporções de Oxigênio e
combustível na mistura.
43
Velocidade normal de combustão da mistura de vários gases com oxigênio.
Intensidade de Combustão
Temperaturas de chama e os valores de aquecimento de combustíveis têm
sido usados quase exclusivamente como critério para avaliação dos gases. Estes dois fatores
sozinhos, entretanto, não fornecem informação suficiente para uma completa avaliação dos
gases para fins de aquecimento. Um conceito conhecido como intensidade de combustão é
usado para avaliar diferentes combinações Oxigênio-gás combustível. A intensidade de
combustão considera a velocidade de queima da chama, o valor de aquecimento da mistura
de Oxigênio e gás combustível e a área do cone da chama fluindo pelo bico.
A intensidade de combustão pode ser expressa como segue:
Ci = Cv . Ch
Onde:
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Ci - intensidade de combustão em Btu/pés2.s ( J/ m2.s)
Cv - velocidade normal de combustão da chama em pés/s (m/s)
Ch - valor de aquecimento do gás de mistura em consideração em
Btu/pés3 (J/m3)
A intensidade de combustão (Ci), portanto, é máxima quando o produto
da velocidade normal de combustão da chama (Cv) e o valor de aquecimento do gás de
mistura (Ch) é máximo. Como o calor de combustão, a intensidade de combustão de um gás
pode ser expressa como a soma das intensidades de combustão das reações primária e
secundária. Entretanto, a intensidade de combustão da chama primária, localizada próxima
do bico do maçarico, é da maior importância na soldagem. A intensidade de combustão
secundária influencia o gradiente térmico nas proximidades da solda.
Intensidade Total de Combustão
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Defeitos na Soldagem
Classificação dos Defeitos
Os defeitos de soldagem podem ser assim agrupados: (1) os que estão
ligados às exigências de projeto ou especificações; (2) os que estão associados às
descontinuidades estruturais na própria solda, (3) os que dizem respeito às propriedades do
metal de solda ou da junta soldada. Estas três classes de defeitos podem ser subdivididas
como segue:
1. Defeitos dimensionais
1.1. Distorção;
1.2. Preparação incorreta da junta;
1.3. Tamanho incorreto da solda;
1.4. Perfil incorreto da solda.
2. Descontinuidades Estruturais na Solda
2.1. Porosidade;
2.2. Inclusões não-metálicas;
2.3. Fusão imperfeita;
2.4. Penetração Incompleta;
2.5. Mordedura;
2.6. Trincas;
2.7. Defeitos superficiais
3. Deficiências nas propriedades
3.1. Deficiências nas propriedades mecânicas;
3.2. Deficiências nas propriedades químicas.
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Defeitos Dimensionais
A fabricação ou montagem de obras soldadas, para ser considerada
satisfatória deve, entre outras exigências, manter as dimensões especificadas, não só no que
se refere ao formato e tamanho das soldas mas também às de todo conjunto.
Distorção
A operação de soldagem envolve a aplicação de calor e a fusão do metal
em seções localizadas. Daí decorrem expansões e contrações que podem dar origem a
tensões de alta magnitude que persistem na parte soldada após haver a estrutura resfriado.
Tais tensões tendem a causar distorção na estrutura. Pode-se eliminar ou reduzir a
distorção, introduzindo-se outras tensões que ajam em sentido contrário, contrabalançando-
se por meio de uma seleção criteriosa de seqüências de soldagem e pelo emprego de
dispositivos de rígida fixação. Até certo ponto, pode-se também fazer uso do martelo de
bola, para diminuir a distorção.
Distorção Angular
Embicamento
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Preparação Incorreta da Junta.
As práticas estabelecidas de soldagem requerem adequadas dimensões das
juntas, para cada processo de soldagem, para cada bitola de chapa, para cada composição
de metal base e para exigência de serviço. O afastamento destes requisitos pode conduzir a
muitos defeitos inclusive, como vimos, tendência à distorção, bem como descontinuidades
estruturais.
Exemplo com desalinhamento da junta
Tamanho Incorreto da Solda
O tamanho de uma solda em ângulo é definido como o comprimento
correspondente ao lado do maior triângulo retângulo isósceles que possa ser inscrito dentro
do corte transversal desta solda.
As deficiências das soldas devidas ao tamanho excessivo ou reduzido
podem ser determinadas por inspeção de um calibre.
Solda de filete assimétrica
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Perfil Incorreto da Solda
O perfil da solda acabada pode ter considerável influência no
comportamento da estrutura sob carga bem como na ocorrência de defeitos tais como a falta
de fusão, inclusão de escórias, etc.
Ângulo excessivo
Concavidade
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Convexidade excessiva
Deposição insuficiente
Penetração excessiva
Descontinuidades Estruturais da Solda
Porosidade
São os vazios globulares freqüentemente encontrados nas soldas,
causados por gases que foram aprisionados, provindos de qualquer fonte, seja da atmosfera,
50
do revestimento dos eletrodos, da umidade na superfície que esta sendo soldada, etc.
Quando o metal base contem mais de 0,05% de enxofre e está na presença do hidrogênio
contido na atmosfera do arco, formam-se bolhas de ácido sulfídrico (H2S) que ficam
prisioneiras no metal base. O hidrogênio provém quase sempre do revestimento do
eletrodo. Utiliza-se eletrodos de baixo hidrogênio, eliminando-se ou reduzindo-se esta
forma de porosidade. Também o carbono do metal base pode provocar porosidade pois
reage com o oxigênio para formar o monóxido de carbono (CO). O oxigênio pode provir da
atmosfera, do revestimento do eletrodo, dos óxidos dos fluxos, da ferrugem, das crostas,
etc. Tal tipo de porosidade pode ser reduzida empregando-se metal de enchimento de aço
totalmente acalmado. O nitrogênio dissolvido também é motivo de porosidade. A presença
na superfície das juntas de óleo, graxa, pintura e matérias orgânicas, por óbvias razões,
conduz a porosidade. Então, os vazios são causados devido aos gases que são absorvidos
quando o material está em fusão e expelidos quando ele resfria mas, não expelidos
suficientemente depressa para evitar o aprisionamento. São causados também pelos gases
provenientes de reações químicas que ocorrem durante a soldagem. Intensidades de
correntes elevadas e comprimentos de arco excessivos provocam porosidade porque tais
condições resultam em consumo indevido de elementos desoxidantes do revestimento dos
eletrodos. A falta de desoxidantes na poça de fusão para combinar com os gases durante o
resfriamento significa liberação para os gases.
A distribuição da porosidade dentro de uma solda é de alguma
importância. Sua ocorrência pode ser geralmente classificada como segue:
1. Bolsões mais ou menos uniformemente espalhados pelo metal de
solda. Os valores dos bolsões vão de 1/8" de diâmetro a dimensões
microscópicas;
Porosidade em Bolsão
51
2. Porosidades em grupos: muitas vezes associadas a determinadas
condições de soldagem como por exemplo, quando se substitui um
eletrodo, interrompendo-se e reacendendo-se o arco;
Porosidade agrupada
3. Porosidade linear : Ocorre no primeiro passe e é encarada como
caso especial de penetração incompleta . Geralmente, são três ou
mais cavidades tendo um diâmetro médio não menor que 1/16",
distribuídos em linha paralela ao eixo longitudinal da solda, sendo
a distância média entre cada cavidade não maior que 3/4" ou menor
que 1/16".
Porosidade alinhada
Em síntese, as causas e curas da porosidade podem ser assim
apresentadas:
1. Causa: hidrogênio excessivo, oxigênio, nitrogênio ou umidade na
atmosfera de soldagem;
Correção: mudar de eletrodos ou regular o gás protetor (caso se
trate do processo TIG ou MIG);
52
2. Causa: solda resfriando muito rapidamente;
Correção: retardar o resfriamento ou pré-aquecer;
3. Causa: metal base com alto teor de enxofre;
Correção: mudar de metal. Empregar eletrodos de baixo hidrogênio;
4. Causa: óleo, pintura ou ferrugem na superfície da junta;
Correção: limpar a junta;
5. Causa: comprimento do arco indevido;
Correção: corrigir a técnica de soldagem;
6. Causa: intensidades de correntes excessiva;
Correção: diminuir a amperagem;
7. Causa: manipulação errada de eletrodo;
Correção: corrigir a técnica de soldagem;
8. Causa: umidade excessiva na junta ou eletrodo;
Correção: secar a junta com ligeiro pré-aquecimento e manter o
eletrodo com estufa;
9. Causa: desenho incorreto da junta;
Correção: corrigir o afastamento ou preparo da junta;
Trincas
Resulta da presença de tensões localizadas em alguns pontos e que excedem
a resistência à ruptura do material, podendo ocorrer a qualquer temperatura. Geralmente
classifica-se as trincas em:
1. Trincas a quente;
2. Trincas a frio.
Trincas a Quente
53
Quando a trinca ocorre em temperaturas acima de 500 oC, o
caminhamento da fissura pelo metal é, geralmente, intergranular, isto é, caminha nos
limites entre os grãos, em vez de atravessar os grãos.
A trinca pode ser encontrada nos cordões de solda, porque, ao resfriar-se a
junta, o metal-base e o metal de solda se contraem e as tensões aparecem.
No primeiro estágio de solidificação de uma solda em ângulo, quando o
cordão de um filete desta espécie está esfriando, o metal de solda sólido soldado às paredes
da junta, está se contraindo. A não ser que as chapas sejam finas, elas causam tensão
suficiente para afastar os cristais no centro de cordão, que estão separados apenas por
tênues camadas de metal líquido, sem resistência à tração sofrida. Quanto mais um metal
demora a solidificar mais facilidade ele terá para sofrer trincas. Para impedir o
aparecimento de trincas deve-se, portanto, diminuir a quantidade de calor utilizada na
soldagem ou fazer pré/pós-aquecimento.
A trinca a quente não se restringe ao metal de solda, ela também aparece no
metal base. Alguns metais de alta liga contém na sua microestrutura carburetos complexos
ou compostos intermetálicos que se tornam fracos a certas temperaturas. Se no momento da
solda forem aplicadas tensões à peça que está sendo soldada, pode-se iniciar uma trinca.
Outra causa de trinca, que normalmente aparece na soldagem do aço, é a
presença do enxofre. Este elemento reage com o ferro para formar sulfeto de ferro. O
sulfeto cerca os cristais e retarda a solidificação. Para se evitar isso, pode-se adicionar
manganês que possui maior afinidade pelo enxofre que o ferro e impede a formação de
sulfeto de ferro.
Outra causa de trincas a quente é o aprisionamento de escória. Os
revestimentos dos eletrodos devem produzir escórias de baixa densidade e de ponto de
fusão não muito baixo. A baixa densidade favorece uma subida rápida da escória para a
superfície. Por outro lado, se uma escória de ponto de fusão muito baixo for aprisionada no
metal de solda, aumentam as probabilidades de existir escória líquida entre os cristais.
Trincas a Frio
54
É uma trinca intergranular e pode ocorrer no próprio metal de solda ou em
zonas adjacentes ao cordão, onde a temperatura do metal foi elevada acima do limite crítico
e a estrutura cristalina do ferro tornou-se de cubo centrado. Presumindo que o metal seja
aço, temos portanto uma área de austenita, pois não houve tempo para a transformação
desta, em ferrita e perlita. Caso o teor de carbono seja bastante elevado forma-se
martensita, dura e de baixa dutilidade. É nesta zona de martensita que se formam
geralmente as trincas, provocadas por tensões elevadas.
Outra causa de trinca a frio é a presença, em quantidades críticas, de alguns
elementos residuais de aço. Estanho, fósforo e hidrogênio são responsáveis por trincas.
Tensões multi-axiais também provocam trincas. Quando um esforço de
tração é aplicado a uma seção de metal, este se alonga e a seção diminui. Quando outro
esforço é aplicado fazendo um ângulo reto com o primeiro, aparecem tensões bi-axiais. Se
tais tensões estão acima do limite elástico, a deformação plástica será enfraquecida. Quando
uma terceira tensão for acrescentada em ângulos retos com as duas primeiras, como
acontece muitas vezes em soldagem, aparecem tensões tri-axiais e a deformação plástica
torna-se ainda mais difícil. Os metais sob tensões multi-axiais tendem a exibir dutilidades
excepcionalmente baixas e rompem, às vezes, sob cargas muito baixas.
Trina superficial
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Trinca na raiz
Inclusões Não-metálicas
Este termo é usado para descrever os óxidos e outros sólidos que muitas
vezes são encontrados como inclusões alongadas ou globulares nas soldas. Durante a e
disposição subsequente solidificação do metal de solda, muitas reações químicas ocorrem
entre o metal-base, o arco elétrico, os materiais de revestimento dos eletrodos e a escória
por eles produzidas. Alguns dos produtos destas reações são compostos não metálicos,
somente até certo ponto solúveis no metal em fusão. Devido a terem menor peso específico,
estes produtos tendem a flutuar na superfície a não ser que sejam impedidos por qualquer
causa, como a rápida solidificação ou a alta viscosidade do material. Pode acontecer ainda,
de a escória ser forçada para baixo do metal fundido pela força do arco. Também ela pode
flutuar adiante do arco e ser encoberta pelo metal de solda. A escória, assim forçada no
metal em fusão ou então formada por reações químicas, apresenta a maioria das vezes, o
aspecto de inclusões globulares finamente divididas. O trabalho a quente alonga estas
inclusões.
A escória mecanicamente aprisionada no material de solda como resultado
de indevida manipulação do arco é a mais perigosa pois seu tamanho é geralmente, bastante
56
grande. O formato é irregular também. Quando se solda fora de posição, principalmente
sobre-cabeça é mais comum a ocorrência de tais inclusões.
Sob determinadas circunstâncias, é possível ainda que surjam inclusões
sob a forma de películas. Estas circunstâncias são :
1. Uma vareta de enchimento sendo adicionada à cratera gota por
gota e havendo fluxo inadequado ou insuficiente, em volta de cada
gota forma-se uma atmosfera oxidante. A não ser que o metal de
solda seja mexido para trazer esta película à superfície, ela
permanecerá na solda.Quando se começa um novo cordão no término
do precedente (quando se muda de eletrodo, por exemplo) sem
remover a escória da extremidade do primeiro cordão, o metal em
fusão pode cobrir a escória e também a película de óxido do cordão
solidificado e não devidamente limpo.
A profundidade da poça de fusão tem pequeno efeito no aprisionamento da
escória porque quanto mais profundo o metal em fusão se encontra, mais devagar ele
solidifica e mais tempo tem a escória para subir à superfície. Por outro lado, quanto mais
quente o metal em fusão, menos viscoso ele é e menos resistência ele oferece à subida das
inclusões. Uma pequena reflexão, contudo, mostrará que a vantagem de se elevar a
temperatura da poça de fusão é fartamente derrubada por outras desvantagens. Quando a
temperatura sobe, a escória na superfície torna-se menos viscosa e não cobre
adequadamente o metal da solda. Ainda mais, a elevadas temperaturas o metal de solda
dissolve muita escória. Conseqüentemente, não é boa política elevar, intencionalmente, a
temperatura.
Em resumo, os fatores que mais afetam o aprisionamento de escória são:
1. Viscosidade do metal em fusão: quanto mais viscoso, mais devagar
as inclusões sobem à superfície;
2. Temperatura: quanto mais alta, mais a escória se dissolve no metal
de solda, em contraposição, quanto mais elevada a temperatura
57
menor será a viscosidade;
3. Pudlagem: quanto maior a agitação do banho, maior é a
probabilidade de aprisionamento de escórias, a não ser que a
manipulação seja proposital e estudada;
4. Grau de esfriamento: quanto mais rápido o resfriamento maior é a
probabilidade de inclusão de escórias.
A inclusão de escórias é geralmente impedida pela preparação da junta antes
de depositar cada cordão de solda, tomando-se o cuidado em corrigir contornos que
dificultarão a penetração plena do arco. Obviamente, a libertação da escória pela poça de
fusão será ajudada por todos os fatores que tornem o metal menos viscoso ou retardem sua
solidificação: pré–aquecimento e controle de temperaturas inter–passes.
Inclusão de escória
Falta de Penetração
O termo é aplicado à falta de fusão entre o metal depositado e o metal
base na raiz da solda. Uma das causas deste defeito pode ser devido ao fato de não haver
sido alcançado a temperatura de fusão em toda a profundidade do chanfro. Outra causa
pode ser, no caso das soldas em ângulo, o vazio produzido pelo ligamento das fases da
junta pelo metal de solda, sem que ele tenha atingido o fundo.
58
A penetração incompleta é indesejável particularmente se a raiz da solda
está sujeita a tensões diretas ou a tensões de flexão. A área não fundida permite
concentração de tensões que podem redundar em rompimento, mesmo sem deformação
apreciável. No entanto, mesmo que as tensões da estrutura não envolvam dobramento neste
ponto ou não o atinjam diretamente, os esforços resultantes do calor da soldagem podem
dar origem a uma trinca que, iniciando-se no primeiro cordão, pode atingir toda solda.
A causa mais freqüente deste defeito é um mau desenho da junta.
Falta de penetração
Falta de Fusão
Pode ser causada por :
1. Insuficiente fusão do metal base (ou do cordão previamente
depositado);
2. Insuficiente dissolução dos óxidos ou matérias estranhas na
superfície do metal base pelos fluxos.
Para evitar tal defeito, deve-se limpar bem as superfícies a soldar e empregar
uma técnica de soldagem correta.
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Falta de fusão
Mordedura
É o entalho que aparece nas bordas de um cordão de solda e geralmente tem
uma ou várias das seguintes causas :
1. Intensidade excessiva da corrente de solda;
2. Manipulação indevida do eletrodo;
3. Eletrodo de tipo não recomendado para o trabalho;
4. Velocidade de soldagem excessiva;
5. Bitola excessiva do eletrodo (poça de fusão exageradamente grande);
6. Costuramento excessivo;
7. Eletrodo fazendo ângulo pequeno demais com a superfície vertical
nas soldas em ângulo.
60
Mordedura
Mordedura na raiz
61
Ensaios Não-destrutivos
Introdução
A utilização dos ensaios não-destrutivos é largamente aplicada na
indústria da construção naval como forma de verificar a solidez/qualidade das soldas
durante a construção ou reparo dos navios. Um plano dos testes com ensaios não-
destrutivos é freqüentemente utilizado, para assegurar uma confiabilidade estrutural maior,
especificando-se uma extensão maior de ensaios do que seriam realizados em uma inspeção
normal.
Exame Visual
Todas as soldas estão sujeitas à inspeção visual, variando desde uma
inspeção casual por parte do soldador até uma formal por parte de um inspetor qualificado
ou vistoriador. O exame visual, quando executado corretamente, é considerado por muitos
como um dos métodos mais importantes de se assegurar a qualidade da solda, pelo fato de
fornecer informações importantes que não estão disponíveis prontamente pelos outros
métodos.
No exame visual de juntas soldadas, devem-se considerar a aparência do
cordão, as condições da superfície, os aspectos dimensionais e o tratamento da junta.
Em relação à aparência, verifica-se a regularidade da superfície do cordão
e o formato do pé da solda, não só em virtude do aspecto estético mas também pelo fato de
que defeitos graves na soldagem podem estar sendo escondidos. Os defeitos superficiais,
superposições, saliências, mordeduras, crateras ou trincas devem ser evitados. A verificação
dimensional deve ser realizada para os reforços da solda, o comprimento desta, e o
comprimento da perna do filete. A verificação dos tratamentos após a soldagem, como
remoção da escória e dos respingos, também deve ser efetuada visualmente.
Os defeitos observados devem ser reportados prontamente a tempo que
ações corretivas sejam tomadas por parte da produção.
62
Líqüido Penetrante
O ensaio por líquido penetrante é um método de inspeção não-destrutivo
bastante sensível, utilizado para detectar e localizar pequenas descontinuidades que se
abrem para a superfície, como fissuras, poros e mesmo vazamentos. O método baseia-se na
propriedade que certos líquidos têm de penetrar profundamente em descontinuidades
superficiais dos materiais. Assim, após sua aplicação, o excesso de líquido é removido da
superfície, restando somente aquelas porções que ficaram retidas nas descontinuidades
existentes. O líquido remanescente é então retirado por uma emulsão reveladora,
geralmente talco e álcool, pois quando o álcool evapora o talco absorve o líquido penetrante
permitindo a localização das falhas eventualmente existentes na superfície examinada. A
figura abaixo mostra o princípio de funcionamento da inspeção por líquido penetrante.
A inspeção por líquido penetrante é um método relativamente rápido, de
baixo custo e bastante simples, de tal forma que os operadores não encontram maiores
dificuldades em aplicá-lo adequadamente. É muito útil na detecção de falhas em materiais
não-magnéticos, mesmo os não-metálicos, desde que não seja poroso. Serve para detectar
somente os defeitos superficiais, e exige uma limpeza da peça para que a sujeira não se
deposite nas fissuras.
63
Partículas Magnéticas
A inspeção por partículas magnéticas é realizada em materiais
ferromagnéticos e baseia-se na formação de um campo magnético no material ou na peça
que se deseja examinar. Caso o item que está sendo examinado apresente uma falha,
haverá, neste local, a formação de pólos magnéticos, ou seja, de um pequeno ímã, que
poderão ser detectados ao se espalhar uma camada de limalha de ferro bastante fina, pois as
partículas serão atraídas e se concentrarão no local da falha, devido à sua baixa relutância
magnética, seguindo a orientação do campo magnético existente. O princípio de
funcionamento da inspeção por partículas magnéticas está esquematizado na figura abaixo.
A eficiência deste ensaio decresce com a diminuição do tamanho da
descontinuidade e com o aumento da profundidade de sua localização, sob a superfície do
material. O formato da descontinuidade também influi na sensibilidade do ensaio. Formas
arredondadas, ou mesmo esféricas, são mais difíceis de serem detectadas do que as que
apresentam formato alongado, como as trincas. Além disso, a sensibilidade máxima é
conseguida, quando as descontinuidades são normais às linhas de corrente do fluxo
magnético.
Um ponto importante a ser observado na preparação do ensaio consiste na
orientação dos defeitos que se deseja detectar, uma vez que o ensaio só será efetivo se a
descontinuidade realmente distorcer o campo magnético, de forma a causar a fuga das
linhas de corrente de sua direção normal. As descontinuidades de formas alongadas e finas,
como em costuras de solda, inclusões ou microfissuras, não interrompem as linhas de fluxo
que são paralelas à direção da referida descontinuidade, prejudicando, portanto, o ensaio
64
que está sendo realizado. Nesse caso, deve-se mudar a direção do campo magnético para
que os defeitos possam ser identificados.
No caso em que a orientação dos possíveis defeitos é desconhecida, deve-
se efetuar o ensaio pelo menos em duas direções mutuamente normais.
As condições superficiais do material ensaiado também influem nos
resultados dos ensaios. A presença de rugosidades, por exemplo, pode causar a distorção do
campo magnético e provocar a falsa impressão de uma descontinuidade. As superfícies
deverão, portanto, ser limpas, secas e livres de graxas e materiais estranhos, antes de se
conduzirem os ensaios propriamente ditos.
Em juntas soldadas, costuma-se utilizar o método dos pólos magnéticos,
utilizando-se solenóides apropriados, ou o método das bobinas auto-excitadoras de campo,
para a realização dos ensaios.
Ultra–som
Generalidades
A inspeção por ultra-som baseia-se nas propriedades de propagação,
refração e reflexão de ondas sonoras de alta freqüência em corpos sólidos. Assim, por
intermédio de um emissor, uma onda sonora de alta freqüência é emitida através da peça
que se deseja inspecionar e a sua reflexão é recebida por um receptor que transforma o sinal
recebido em um impulso elétrico, que pode ser registrado ou então lido em uma tela de
cinescópio. Os aparelhos de ultra-som empregados em construção naval para inspeção de
materiais comuns tais como aço doce, cobre, alumínio, antimônio, etc, possuem o emissor e
o receptor incorporados em um mesmo cabeçote.
A produção de ultra-som é baseada nas propriedades piezoelétricas de
certos cristais, como por exemplo o cristal de quartzo. Baseando-se nesta propriedade, se
fizermos passar por uma lâmina de quartzo, cujo corte é feito de maneira a ter-se a sua
estrutura convenientemente orientada, podemos obter uma vibração que será função da
freqüência da corrente elétrica aplicada, obtendo-se assim freqüências variando desde
poucos ciclos por segundo até freqüências próximas de 25 megaciclos por segundo.
65
Na prática, para que haja um bom contraste entre o cabeçote e a peça é
necessário usar película de óleo, graxa ou mesmo água entre a superfície de contato do
cabeçote e a peça.
A figura abaixo mostra os sinais recebidos em uma tela de cinescópio
após retificação e filtragem.
A indicação vertical assinala a presença de uma superfície refletora no
caminho do feixe sonoro, cuja amplitude do sinal vertical guarda uma proporcionalidade
direta à quantidade de energia retornando ao receptor. A distância horizontal entre uma
indicação vertical e outra é proporcional ao tempo gasto pela onda sonora em percorrer o
caminho de ida e volta entre uma superfície e outra. Assim, pode-se saber qual a espessura
da peça sendo inspecionada, assim como, pode-se determinar qual a distância do defeito à
superfície encontrada, ou seja, a profundidade do mesmo.
Aplicações do ultra-som no estaleiro
O ultra-som é usado nos estaleiros principalmente para:
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1. Medir a espessura de chapas em navios velhos;
2. Inspeção de materiais (chapas, tubos, forjados e fundidos);
3. Inspeção de soldas.
Medição de Espessura em Navios Velhos
O procedimento para medir a espessura de chapas em navios velhos
consiste basicamente em :
a. Preparar a superfície para o contato do cabeçote. Geralmente, a
preparação da superfície consiste em esmerilhar o local a ser
inspecionado em uma área cujo diâmetro é aproximadamente 10cm,
de modo a remover escamas de ferrugem ou camadas de tinta que
possam atrapalhar o contato direto do cabeçote. De qualquer modo
sempre deverá ser usado óleo, graxa ou outra substância de contato.
b. Calibragem do equipamento de ultra-som em blocos padrão de
espessuras próximas da que se espera encontrar e do material
aproximadamente idêntico ao da chapa.
c. Executar pelo menos duas medidas em cada chapa, a média
aritmética das duas medidas poderá ser considerada como
representativa da espessura da chapa.
Inspeção de Materiais
As inspeções de materiais são efetuadas principalmente na verificação
interna de peças de aço fundido e forjado. A aplicação do ultra-som no estaleiro em peças
de ferro fundido é bastante reduzida.
Inspeção de Soldas
67
Na inspeção de soldas por ultra-som, as duas técnicas usuais são: feixe
sonoro “direto” e feixe sonoro “angular”. A seleção de uma ou outra técnica depende das
condições da superfície da peça no local a ser inspecionado e do tipo de defeito que se
espera encontrar.
Quando há possibilidade de haver uma fratura perpendicular à superfície
da peça deve-se usar o feixe sonoro “angular” que dá melhor interpretação do defeito.
O feixe sonoro “angular” é capaz de inspecionar somente uma pequena
porção da seção considerada num dado instante, portanto, para que toda a seção seja
inspecionada é necessário movimentar-se o cabeçote segundo o esquema abaixo.
Para facilitar a localização do defeito quando se usa o feixe sonoro
“angular” usa-se adaptar sobre o cabeçote uma escala graduada indicando os pontos de
reflexão do feixe sonoro. Com o uso desta escala e tendo-se a distância horizontal da
indicações tomada na tela do cinescópio, após uma pró calibragem, pode-se determinar a
posição do defeito e a sua profundidade. Como pode haver uma escala para cada espessura
de chapeamento usa-se, para simplificar, uma mesma escala com traços correspondentes às
várias espessuras.
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Há certos casos em que se pode usar indiferentemente qualquer um dos
dois métodos citados anteriormente dependendo apenas da prática do operado. Um exemplo
deste caso são as soldas do trincaniz com o cintado.
Vantagens
- Pode ser executado em materiais metálicos e não metálicos;
- Não necessita, para inspeção, do acesso por ambas as superfícies da
peça;
- Permite locar e dimensionar com precisão as descontinuidades;
- É um exame mais rápido do que radiografia;
- Pode ser executado em juntas de geometria complexa, como nós de
estruturas tubulares;
- Não requer paralisação de outros serviços diante a sua execução e
não requer requisitos rígidos de segurança, tais como os requeridos
para o exame radiográfico.
Limitações e Desvantagens
- Não se aplica a peças cuja forma, geometria superficial impeçam o
perfeito acoplamento do cabeçote à peça;
- O grão grosseiro de certos metais de base e de solda (particularmente
ligas de níquel e aço oxidável austenítico) podem dispersar o som e
causar sinais que perturbem ou impeçam exame;
- O reforço da raiz, cobre-juntas e outras condições aceitáveis podem
causar indicações falsas;
- Peças pequenas ou pouco espessas são difíceis de inspecionar;
- O equipamento de ultra-som é caro;
- Os inspetores de ultra-som requerem, para sua qualificação, de maior
treinamento e experiência que para outros ensaios não destrutivos;
- A melhor detecção de descontinuidade depende da orientação do
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defeito da solda;
- A identificação do tipo de descontinuidade requer grande treinamento
e experiência, porém mesmo assim não é totalmente segura.
Exame Radiográfico das Soldas
Generalidades
O exame radiográfico baseia-se na propriedade da radiação em penetrar
através dos metais. A radiação ao atravessar um material será parcialmente absorvida,
sendo que a quantidade de absorção é função da densidade e espessura do material
atravessado. No caso da solda, se houver uma falha interna, como por exemplo porosidade,
inclusão de escória, etc, o feixe de radiação terá mais facilidade de atravessar a solda neste
local do que em outro onde não há falha alguma. Conseqüentemente haverá uma variação
na absorção da radiação pela solda nas regiões defeituosas, variação esta que pode ser
registrada em um filme , cuja revelação posterior permite a análise dos defeitos no interior
da solda.
Numa construção naval para se garantir uma boa qualidade da solda
durante a construção do casco do navio deve-se fazer inspeções ocasionais por meio de
radiografias em locais escolhidos aleatoriamente e sem qualquer possibilidade de previsão
por parte do soldador. Isto tem uma excelente atuação psicológica evitando que o soldador
se descuide nos locais que ele sabe que não serão radiografadas.
A radiografia deve cobrir pelo menos 25cm da solda e o número de pontos
a serem verificados varia de acordo com a prática do estaleiro ou recomendações da
sociedade classificadora.
As radiografias devem ser localizadas preferencialmente nos cruzamentos
de solda de topo nas regiões do cintado, bojo, quilha, trincaniz do convés principal, cantos
de escotilhas ou proximidades de outras descontinuidades que possam existir no convés.
A região do navio a ser radiografada em navios comuns, compreende
aproximadamente três quintos do comprimento a meio navio.
70
Produção de Raios-X
Os Raios-X são gerados quando um feixe de elétrons em alta velocidade
choca-se com um alvo metálico. Durante a colisão com o metal os elétrons penetram na
estrutura atômica do mesmo, causando o deslocamento de outros elétrons e liberando
energia eletromagnética na forma de Raios-X.
Na alimentação de alta tensão geralmente é colocado um interruptor de
tempo que serve para desligar a alta voltagem, interrompendo assim a radiação após um
tempo pré-determinado.
A variação da voltagem afeta a qualidade dos Raios-X, pois quanto maior
for a diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo maior será a velocidade dos elétrons,
consequentemente maior será a energia de radiação resultante. Este aumento de energia é
acompanhado pela redução do comprimento de onda da radiação, aumentando assim o
poder de penetração da radiação.
O gráfico abaixo mostra a variação do comprimento de onda máximo com
o aumento da tensão no tudo. A variação da corrente do tubo afeta a intensidade da
radiação. Isto é, a quantidade de radiação emitida.
71
Técnicas de Radiografia
As técnicas de radiografia envolvem a ajustagem da fonte de Raios-X, a
distância do filme à fonte de radiação. Tipo de filme e exposição, colocação do filme em
relação à peça e tipo de fonte de radiação.
A melhor técnica é aquela que combina todos estes fatores de tal maneira
que seja obtida uma imagem radiográfica bastante nítida com perfeita definição de todas as
falhas que possam existir na solda. De um modo geral a melhor combinação de todos os
fatores deve ser obtida experimentalmente.
Penetrômetros
O penetrômero é usado para indicar a qualidade de uma radiografia, pois,
pelo estudo da imagem do penetrômetro, pode-se obter informações sobre a nitidez da
imagem e o contraste fotográfico. A norma ASTM estabelece que o penetrômetro deve ser
uma lâmina, cujo material deve ser o mais próximo possível do metal de base sendo
soldado. A espessura da lâmina deve ser 2% da espessura da solda. Na lâmina devem-se
fazer três furos cujos diâmetros são: 1T, 2T e 4T, sendo T a espessura da lâmina.
A norma ASTM estabelece ainda três níveis de qualidade radiográfica
que são: 2-1T, 2-2T e 2-4T. O primeiro nível significa que em uma radiografia deve ser
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visível um penetrômetro de 2% da espessura da solda e o furo de diâmetro 1T e assim
respectivamente para o segundo e terceiro níveis.
Para identificação os penetrômetros devem conter números de chumbo
indicando a sua espessura em milésimos de polegada.
Tal padrão não é prático para os estaleiros pois estes trabalham com
muitas espessuras de chapa diferentes.
A norma DIN estabelece como penetrômetro uma série de fios de mesmo
material que o metal base sendo soldado montados em uma lâmina de plástico. No caso do
penetrômetro DIN, a sensibilidade é determinada pelo diâmetro do menor fio que for
visível na radiografia.
73
Defeitos no filme radiográfico
Defeito CausaRadiografias muito claras - Exposição insuficiente
- Tempo de revelação insuficiente
Radiografias muito escuras
- Exposição demasiada
- Tempo de exposição demasiado
- Penetração de luz na câmara
Radiografias com pouco contraste
- Radiação muito penetrante
- Radiação secundária excessiva
- Revelação insuficiente
Radiografia com contraste
excessivo
- Excesso de revelação
- Filme do tipo inadequado
- Penetração insuficiente da radiação
Radiografias manchadas ou
veladas
- Penetração de luz
- Filme exposto à radiação dispersa
- Revelador sujo ou guardado
inadequadamente
- Operador com as mãos sujas
- Bolhas de ar no filme durante a revelação
ou fixação
Radiografias amareladas
- Tempo insuficiente no fixador
- Fixador gasto
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- Lavagem incorreta de filme após a
revelação, antes do fixador
Radiografias com pouca nitidez
- Distância excessiva da peça
- Movimento na peça ou tubo de Raios-X
- Intensificador inadequado
- Mal contato entre o filme e os
intensificadores
Utilização Apropriada dos Diferentes Métodos de Ensaios
Os métodos de inspeção não destrutivos apresentam suas vantagens e
desvantagens com relação às faixas de aplicação e aos tipos de falha detectáveis. A seguir
segue uma tabela com os ensaios mais adequados para determinadas situações.
Métodos de Defeitos Abertos Defeitos Próximos Defeitos no
Detetcção para a Superfície à Superfície Interior da Solda
Radiografia # # #Ultra-som o ou A o ou A #Partic. Magnéticas # o ou A xLíq. Penetrante # x x
Localização dos Defeitos e Métodos de Detecção
Métodos de Defeitos Defeitos Defeitos Defeitos Lineares Defeitos Circulares
Detetcção Planos Esféricos Cilíndricos na Superfície na Superfície
Radiografia o ou A # # ----- -----Ultra-som # o ou A o ----- -----Partic. Magnéticas ----- ----- ----- # o ou ALíq. Penetrante ----- ----- ----- o ou # #
# = Melhor ; o = Bom ; A = Difícil ; x = Impossível ;
Formato dos Defeitos e Métodos de Detecção
75
Formatos TiposDefeito Plano Trincas, falta de fusão, penetração insuficienteDefeito Cilíndrico Inclusão de escóriaDefeito Esférico PorosidadesDefeito Circular na Sup. CraterasDefeito Linear na Sup. Trincas
Tipos e Formatos de Defeitos
76
Tensões Residuais
Tensões residuais sempre ocorrem nos materiais tecnológicos, com maior
ou menor intensidade, dependendo das características físicas, químicas e mecânicas dos
mesmo e dos processo de fabricação previamente envolvidos. Desta forma é muitas vezes
importante avaliar ou prever a formação de tensões residuais para preservar a integridade
dos projetos de engenharia contra a deformação das peças ou estruturas, falhas por fadiga,
fratura e corrosão. Por outro lado, tensões residuais podem ser também exploradas para
correção ou alteração da geometria das peças, para benefício do desempenho mecânico a
fadiga e em montagens tensionadas.
Apesar do significado tecnológico, em muitos casos, a presença de
tensões residuais não é claramente avaliada. Isto é decorrente das dificuldades conceituais,
informações metalúrgicas insuficientes, ausências de um conveniente balizamento dos
parâmetros durante os processos de fabricação e limitações nas técnicas para sua medição.
Além disso, dificuldades advém de diferentes fenômenos mecânico-metalúrgicos, alguns
deles não claramente estendidos, que isolados ou conjuntamente podem concorrer na sua
formação.
Deve ser ressaltado que na estrutura soldada, as tensões que atuam em
determinado local de junção soldada é o resultado de um somatório de tensões: das tensões
de carregamento, tensões de montagem, tensões residuais preexistentes no material
originadas na fabricação dos mesmos, mais as tensões residuais produzidas no cordão de
solda em decorrência da soldagem. Tal como ocorre na prática, a avaliação das tensões
numa estrutura soldada é tarefa para diferentes ramos de engenharia.
Conceito de Tensões Residuais em Metais
A diferenciação das tensões residuais pelos processos tecnológicos que as
produzem, apresenta em primeira instância dificuldades para classificação e compreensão
das tensões residuais, porque aparenta existir muitas causas para a formação das mesmas,
específicas de cada processo tecnológico.
77
Muitas outras denominações diferentes têm sido dadas para as tensões
residuais nos materiais metálicos, entretanto, muitas delas tornam-se redundante, ou
dificultam a compreensão do ponto científico e prático. Assim sendo, as tensões residuais
nos materiais metálicos policristalinos podem ser caracterizadas em três modos diferentes,
em conseqüência de como se apresentam nos materiais:
- Tensões Residuais do Modo I : São quase homogeneamente
distribuídas numa grande região do material, ou seja, distribuídas em
vários grãos. Numa superfície de corte através de todo o corpo, as
forças internas relativas às tensões residuais do modo I estão em
equilíbrio. Do mesmo modo se anula o somatório dos momentos das
forças relativas a qualquer eixo. Com a alteração do equilíbrio das
forças e dos momentos de um corpo contendo tensões residuais do
modo I, ocorrem alterações macroscópicas nas dimensões do corpo.
- Tensões Residuais do Modo II : São quase homogeneamente
distribuídas numa pequena região do material, ou seja, num grão, ou
região da ordem de grandeza do tamanho de grão. As forças e
momentos internos relativos às tensões residuais do modo II estão em
equilíbrio, considerando-se apenas um número pequeno de grãos.
Com alteração deste equilíbrio, podem se apresentar, não
necessariamente, alterações macroscópicas nas dimensões do corpo.
- Tensões Residuais do Modo III : São heterogeneamente distribuídas
através de pequenas regiões do material, ou seja, da ordem de
algumas distâncias interatômicas. As forças e momentos internos
relativos à tensões residuais do modo III estão em equilíbrio,
considerando-se apenas parte de um grão. Com alteração deste
equilíbrio, não se apresentam modificações macroscópicas nas
dimensões do corpo.
78
Na soldagem sempre existirão tensões residuais macroscópicas e
microscópicas com complicadas superposições dos modos I, II, III de tensões residuais.
Entretanto, na prática da soldagem, geralmente quando se fala de tensões residuais, são
implicitamente consideradas apenas tensões residuais macroscópicas.
Tensões Residuais na Soldagem
Tensões residuais na soldagem são tensões que existem nas junções
soldadas sem a atuação de forças ou momentos externos e que se formam durante o
processo de soldagem e resfriamento, como conseqüência de deformações temporárias,
locais e heterogêneas em escala macroscópica e microscópica do cordão de solda, região
afetada pelo calor e material base. Ressalta-se que quando o material é uniformemente
aquecido, ou seja, ele expande uniformemente, tensões térmicas não são produzidas no
material (o que nunca ocorrerá em soldagens).
Na soldagem por fusão, as partes dos materiais a serem unidas são
derretidas através do fornecimento de energia térmica. No final do processo de
aquecimento forma-se uma ligação entre as partes através da poça de fusão, que contém o
material de base derretido e normalmente material de adição. Durante a soldagem e início
da solidificação da poça de fusão criam-se tensões térmicas nas regiões vizinhas ao cordão
de solda, devido aos grandes gradientes de temperatura que variam com a posição e tempo.
Com a continuidade do resfriamento da junção soldada, as tensões térmicas continuam
variando com a posição e tempo e tendem a aumentar, mas sempre limitadas pela tensão de
escoamento a quente do material na temperatura local a cada instante. Durante o
resfriamento até a temperatura ambiente, com variações de temperatura e tensões térmicas,
ocorrem também fenômenos metalúrgicos e mecânicos tais como: deformação plástica e
transformação de fase. Todos estes efeitos podem gerar tensões residuais na junção soldada.
O estado de tensão residual macroscópico na soldagem é completamente
determinado se em cada ponto de peça soldada são conhecidas as componentes da tensão
residual em valor e direção. A determinação completa de todas as componentes em vários
pontos da junção soldada é de difícil obtenção experimental. Quase sempre, por motivos de
ordem prática, a determinação das tensões residuais macroscópicas na soldagem limita-se à
determinação das componentes das tensões residuais paralelas e perpendiculares ao cordão
79
de solda, denominadas respectivamente por tensões residuais longitudinais σy e tensões
residuais transversais σx. Tensões residuais na direção da espessura σ
z, pode tornar-se
significantes em soldagens em chapas de espessura superiores a 25 mm.
Genericamente, pode-se dizer que as tensões residuais macroscópicas nas
junções soldadas originam-se de gradientes de temperatura, tensões térmicas, deformações
plásticas e transformações metalúrgicas verificadas em regiões macroscópicas do material.
Entretanto, alguns destes fatores são na realidade o somatório de fenômenos mecânicos e
metalúrgicos que ocorrem em regiões microscópicas do material. A análise das tensões
residuais macroscópicas é de grande interesse na tecnologia da soldagem. Todavia, apesar
de inúmeros trabalhos existentes sobre o assunto, ainda não se consegue compreender e
avaliar todos os fenômenos e parâmetros envolvidos na soldagem de diferentes tipos de
aço.
Quase todos os estudos sobre tensões residuais na soldagem referem-se às
tensões residuais macroscópicas. Muito pouco é conhecido a respeito das tensões residuais
microscópicas, apesar de sua reconhecida influência sobre as tensões residuais
macroscópicas e sobre o comportamento mecânico das junções soldadas. Na soldagem por
fusão, ocorrem muitas regiões microscópicas distintas, dependendo das condições de
aquecimento e resfriamento que o material fica sujeito em cada região da junção soldada, e
de heterogeneidades locais na composição química, particularmente se a soldagem é
realizada com material de adição. Geralmente, estas regiões microestruturais podem
apresentar tamanhos de grãos diferentes, com ou sem morfologia diferentes, fases
diferentes e orientações cristalográficas diferentes. Nestas regiões microestruturais, a
ocorrência de diferentes densidades de discordância, microprecipitados, gases dissolvidos,
gradientes na dissolução de elementos de liga ou impurezas dentro dos grãos e contornos de
grão, etc., estão associados à existência de tensões residuais do modo III. A ocorrência de
fases com volumes diferentes, orientações cristalográficas preferenciais, etc., e a
necessidade de equilíbrio de tensões entre as regiões microestruturais, estão associadas à
existência de tensões residuais do modo II.
Após a soldagem, resultam normalmente heterogeneidades dimensionais
nas junções soldadas, tais como o reforço do cordão de solda. Todavia, podem também
eventualmente ocorrer defeitos dentro do material, tais como: porosidade dentro da zona
80
fundida, falta de penetração e falta de fusão no material base, inclusão de escória, etc. A
presença das heterogeneidades dimensionais altera o campo das tensões residuais
macroscópicas nas vizinhanças dos locais onde elas ocorrem, mas em princípio, não são
responsáveis pela formação de tensões residuais.
Tensões residuais nas soldagem podem ter dois principais efeitos:
produção de distorção e/ou causar falha prematura do material. Distorção é causada quando
o calor da região de solda contrai não uniformemente, causando contração em uma parte da
solda, gerando forças na seção do cordão de solda. As forças de soldagem elasticamente em
resposta à essa tensão, é apresentada em forma de distorção. As tensões residuais e a
distorção afetam o comportamento dos materiais em relação à fratura, contribuindo para a
flambagem e o trincamento quando estas falhas ocorrem nas aplicações de baixos níveis de
tensão. Isso significa que tensões residuais pode contribuir nas falhas por fadiga do
material. As típicas tensões residuais em soldagem de chapa, são mostradas na figura
abaixo.
Tensões residuais típicas em soldagem de chapas
81
Formação das Tensões Residuais na Soldagem
Nas junções soldadas, a análise dos fenômenos que atuam na formação
das tensões residuais macroscópicas não é simples. Mesmo um único fenômeno,
dependendo de como ele ocorre, pode produzir tensões residuais completamente distintas.
Todavia, para efeito de estudos, é útil analisar a formação das tensões residuais em modelos
teóricos simplificados de junções soldadas. Esta análise tem sido realizada relativa à
contração térmica longitudinal na região aquecida, ou seja, junção soldada e vizinhança.
A formação das tensões residuais longitudinais pode ser explicada do
seguinte modo. Imediatamente após a soldagem, começa o resfriamento e a contração da
região aquecida, contração que é impedida pelas regiões que permaneceram frias.
Inicialmente, como a tensão de escoamento a quente é muito baixa na região aquecida, o
material passa a deformar-se plasticamente em tração sem opor resistência. Com a
continuidade do resfriamento e conseqüente diminuição da temperatura, a tensão de
escoamento a quente do material na região aquecida começa a crescer, fazendo com que
esta região ao contrair comece também a se opor à deformação plástica à tração. Começam
então a existir tensões de tração na região aquecida, que são contrabalançadas por tensões
de compressão nas regiões que permaneceram frias. Portanto, quando a junção soldada
esfriar para a temperatura ambiente, existirão tensões residuais longitudinais de tração que
foi aquecida, e tensões residuais longitudinais de compressão nas regiões que
permaneceram em menores temperaturas. A distribuição idealizada das tensões residuais
longitudinais devido à contração térmica da junção soldada, ao longo da perpendicular ao
cordão de solda no meio da chapa, é mostrado na figura abaixo.
Distribuição de temperatura e tensões
82
Deformações
Uma forma de descontinuidade dimensional é a distorção, cujo fenômeno
é regido basicamente pela “Lei de dilatação linear dos corpos”. Como o método mais
utilizado para união de metais é a soldagem, esse tipo complexo de problema em soldagem
deve ser um obstáculo a ser superado.
Considerando uma chapa de metal aquecida uniformemente desde a
temperatura ambiente até a temperatura T, a variação no comprimento da chapa é pela
equação:
∆ l = l0 α (T-T
0)
Onde:
∆l – variação do comprimento da chapa [mm];
T0 – temperatura ambiente [ºC];
α - é o coeficiente linear de expansão térmica do material [1/ ºC];
l0 – comprimento inicial da chapa [mm];
Cessado o efeito da fonte de calor, a chapa retorna às sua dimensões
iniciais. Entretanto, durante a soldagem a distribuição de temperaturas não é uniforme,
ultrapassando em algumas regiões à chamada ‘temperatura de escoamento do material”.
Nesta temperatura, a tensão de escoamento do material cai praticamente a zero e ele não
resiste às tensões de origem térmica desenvolvidas no seu interior. Nestas condições inicia-
se o processo de deformação plástica localizada, resultado das forças internas que causaram
a contração do material, que permanece após o resfriamento. Várias deformações
estruturais como o curvamento, a flambagem e a rotação aparecem no material, sendo que
essas deformações são chamadas de distorções em soldagem.
Modelos matemáticos para previsão de contrações transversais devido a
soldagem tem sido desenvolvidos assumindo zonas das regiões próximas e afastadas. A
região próxima é assumida uma extensão da linha de solda até a distância onde o pico de
temperatura é 350 ºC. O restante da chapa é considerado como a região afastada da
83
compressão. As deformações plásticas são esperadas de se ocorrer apenas na região
próxima, sendo a região afastada considerada apenas como de comportamento elástico,
afetada por ciclos de aquecimento e resfriamento. Os vários tipos de distorções são
mostrados na figura:
Principais tipos de distorções devidas à soldagem
Contração Transversal
Pela figura anterior, observa-se que a contração é uniforme ao longo da
solda. Entretanto, fatores como distorção rotacional ou restrição da junta pode causar uma
não uniformidade nessa contração. Cálculos mostram que a contração transversal é
aproximadamente 10% da largura da chapa.
A maior parte da contração ocorre após a soldagem, ou seja, em
temperaturas inferiores as atingidas durante a realização da solda, durante o processo de
resfriamento. Chapas grossas possuem o início da contração mais cedo que as chapas finas,
entretanto o valor de sua contração é maior em chapas finas.
Para a soldagem em passes múltiplos em juntas de aço carbono, a
contração transversal aumenta com o aumento do número de passes, ou seja, com a
quantidade de material depositado. A contração é relativamente elevada no primeiro passe,
diminuindo gradativamente até a realização do último passe. Logo, para se reduzir o valor
84
da distorção deve-se diminuir o peso total do metal depositado, realizando o primeiro passo
mais largo e profundo quanto possível.
A contração transversal nas uniões com soldagem em topo em alumínio é
consideravelmente melhor que em aço, tomando-se a similaridade das dimensões. Isso é
conseqüência da condução do insumo de calor em alumínio ser de maior abrangência, do
que a utilização de aço. Como a maior parte da contração transversal é devido ao metal-
base (zonas adjacentes à solda), conclui-se que a contração transversal em soldas de topo
em alumínio será maior que a do aço.
Contração Longitudinal
Devido à resistência do metal-base adjacente, a contração longitudinal é
bem menor que a transversal e, geralmente, seu efeito é desprezado. Seu valor é
aproximadamente 1/1000 do comprimento da solda, e é dado pela equação abaixo:
DL = C3 I L x 10-7 / t
Onde:
DL – contração longitudinal;
I – corrente de soldagem [A];
L – comprimento da solda [mm];
t – espessura da chapa [mm];
C3 = 305 – para juntas soldadas em topo;
Distorção Angular
A distorção angular é gerada pelas diferenças de temperatura entre as
faces superior e inferior da chapa, que provocam variações nos níveis de contração no
sentido da espessura da chapa. Ocorre muitas vezes em soldas de topo, quando a contração
transversal não é uniforme na direção da espessura, sendo que em chapa fina a distorção
angular é pequena. No caso de uma chapa extremamente grossa, a distorção será menor,
devido às restrições impostas pelo próprio metal-base.
85
Para juntas soldadas em “T” com vários passes, a distorção angular é
proporcional ao número de passes ou a quantidade de material depositado. O aumento do
diâmetro do eletrodo, não variando os parâmetros de soldagem, não influenciará na
distorção da chapa. Mas uma boa seleção dos procedimentos de soldagem a fim de se
reduzir a distorção angular, uma vez fixada a perna da solda, sempre será desejável.
Entretanto, eletrodos de grande diâmetro causam menores distorções angulares do que a
soldagem em arco submerso em chapas de espessura inferior a 10 mm. Para chapas de
espessura superior a 12 mm, a situação tende a se inverter. Isto é conseqüência da mudança
dos parâmetros de soldagem.
Comparando-se os valores para distorção angular em soldas por filete,
observa-se que a distorção em alumínio é significantemente menor que em soldagens de
aço. Como a distorção angular é causada por diferença de temperatura entre a parte superior
e inferior da chapa, a distribuição de temperatura em chapas de alumínio na direção da
espessura é mais uniforme que em aço (por causa da maior condutividade térmica do
alumínio). Logo, a distorção angular em soldas de filete em alumínio é menor que em aço.
Distorção Rotacional
Distorção rotacional em juntas soldada em topo esta relacionado com dois
parâmetros: insumo de calor e velocidade de soldagem. Em chapas de aço doce, usando-se
o processo SMAW, a porção imediatamente posterior à soldagem tende a fechar-se, por
causa da baixa velocidade de soldagem do processo. Similarmente, usando-se o arco
submerso como processo, a parte posterior à soldagem tende a abrir, por causa da expansão
térmica do calor nos limites à frente do arco. A distorção rotacional também é afetada pela
localização dos pontos de solda. A seqüência de soldagem produz efeitos complexos de
distorção rotacional, e distribuição das restrições ao longo da solda.
Flexão Longitudinal
86
Quando a linha de solda não coincide com a linha neutra da estrutura
soldada, contração longitudinal do metal de solda induz um momento de flambagem,
obtendo-se como resultado, distorção longitudinal. Se a solda for realizada em uma posição
acima do eixo neutro, a chapa curvar-se-á para baixo. Caso a solda seja realizada em uma
posição abaixo do eixo neutro, a chapa curvar-se-á para cima.
Uma observação importante a ser feita é que realizando-se uma soldagem
em uma posição simétrica ao redor do eixo neutro, não significa que não haverá distorção,
apesar do módulo dos momentos de contração serem iguais e opostos. O que ocorre é que
alguma zona plástica ou uma desordem no material que ocorreu na área de compressão
próximo à zona de solda, após a primeira solda, resultou em desigual momento de
compressão.
Em soldagens de chapa fina realizadas nos dois lados da chapa, esperando
a primeira solda resfriar completamente antes de se soldar o lado oposto, geralmente resulta
em uma pequena envergadura, desde que a segunda solda não consiga puxar
completamente a chapa para o outro lado (mantida as mesmas condições de soldagem).
A distorção longitudinal em soldagens em alumínio é expressa em termos
do raio de curvatura da viga. Comparando-se os valores das distorções, conclui-se que nas
construções de vigas, a utilização do alumínio produz menores distorções que a utilização
de aço. Isso talvez seja por causa da distribuição de temperatura na direção do eixo “Z” em
alumínio ser mais uniforme que na soldagem em aço.
Distorção Devido à Instabilidade
Em soldagens de chapa fina, tensão residual de compressão ocorre em
áreas distantes da região de solda, causando flambagem. O estudo da distorção em
soldagens de chapa fina é muito importante, principalmente para se saber se a distorção foi
produzida por flambagem ou curvamento. Distorção por flambagem difere da distorção por
curvamento pela sua resultante complexa de deformação. O curvamento ocorre apenas em
uma posição estável, enquanto a distorção por flambagem gera uma instabilidade na chapa.
Experimentos mostram que a distorção aumenta com o tempo após a
soldagem até a condição de estabilidade de flambagem ser alcançada, ou seja, atingir a
87
condição de equilíbrio térmico. O aumento do insumo de calor aumenta a deflexão da
chapa também.
88
Execução da Soldagem
Introdução
A execução da soldagem requer um planejamento cuidadoso, envolvendo
os trabalhos de preparação, estabelecimento dos procedimentos, definição dos
equipamentos, seqüências de operação, etc, dentro dos requisitos de prazo e das restrições
econômicas impostas à obra. Com um planejamento detalhado, em que é analisada a
seqüência de montagem mais adequada à estrutura, obtém-se o seu desmembramento em
subsistemas e conjuntos estruturais mais simples. A partir desta subdivisão, torna-se mais
fácil determinar os processos de soldagem a serem empregados e, portanto, os
equipamentos necessários, a mão-de-obra requerida, etc.
A escolha do processo de soldagem a ser adotado é uma das etapas mais
importantes do planejamento, uma vez que os demais itens serão conseqüência direta dessa
escolha.
Preparação da Solda
Os preparativos para a soldagem incluem várias atividades, como a
confirmação final dos materiais utilizados, a seleção do equipamento para a soldagem, a
alocação do soldador ou do operador de solda, a determinação do ferramental a ser
utilizado e a aprovação do procedimento de soldagem.
Seqüência de Passes e Seqüência de Cordões
É necessário estabelecer, de antemão, qual será a seqüência de soldagem
da estrutura e a seqüência de deposição dos passes e cordões que compõem uma dada junta
soldada. As seqüências ideais são aquelas que minimizam a ocorrência de distorções e
tensões residuais, que por sua vez, poderão influir diretamente no comportamento funcional
da referida junta. Dessa maneira, é muito importante conhecer os tipos de seqüências
89
existentes, bem como suas características principais, para que seja possível tirar o máximo
proveito de cada uma delas, quando empregadas na execução de uniões soldadas.
Seqüência de Deposição dos Passes e Cordões
Na seqüência de uma junta soldada, há que distinguir a seqüência de
deposição dos passes para a formação de um cordão e a seqüência de deposição dos
cordões para a formação da junta.
No caso, por exemplo, da deposição de um cordão de um só passe, podem
ser empregadas as seqüências com passes corridos, simétricos, orientados, progressivos ou
ainda a ré. Já no caso de cordões de múltiplos passes, convém referir-se è progressão da
formação dos cordões durante a execução da soldagem, podendo-se, então, utilizar a
progressão por passes corridos, a conhecida progressão em blocos e a bastante utilizada
progressão em cascata. Percebe-se claramente, pelas explanações anteriores, que as
seqüências de deposição dos passes e dos cordões podem ser combinadas de maneiras
bastante variadas.
A figura abaixo contém exemplos de seqüências e progressões
empregadas na prática e alguns comentários sobre a utilização são apresentados a seguir.
Classificação
Classificação pela
Direção da
Soldagem
Classificação pela
Direção da
Soldagem e pela
Direção de Progressão
Classificação pela Seqüência de deposição:
Seqüência de Passes corridos, Tecimento
Deposição Progressão de Os passes são depositados em Deposição por passes
deposição em cordão seqüência através de passes corridos corridos
de múltiplos passes Cada bloco é totalmente executado
antes de se iniciar o bloco seguinte
Um passe inicial central é depositado
e prossegue-se a soldagem
longitudinalmente em ambas as direções
Progressão em blocos
Progressão em cascata
Passes a ré ou em retrocesso
Passes progressivos
Denominação Usual
Seqüência corrida
Seqüência Simétrica
Passes Orientados
Seqüência de deposição dos passes
em um cordão de múltiplos passes
Mesma direção e progressão de soldagem
A direção e a progressão da soldagem são opostas
Esquemas Explicativos
De uma extremidade a outra (passe corrido)
Do centro para as extremidades
Passes intercalados
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Seqüência Corrida
Por esse método, a soldagem se inicia em uma extremidade da junta e
prossegue de modo contínuo até a outra extremidade. A seqüência corrida é utilizada para
soldas curtas, para cordões de um só passe e em processos automáticos. A taxa de
deposição é bastante alta, porém, provoca uma distribuição assimétrica de tensões residuais,
o que exige um ponteamento eficiente para se evitar a ocorrência de grandes distorções.
Seqüência com Passes a Ré
Por essa técnica, os diferentes trechos de cordão são executados no
sentido oposto ao da progressão da soldagem, de tal maneira que o cordão seguinte sempre
termina no ponto onde se iniciou o cordão anterior. Com essa seqüência, consegue-se uma
distribuição mais uniforme de tensões residuais e baixos níveis de distorção, embora não se
consiga atingir uma alta eficiência operacional. O comprimento de cada trecho de cordão é
determinado em função da extensão total da junta e do tipo de estrutura a ser construída.
Seqüência Simétrica
Esta técnica, bastante difundida consiste em dividir ao meio o
comprimento total da junta e soldar simetricamente, a partir do centro para as extremidades.
Esta seqüência é recomendada, quando se desejam baixos níveis de distorção residual,
através da distribuição simétrica das tensões residuais.
Seqüência com Passes Orientados
Consiste em uma técnica em que vários trechos do cordão são espaçados
uns dos outros segundo uma orientação previamente estabelecida, sendo posteriormente
unidos para formar o cordão desejado. Este processo permite uma distribuição bem mais
uniforme das tensões e distorções residuais, mas acarreta uma baixa eficiência operacional,
91
ainda com a possibilidade de ocorrerem defeitos nos pontos inicial e final do arco dos
cordões parciais.
Progressão por Passes Corridos
Por esse método, cada passe do cordão é continuamente depositado ao
longo de toda a extensão da junta. É um processo de alta eficiência operacional, mas pode
induzir a trincas na raiz, principalmente na soldagem de estruturas pesadas, altamente
vinculadas ou em condições atmosféricas adversas.
Progressão em Cascata
Este método é empregado em combinação com a técnica de passes a ré, e
tem a vantagem de não provocar grandes defeitos na junta soldada. A eficiência operacional
deste método é relativamente baixa; é empregado somente em casos especiais.
Progressão em Blocos
Esta técnica consiste em executar trechos do cordão por meio de vários
passes, sem, contudo, completá-los necessariamente. Este processo é muito útil, quando se
deseja evitar a ocorrência de trincas na raiz da solda. Pode ser combinado com diferentes
tipos de passes, como os corridos, orientados, a ré, etc.
Seqüência de Soldagem
Uma estrutura soldada contém várias uniões, distribuídas através do
sistema estrutural, de modo que o estabelecimento da seqüência de soldagem deve estar
intimamente relacionado à seqüência de montagem. Durante o planejamento da construção,
portanto, todo cuidado deve ser tomado para que a fabricação da estrutura e a seqüência de
montagem sejam fisicamente viáveis. Durante o planejamento da construção, portanto, todo
cuidado deve ser tomado para que a fabricação da estrutura seja fisicamente viável e a
92
seqüência de soldagem seja aquela que efetivamente minimize as tensões e distorções
residuais.
Existem algumas regras básicas que devem ser seguidas ao se estabelecer
a seqüência de soldagem, e que são apresentadas a seguir:
1. Caso exista um grande número de juntas, todas situadas em mesmo
plano, não restringir, na medida do possível, as contrações neste
plano, tentando também manter as extremidades livres;
2. Juntas com possibilidade de se contraírem muito devem ser soldadas
no início, deixando para o fim aquelas que apresentam baixos níveis
de contração;
3. Sempre que possível, a soldagem deve ser executada simetricamente
em relação ao eixo neutro do conjunto estrutural, com o objetivo de
contrabalançar as forças oriundas da contração dos cordões de
solda.
Alguns exemplos da aplicação das regras básicas são mostrados abaixo. A
rigor, nem sempre é possível seguir as regras enumeradas, por alguma inconveniência de
construção. Neste caso, procura-se contornar a situação, deixando-se muitas vezes
inacabados trechos de juntas que apresentam pequenos níveis de contração, situadas nas
proximidades de outras juntas com alto grau de contração, terminando-os somente após a
conclusão destes últimos. A figura abaixo ilustra exemplos típicos da situação descrita.
93
Chanfros (Goivagem)
Nas soldas de topo, a selagem da raiz pode provocar sérios defeitos, como
fissuramento e inclusão de escória, devido à alta velocidade de resfriamento e à insuficiente
penetração da soldagem naquela região.
Por isso, a goivagem da raiz é realizada, para remover os defeitos
existentes, antes do passe final. O ponteamento também tende a causar defeitos na raiz e,
nesta caso, o chanfro torna-se necessário.
Normalmente, a goivagem é efetuada após a soldagem da face anterior da
junta de topo, mas, nos casos em que as distorções angulares tornam-se problemáticas,
como nas juntas entre chapas de grande espessura, é comum realizar-se a goivagem durante
a execução da soldagem na face anterior da chapa, para contrabalancear os efeitos causados
por aquele tipo de distorção.
A goivagem é realizada por 3 métodos principais:
1. Goivagem a ar com arco elétrico;
94
2. Goivagem a maçarico oxiacetilênico;
3. Goivagem por meios mecânicos, compreendendo a usinagem e o
esmerilhamento;
Devido à importância do passe final da raiz, é necessário inspecionar a
ranhura goivada, visualmente ou por meio de gabaritos. A goivagem por materiais
mecânicos é efetuada em materiais muito espessos. No caso de chapas finas, o esmeril é
suficiente para se efetuar a goivagem.
Escalopes
A tendência não é de se utilizar amplamente escalopes porque um
escalope impropriamente cortado pode ser potencialmente perigoso. Escalopes são
invariavelmente usados onde uma solda de topo de um reforço estrutural, ou viga gigante, é
feita depois que essas estruturas são soldadas na posição final.
Escalopes são também utilizados como drenos de água, óleo e ventilação.
Entretanto, não é recomendada a utilização de escalopes em reforços estruturais ou vigas
gigantes. Preferivelmente, é recomendado que o reforço da solda seja removido aonde o
reforço estrutural irá ser soldado. Escalopes não deverão ser cortados próximo ao final das
borboletas.
Desde que a maioria dos estaleiros foram equipados com corte
automático, pequenos cortes e escalopes são geralmente suaves. Contudo, um corte liso e
suave é essencial. Normalmente, o corte não deverá ter um raio menor que 40 mm.
95
Corte
Corte com Oxiacetileno
Um dos métodos mais rápidos para o corte de materiais ferrosos é o uso
de maçarico oxiacetilênico. Outras vantagens deste método de corte são:
1. O corte produzido é relativamente liso;
2. Pode-se cortar aço em espessuras consideráveis;
3. Com algumas adaptações pode-se cortar debaixo d’água;
4. O equipamento se presta a processos automáticos de manufatura.
Os termos “cortar” e “queimar” são usados indistintamente para descrever
este processo.
O Processo de Corte
O corte por chama oxiacetilênica é realmente um processo de queima no
qual o metal a ser queimado é aquecido na superfície até a temperatura de liquefação do
aço, entre 850 a 1000 oC. Então, um pequeno fluxo de oxigênio puro é dirigido para o
trabalho. O oxigênio faz com que o metal se incendeie e queime com grande rapidez, o que
por vez produz mais calor. Este calor adicional faz com que o metal adjacente se funda e
queime, tornando o processo contínuo uma vez que se tenha iniciado.
Somente os metais ferrosos, que se prestam a uma oxidação rápida,
podem ser cortados através deste processo. Neles se incluem todos os aços-carbono e
muitas ligas. Os aços inoxidáveis e a maior parte dos aços de alta velocidade não podem ser
cortados desta maneira.
96
Equipamento
O corte é efetuado com um maçarico especial, dotado de bicos que podem
ser trocados para adaptar o corte a uma grande variedade de espessuras. O maçarico e os
bicos são feitos de maneira a permitir o pré-aquecimento do trabalho até a temperatura
necessária. O maçarico inclui também um gatilho, ou botão, para controlar e cortar o fluxo
de oxigênio cortante a alta pressão, segundo as necessidades da operação. O maçarico é
geralmente feito de latão forjado e tubos de latão.
Nas operações de corte com chama manipulada a mão, os bicos são
sempre feitos de cobre. Qualquer tentativa do operador de usar o bico do maçarico como
martelo, alavanca ou barra somente resultará na destruição de uma peça valiosa do
equipamento.
Prevenção de Acidentes
O operário deve proteger seus olhos a todo momento, usando protetores
adequados, dotados de lentes com grau de escurecimento entre 5 e 6. Deve usar luvas
protetoras e outros equipamentos necessários contra o óxido de ferro fundido.
Uma vez que o fluxo de oxigênio cortante a alta pressão pode projetar
pequenos glóbulos de óxido fundido a uma temperatura de 1650 oC a distâncias de 15 a 20
metros, o operário deve verificar, antes da operação de queimar, se todos os materiais
inflamáveis ou explosivos foram retirados para lugar seguro.
É também obrigação do operário verificar se todo o pessoal da área está
advertido do desprendimento de metal fundido, de maneira que todos possam tomar as
devidas precauções.
A International Acetylene Association e os Laboratórios Underwriters
recomendam que um operário adicional, com equipamentos para combater incêndios,
permaneça em cada lugar que se efetue este tipo de combustão.
Principais Defeitos dos Cortes
1. Fusão das arestas: a aresta superior funde-se . Isso pode ser causado
97
pela velocidade insuficiente com aquecimento normal ou então por
aquecimento excessivo quando a velocidade é correta;
2. Desprendimento de metal: uma causa freqüente é a velocidade de
avanço insuficiente, associada a uma chama de aquecimento de
pouca potência;
3. Sulco na parte superior (com ou sem fusão de arestas): pressão de
corte exagerada (jato dilatado), com ou sem excesso de
aquecimento e velocidade normal de corte;
4. Deformação sobre as faces cortadas (leve sulco): conseqüência do
estreitamento pronunciado do canal de corte (limpar cuidadosamente
com uma agulha de latão);
5. Irregularidades localizadas: defeito inerente à laminação da chapa.
Corte com Arco-plasma
Este vem a ser a solução para a maioria dos problemas de corte. Tanto os
equipamentos mecânicos como os manuais produzem cortes econômicos, em altas
velocidades e substituem processos menos eficientes ou mais caros, como corte com
chama, corte com adição de pó, serras, prensas, e tesouras espaciais.
O sistema foi introduzido em 1995 e é o melhor para o corte de metais
não ferrosos e aços-inoxidáveis. Corta-se aço-carbono de até 2 polegadas de espessura em
velocidades dez vezes superiores à chama, com boa qualidade e custos menores. Para corte
de aço carbono os melhores resultados são obtidos usando-se a mistura nitrogênio-oxigênio,
no entanto, para o corte de chapas acima de 2 polegadas, não se aconselha o plasma. Pode-
se utilizar também o ar, porém a presença de oxigênio causa uma menor duração do
eletrodo do que a injeção do oxigênio no bocal após o ponto aonde se encontra o eletrodo
de tungstênio. Em contato com o eletrodo fica somente o nitrogênio. A escolha entre
nitrogênio-oxigênio dependerá somente dos custos pois o corte apresenta a mesma
qualidade.
Os aços inoxidáveis podem ser cortados até a espessura de 5 polegadas,
usando-se ou uma mistura de argônio-hidrogênio ou uma mistura de nitrogênio-hidrogênio.
Até uma polegada, indica-se o nitrogênio puro. É facilmente demonstrável a economia e
98
superior qualidade do corte dos aços inoxidáveis desde que o processo seja
convenientemente aplicado. As velocidades de corte chegam a ser dez vezes superiores às
de corte com chama e adição de pó. O preço dos gases consumidos não é superior aos
usados na chama e o custo da energia elétrica é quase desprezível considerado-se os outros
fatores e as velocidades de corte. Estudos feitos no Estados Unidos pelas empresas
Jorgensen Steel Company e Morrison mostram que as principais características das peças
de aço-inoxidável cortadas com plasma são:
1. Não há precipitação de carbono nem contaminação;
2. Não há mudanças na permeabilidade magnética;
3. Não se prejudica a usinabilidade;
4. Não há distorção;
5. Corta-se com medidas exatas;
6. Pode-se soldar imediatamente sem usinar ou limpar(soldas aprovadas
ao raio X);
7. Não há descoloração;
8. Os metais não-ferrosos também são geralmente cortados com
misturas argônio-hidrogênio ou nitrogênio-hidrogênio e no caso o
plasma não tem equivalentes.
Como caso a ser mencionado a parte vem o alumínio. Antes da
introdução do plasma os únicos métodos usados na fabricação de peças de alumínio eram
mecânicos. Enquanto esses métodos produzem cortes de alta qualidade, o plasma produz
qualidade igual o superior em velocidades muito maiores. O uso de chama é possível
devido à formação de óxido refratário. Pode-se cortar alumínio com plasma normalmente
até 5 polegadas e em casos especiais até 10 polegadas. Também se obtém excelentes
resultados no corte do magnésio a velocidades ainda maiores que as empregadas no corte
do alumínio. Ainda pode-se cortar com qualidade o cobre, bronze-alumínio e outras ligas
de cobre.
Em todos os casos de corte a zona afetada pelo calor é mínima devido à
concentração do jato que vaporiza a zona de corte instantaneamente e expulsa o metal
99
causando um aquecimento mínimo a região vizinha. Praticamente, não há qualquer
distorção a não ser numa camada microscópica da face cortada, não se tem qualquer
alteração na dureza ou permeabilidade magnética. Cortes não retos usando-se máquinas
copiadoras ou pantográficas podem ser feitos sem qualquer alteração na qualidade também.
Os cortes podem ser iniciados em qualquer parte da peça uma vez que
metais até 2 polegadas podem ser facilmente furados pelo jato plasma. Também as
operações de goivagem ou chanframento lateral podem ser realizados
Precauções para corte com plasma:
1. A quantidade de calor utilizada no corte deve ser muito bem
calculada para se evitar excesso ou falta de fusão;
2. As velocidades de corte também devem ser precisas para se evitar
excesso ou falta de calor na zona de corte. Deve haver cuidados com
a centralização do eletrodo no bocal para que o jato de plasma seja
uniforme;
3. Sempre que o nitrogênio estiver presente como gás de corte, deve-se
preparar um sistema de ventilação forçada por sucção para eliminar
as fumaças visíveis no ambiente pois o dióxido de nitrogênio pode
ser letal, quando respirado por algum tempo.
Para dar uma idéia geral de operação de um conjunto plasma de corte
apresentamos alguns problemas que podem surgir e como resolvê-los.
1. O arco principal não se estabelece:
- O gerador de alta freqüência pode estar desligado ou defeituoso;
- A distância do eletrodo ao bocal pode estar maior que a
especificada para o tipo de tocha;
- Ligação "terra" mal feita .
- A refrigeração a água pode ser insuficiente e não se fecha o
circuito geral.
100
2. O arco principal não se estabelece mas o arco piloto sim:
- O espaço entre a tocha e a peça pode ser muito grande. A vazão
de gás pode ser alta ou baixa demais para o corte. A mistura de
gases pode não estar em proporção correta.
3. O arco piloto pode estar interrompido:
- O relay do arco piloto pode estar defeituoso. A fonte de energia
pode estar defeituosa.
4. Arco principal aberto porém instável:
- A mistura de gases pode não estar na proporção correta. A fonte de
energia pode não estar fornecendo kW necessários (ajustar). A
conexão "terra" pode estar mal feita (problema do sopro
magnético). A velocidade de corte pode ser muito baixa.
5. Cortes de má qualidade
- Vazão de gás muito baixa para o caso. Pouca energia fornecida
pela fonte (aumentar kW)
6. Arco duplo (além de eletrodo peça, entre bocal e peça)
O arco duplo destrói o bocal tendo-se que substitui-lo; causas:
- A distância do eletrodo ao bocal pode ser menor do que a
especificada;
- O diâmetro do orifício da saída do bocal pode ser muito
pequeno para o caso;
- A vazão de gás pode estar muito baixa;
- O conteúdo de hidrogênio na mistura pode ser excessivo.
101
Juntas Soldadas
Preparação dos Chanfros
Uma vez selecionado o processo de soldagem, deve-se determinar a
geometria da junta. Para sua determinação, devem ser levados em conta alguns fatores
importantes, como a responsabilidade estrutural da junta, seu acesso, a posição da
soldagem, a espessura dos membros e a quantidade de metal a ser depositado.
Considerando-se as juntas de topo como regra geral, elas não requerem
preparação especial até a espessura de 6 mm. Para espessuras até 20 mm, utilizam-se
normalmente, os chanfros simples em V e, para espessuras maiores, os chanfros em duploV
ou em X. Aumentando-se mais ainda a espessura, recomenda-se o emprego de chanfros em
U ou então o duplo U, de acordo com a espessura das chapas envolvidas.
Tipos de Juntas
As juntas soldadas comumente utilizadas em estruturas de aço são
basicamente classificadas como juntas de topo, juntas em T, juntas de canto e juntas
superpostas. Além destas existem as juntas com formato de cruz, juntas com talas de
reforço e juntas de quina, que são variações dos tipos de juntas básicas.
102
Juntas de Topo
Este tipo de junta é o que apresenta maior eficiência e é subdividido em
juntas com penetração parcial e juntas com penetração total. O formato do chanfro tem
grande influência na eficiência e na confiabilidade da junta de topo. Os tipos de chanfro
para as juntas de topo são padronizados pela AWS (American Welding Society), BS
(Norma Inglesa), JSSC (Japan Society of Steel Construction), entre outras.
Como regra, é necessário minimizar o insumo de calor e a quantidade de
material depositado, sem prejuízo da qualidade da junta soldada. Em uma junta com
chanfro de grandes proporções, a possibilidade de se executar uma soldagem imperfeita
diminui, mesmo empregando-se os processos convencionais, devido à grande abertura da
raiz. Porém, o excesso de metal depositado poderá induzir a ocorrência de distorções
indesejáveis, tensões residuais e mesmo trincas e fissuras. Daí a necessidade de haver uma
seleção adequada do chanfro.
Juntas em T ou em Cruz
Cada um destes tipos é dividido em juntas com preparação de chanfro e
juntas de filete, conforme mostrado a seguir.
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No caso de juntas com preparação de chanfro devem ser considerados os
mesmos problemas e soluções adotados para o caso das juntas de topo. Em situações em
que um elemento estrutural atrapalha a execução da soldagem, é recomendado que o ângulo
do chanfro seja aumentado com o intuito de diminuir a possibilidade de ocorrerem defeitos
na junta.
Juntas de Quina
As juntas de quina podem induzir tensões de contração nas direção da
espessura da chapa junto à zona da solda, o que poderá acarretar delamelações da estrutura
soldada, principalmente em chapas espessas. Para atenuar tal problema, um chanframento
vertical na chapa é realizado.
Juntas Superpostas (ou Sobrepostas)
Tais juntas podem ser de três tipos, conforme mostrado a seguir:
104
Sendo a eficiência desta junta relativamente baixa, não se deve aplicá-la
em membros estruturais importantes. Estas juntas podem ser executadas por filetes, bujões
ou fendas, independentementes ou combinadas. Nestas juntas, quando as chapas forem
relativamente grossas é comum a utilização de filetes frontais e laterais ou a soldagem
através de fendas.
Juntas de Arestas Paralelas
Este tipo de junta pode ser realizada com ou sem a preparação de chanfro.
O chanfro pode ser executado nas extremidades das chapas a serem soldadas. Quando tal
não é feito, o cordão de solda é depositado nas extremidades justapostas das chapas, porém
a penetração do cordão é insatisfatória, a não ser que uma corrente de soldagem alta seja
executada na posição plana. Por estas razões as juntas de arestas paralelas sem penetração
são utilizadas somente na união de chapas bastante espessas. Para as chapas finas, este tipo
de junta é executado sob pressão.
105
Juntas com Talas de Reforço
Conforme mostrado a seguir, existem juntas com tala simples e com tala
dupla, de acordo com o número de reforços utilizados. A execução deste tipo de junta é
semelhante às juntas superpostas, ambas originadas das antigas uniões rebitadas. Não há
economia de material (característica das juntas soldadas) razão pela qual ela não é
empregada com freqüência. A junta com tala simples deve ser utilizada somente em casos
extremos, quando os membros já estão trabalhando. Utilizam-se, desta forma, filetes
frontais, laterais ou a combinação de ambos.
Decoesão Lamelar
A decoesão lamelar é um defeito que ocorre sempre no metal de base,
tendo crescido de importância nos últimos anos devido à existência de juntas com
características que favorecem a sua existência, principalmente em estruturas marítimas.
A avaliação das susceptibilidade dos aços a este tipo de defeito é
realizado através de testes desenvolvidos com o objetivo de verificar a atuação dos diversos
fatores concorrendo para o defeito.
106
Uma característica comum das chapas laminadas a quente é exibirem uma
dutilidade inferior quando ensaiadas no sentido da espessura, à dutilidade experimentada no
sentido da laminação. Estas chapas, quando utilizadas em juntas soldadas, sofrem tensões
residuais perpendiculares à superfície devido à restrição criada pela estrutura como um
todo. As deformações induzidas por estas tensões podem ser de tal ordem que, se a
dutilidade da chapa ao longo da espessura for suficientemente baixa, resultam nas
chamadas trincas por decoesão lamelar. O contorno de fusão da solda em juntas
susceptíveis apresenta-se paralelo à superfície de laminação.
A baixa dutilidade ao longo da espessura da chapa deve-se à presença de
inclusões alongadas originadas pela laminação. Decorre deste fato o formato característico
destas trincas, seguindo planos paralelos que unem-se por cisalhamento em trincas
aproximadamente perpendiculares ao plano de laminação. Este formato, além da
localização das trincas no metal base freqüentemente fora da zona afetada pelo calor,
permite fácil distinção entre decoesão lamelar e trinca a frio induzida por hidrogênio. Uma
das importantes características do defeito é a sua dependência do tempo, podendo ocorrer
mesmo algumas horas depois do término da soldagem.
A decoesão lamelar é um defeito de difícil detecção, pois a trinca pode
não atingir a superfície, e a característica da junta afetada por esse defeito dificulta o acesso
para inspeção. O reparo também é difícil e caro, exigindo em alguns casos, substituição do
material ou novo projeto de junta com o objetivo de diminuir a restrição e,
conseqüentemente, as tensões transversais.
Principais Fatores Concorrentes para o Defeito
Concepção da Junta
Quando do projeto da estrutura, deve ser levado em consideração o
problema, uma vez que, quanto maior o grau de restrição imposto à solda, maior tendência
à decoesão será verificada.
Condições de Operação
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O metal depositado com propriedades de tração superiores ao metal de
base, evita deformações do cordão capazes de relaxar as tensões residuais. Estas
deformações são transmitidas ao metal de base, reforçando uma suposta tendência à
decoesão.
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Dimensionamento da Solda
De acordo com as normas da sociedade classificadora ABS, o
dimensionamento da solda segue os seguintes padrões:
Soldas de Topo
Soldagem Manual Usando Eletrodos Revestidos
A soldagem manual usando eletrodos revestidos poderá ser normalmente
utilizada para soldas a topo em chapas de espessura não superior a 6,5 mm sem chanfrar as
arestas das chapas. Aquelas que excederem essa medida deverão ser preparadas para a
soldagem, chanfrando as arestas de ambas as chapas por um ou ambos os lados, de modo a
obter um chanfro em V singelo ou duplo com um ângulo interno de 60o. A face ou contato
na raiz não poderá exceder 3 mm de altura e a abertura, ou fresta, na raiz não poderá ser
inferior a 2 mm e nem superior a 5 mm, exceto no caso de juntas em V singelo soldadas na
posição plana, quando a fresta poderá ser fechada.
Quando a soldagem tiver que ser feita por apenas um lado, usando
técnicas de soldagem comuns, deverá ser utilizado um cobre-juntas e as chapas deverão ser
chanfradas com um ângulo interno de 45o e espaçadas, de modo que seja proporcionada
uma fresta na raiz igual a 6,5 mm.
Soldagem a Arco Submerso
A soldagem a arco submerso usando combinações de fluxo-arame, para
soldas a topo, em chapas de espessura inferior ou igual a 16 mm, poderá ser normalmente
feita sem chanfrar as arestas das chapas. As chapas que excederem essa medida deverão ser
normalmente preparadas para a soldagem, chanfrando as arestas de ambas as chapas por um
ou por ambos os lados, de modo a obter um chanfro em V singelo ou duplo com um ângulo
interno de 60o. O contato na raiz não poderá exceder 6,5 mm de altura.
109
Soldas de Filete
A dimensão da garganta t não deverá ser inferior a 0,7 vezes a dimensão
da perna da solda w. Quando a abertura entre as superfícies em contato de membros
exceder 2,0 mm e não for superior a 5 mm, a dimensão da perna de solda deverá ser
aumentada do valor da abertura.
Precauções especiais, tais como o uso do pré-aquecimento, ou eletrodos e
processos de baixo hidrogênio têm que ser adotadas quando pequenas soldas em filetes
forem aplicadas para ligações em chapas ou seções grossas
Juntas em “T”
Juntas “T” são geralmente formadas por soldas em filete contínuas ou
intermitentes de ambos os lados, como exigido de acordo com a região onde os membros
serão soldados. O tamanho da perna de solda, w, das soldas em filete é obtido pelas
seguintes equações:
mml
sCtw pl 0.2+××=
ou
pltw 3,0min =
ou
4,5mm
(o que for maior)
Onde:
l - comprimento da solda filete, em mm
s - dis. nominal entre os filetes de solda, de centro a centro, em mm
s/l -1,0 para solda em filete contínua
tpl - espessura do membro mais fino a ser soldado, em mm
110
C - fatores de solda de acordo com a região onde os membros serão
soldados.
111
Qualificação de Soldadores e Procedimentos de Soldagem
Introdução
Antes de se executar a soldagem, os procedimentos correspondentes
devem ser aprovados através de ensaios de pré-qualificação. Caso alguma mudança
essencial seja executada no procedimento de soldagem, novos ensaios de qualificação
deverão ser conduzidos. As alterações de diâmetro e tipo de eletrodo, polaridade, na
execução do passe da raiz, são mudanças importantes.
A seguir serão mostrados os passos para a obtenção da aprovação do
procedimento de soldagem e da qualificação de soldadores de acordo com a regra da
classificadora ABS - American Bureau of Shipping. Tal aprovação é requisitada para que
uma boa solda seja obtida através procedimentos corretos e com a utilização de mão-de-
obra qualificada.
Qualificação do Procedimento de Soldagem
Antes da qualificação do procedimento de soldagem deve haver a
aprovação dos materiais a serem usados tais como chapas, eletrodos, etc.. O vistoriador,
isto é, aquele que verificará o procedimento, analisará se o estaleiro tem a capacidade de
seguir os procedimentos impostos pelos fabricantes dos materiais e se os materiais estão
sendo utilizados da forma correta, para as suas devidas aplicações.
Esta verificação por parte do vistoriador incluirá uma série de ensaios,
destrutivos e não-destrutivos especificados nos procedimentos do estaleiro, na estrutura
soldada, para a determinação da qualidade e possível aprovação, do procedimento.
A extensão dos testes poderá variar de acordo com a aplicação do
elemento soldado, mas geralmente deverá atender aos seguintes testes:
Teste No. 1 (para soldagem de topo)
Teste de tração, que pode ser visto a seguir. Consiste em tracionar
uma amostra com o intuito de verificar a tensão de ruptura do
112
material na área da região soldada.
Teste No. 2 (para soldagem de topo)
Teste que consiste em curvar o material na área da região soldada
para verificar o seu nível de deformação. Dependendo da
espessura da chapa, 2 ou 4 amostras serão requeridas para a
realização do teste.
Teste No. 3 (para soldagem do tipo filete)
Uma amostra do material na região soldada. Numa chapa com o
seu respectivo reforçador soldado, deve ser aplicado um momento
com o intuito de verificar-se a rigidez da solda e, quando da
ruptura, a extensão de defeitos de soldagem como porosidades e
inclusões de escória. Para um resultado satisfatório tais defeitos
não poderão ser encontrados numa extensão maior que 10% do
comprimento do filete soldado testado.
Outros testes poderão ser aplicados, como o teste de impacto (Charpy V-
notch impact) dependendo da natureza do material a ser soldado, local de utilização, etc. A
extensão dos testes aplicados a chapas também são feitos para o caso de soldagem em
tubos.
Qualificação de Soldadores
O vistoriador deverá estar seguro de que um soldador é capaz de executar
determinado tipo de soldagem com qualidade, para tanto testes poderão ser requisitados.
Os testes realizados para a qualificação do soldador variarão de acordo
com o tipo do material a ser soldado, com a posição de soldagem (horizontal, vertical,
sobre-cabeça ou deitado) com a espessura do material, e com a forma do material, se união
de chapas ou de tubos.
113
A extensão dos testes e o número das amostras cresce com o aumento do
grau de dificuldade da soldagem, assim como o grau de qualificação do soldador, de Q1 a
Q4, de acordo com a regra, cabendo aqui citar o exemplo da qualificação do tipo Q1.
Para a soldagem de chapas com espessura de no máximo 19,1mm duas
amostras na região da solda deverão ser retiradas para testes de dobramento e de verificação
da raiz, e radiografias poderão ser realizadas para a confirmação da qualidade da solda.
Os exames radiográficos são freqüentes mas não obrigatórios em alguns
processos.
114
A Soldagem na Construção Naval
Introdução
É comum dizer-se que "O navio está para o mar, assim como a soldagem
está para a moderna construção naval". De fato, desde o início dos anos 50, os navios
passaram a ser construídos quase que inteiramente através da soldagem, até o ponto, de no
final da década, as Sociedades Classificadoras já estarem eliminado totalmente de seus
respectivos livros de regras as especificações sobre a construção rebitada, até então
amplamente empregada na construção naval. Entretanto, até se atingir este estágio, várias
tentativas, muitas delas totalmente frustadas, foram efetuadas para se utilizar a soldagem na
construção naval.
Mudanças Introduzidas pela Soldagem na Construção Naval
Vantagens da Soldagem na Construção Naval
Após um início titumbeante logo no início da introdução intensiva da
soldagem na construção naval, os estaleiros partiram decididamente em busca de processos
de construção que efetivamente melhorassem a qualidade do navio e a produtividade nas
oficinas. Nesta passagem, algumas vantagens são imediatas:
1. Divisão do trabalho de uma forma mais racional e objetiva;
2. Preparação dos componentes do navio de modo independente e
simultâneo;
3. Condições de trabalho mais favoráveis, tanto para a preparação dos
componentes como para sua edificação ;
4. Possibilidade de estocar componentes enquanto aguarda a vez para
edificação, liberando a oficina para as tarefas subseqüentes;
115
5. Possibilidade de pré-equipar (instalar antecipadamente ferragens,
tubulações e mesmo alguns equipamentos menores), os componentes
estruturais do navio;
6. Possibilidade de aplicar métodos de gerenciamento destinados à
produção seriada;
7. Possibilidade de introduzir processos semi-automatizados ou
automatizados na soldagem e na construção;
8. Redução do peso do navio em cerca de 15 a 20% em relação aos
navios rebitados;
9. Redução drástica do tempo de construção do casco para 3 a 4 meses
contra 1,5 a 2 anos de navio rebitados;
10. Redução do custo do navio (o custo global das operações de
soldagem representa cerca de 10% do custo de construção do navio )
Embora não se possa afirmar que todos os benefícios alcançados foram
devido à soldagem, foi ela, sem dúvida, a mola propulsora que permitiu à industria de
construção naval atingir o estágio em que se encontra atualmente.
Construção do Navio por Blocos ou Seções
A principal modificação introduzida pela soldagem na construção naval
foi a adoção da chamada "Construção por Blocos", estendida posteriormente à construção a
"Construção por Seções", dependendo da capacidade de transporte do estaleiro. No início, a
construção por blocos se restringia na verdade à "Construção por Painéis", devido aos
parcos recursos de movimentação de carga nos estaleiros da 1ª geração.
Pode-se constatar que a união de painéis forma um bloco e, na hierarquia
seguinte, um conjunto de blocos forma uma seção inteira do navio, como se este fosse
subdividido em fatias. Portanto, tendo a soldagem o denominador comum, o que destingue
a edificação do navio são os métodos de unir os blocos ou seções, dependendo do esquema
de trabalho e recursos de cada estaleiro.
116
Processos de Soldagem Utilizados na Estrutura de Navios
A estrutura de um navio é constituída basicamente de aço de boa
qualidade que obedece as normas das Sociedades Classificadoras. Quanto maiores os
quesitos estruturais da embarcação mais sofisticados serão os materiais de base, podendo
variar desde os aços efervescentes para estruturas secundárias até os modernos aços de alta
resistência, produzidos por laminação controlada termo-mecanicamente.
A figura abaixo apresenta a seção mestra da estrutura de um navio
graneleiro da classe de 40.000 ton de porte bruto (equivalente à capacidade de carga em
peso do navio). A figura apresenta o esquema de submontagem e subseqüente montagem de
um bloco de fundo de navio e a tabela apresenta a quantidade de juntas de solda executadas
em um navio de classe semelhante.
Processos de Soldagem Utilizados na Montagem dos Blocos
Na construção dos blocos os processos MAG-CO2, arco submerso e o
arame tubular são bastantes empregados, principalmente o primeiro. Pode-se afirmar que
atualmente o MAG-CO2, tende a substituir quase totalmente o eletrodo revestido, sendo
este último mais utilizado hoje para ponteamento e em algumas soldas na edificação ou
quando as condições do tempo não permitirem o MAG-CO2.
Mais recentemente, os seguintes processos são utilizados na soldagem dos
blocos do navio:
1. Juntas de Topo: referem-se a união entre chapas na preparação do
painel ou bloco;
2. Juntas em “T”: representam mais de 80% do comprimento total de
juntas soldadas em um navio;
Na fase de edificação, ou seja, na união dos blocos entre si, para formar
as seções ou o próprio navio, os seguintes processos são utilizados :
117
1. Processos eletrogás, em juntas do costado e tanques laterais do fundo
na região paralelo do navio;
2. MAG-CO2, unilateral com cobre-juntas cerâmicos apropriados, no
costado e também em vaus e prumos, provendo o acabamento
necessário sem retoque de raiz;
3. Eletrodos revestidos convencionais em não automatizáveis ou em
condições em que o MAG-CO2 não é aplicável.
Técnicas de Construção Naval
Na construção de navios, o processo de construção por blocos é altamente
utilizado. Por este método, o navio é dividido em blocos como mostrado na figura abaixo, e
com estes blocos previamente montados nas oficinas do casco, eles são edificados na
carreira ou no dique, com auxílio de guindastes, até a completa montagem da estrutura.
Ainda por este método em blocos, o processo de construção, após a
entrega das chapas no estaleiro, até a construção da embarcação, pode ser grosseiramente
dividido em quatro estágios, conforme ilustrado abaixo:
1. Fabricação;
2. Submontagem;
3. Montagem;
4. Edificação.
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Estágios da Fabricação
Um navio compreende inúmeros componentes estruturais, e estas peças
são processadas através de jateamento, risco, corte a gás, dobramento das chapas de aço,
etc, no estágio da fabricação.
Estágio da Submontagem
Chapas do casco e outras superfícies são diretamente transportadas das
oficinas de fabricação para a oficina de montagem, mas os membros estruturais, como por
exemplo transversais do fundo ou do convés e longitudinais gigantes, são montados em
sub-blocos nas oficinas de submontagem . Para as peças de submontagem, a soldagem
manual, por gravidade e por arco submerso são bastantes utilizadas.
119
Soldagem por gravidade
Estágio de Montagem
No estágio de montagem, os membros estruturais são transportados das
oficinas de fabricação e de submontagem, para serem montados e soldados, compondo um
bloco. Para união das chapas de um bloco, como as chapas do costado e do convés, a solda
automática por arco submerso é utilizada, como apresentado abaixo. Para a soldagem dos
membros do cavernamento no chapeamento, é muito utilizado a solda manual ou por
gravidade, com eletrodo especial para solda horizontal de canto.
120
Estágio da Edificação
Os blocos completamente montados são edificados na carreira ou no
dique, com auxílio de guindastes, como na figura. Os blocos são posicionados e alinhados,
e as juntas entre os blocos são soldadas. Para esta soldagem, utilizam-se vários processos
automatizados, além do processo manual convencional.
Processos de Soldagem Utilizados
Como as estruturas dos navios são complexas, envolvendo a utilização da
soldagem em diversas posições, a solda manual é convencionalmente utilizada. A solda
automática por arco submerso é normalmente utilizada para as chapas do costado no
estágio de montagem. Entretanto, nos principais estaleiros japoneses, os materiais para as
soldagens especiais, que são adequados a diferentes tipos de junta e posições de soldagem,
são utilizados tanto na soldagem manual, como na soldagem por gravidade e na soldagem
vertical descendente, com o objetivo de aumentar a eficiência do trabalho da soldagem.
Além disso, para soldas automatizadas, principalmente em navios de grande porte, vários
tipos de processos de soldagem são utilizados, como a soldagem automática por arco
submerso unilateral, soldagem por eletroescória, soldagem por eletroescória com tubo guia
consumível, MAG e MIG.
121
Manutenção
Diferença entre Solda de Produção e Manutenção
Quão diferente é soldagem de produção da soldagem de manutenção?
Quando um técnico se prepara para fazer face a um trabalho de produção que requer solda,
usualmente prevalece as seguintes condições favoráveis:
1. Ele pode escolher o metal de base;
2. Ele pode contar com que o metal de base seja fornecido com
condições de superfície para a solda, tão boas quanto possível;
3. Ele pode escolher o desenho de junta mais indicada e
possivelmente mais fácil e rápida de ser trabalhada;
4. Ele pode escolher o processo de soldagem mais indicado para
usar com aquecimento disponível;
5. Ele pode planificar e estabelecer cuidadosamente o procedimento
a ser respeitado, de maneira que uma série de peças similares
possa ser soldada;
6. Ele pode escolher um material de enchimento de acordo com as
especificações ou normas que lhe darão as propriedades
mecânicas desejadas;
7. Ele pode se dar ao luxo de realizar vários ensaios de solda a fim
de antecipar e complementar testes do processo; e de estar seguro
de obter as propriedades físicas especificadas.
Em contrapartida, é o técnico que tem que decidir sobre a soldagem de
uma peça desgastada ou quebrada, e se confronta com um conjunto de condições
totalmente diverso. Seu trabalho é consideravelmente mais complexo e as variáveis não
podem ser mais facilmente controladas. Riscos e problemas imprevistos podem surgir
inesperadamente. Em conseqüência, neste caso, as condições são as seguintes:
122
1. Ele deve escolher um material de enchimento que seja muito mais
forte e apresente propriedades globais superiores em vista da
possibilidade de contaminação e das dificuldades imprevisíveis
que podem surgir durante a soldagem.
2. Ele pode controlar as condições do metal base;
3. Ele nunca conhece a composição exata do metal de base;
4. Ele nunca pode escolher o desenho de junta ideal, já que está
tolhido e limitado pela rachadura, quebra ou posição da peça;
5. Ele freqüentemente deve soldar nas posições sobre a cabeça ou
vertical que são muito mais complexas do que a posição
horizontal;
6. Ele não tem possibilidade de fazer testes de soldagem pois,
normalmente, só tem uma peça de determinado tipo para
recuperar, e com ela deve ser bem sucedido.
Manual de Metais
A seguir será dado, de forma simplificada, maneiras de identificação dos
metais mais comumente encontrados na indústria.
Aço
Definição: Aço é uma liga ferro-carbono, contendo geralmente de
0,008% até aproximadamente 2,11% de carbono, além de certos elementos residuais
resultantes dos processos de fabricação.
123
Identificação do Metal
Aço fundido
É usado para peças de máquinas que requeiram maior resistência do que a
que se pode obter com ferro fundido. Sua aplicação, portanto, identifica o material. A
fratura tem uma cor cinza brilhante e as partes não usinadas são de um cinza escuro, com
prováveis marcas do molde. Se a usinagem for recente, é muito macio e tem uma cor
cinzenta brilhante. Retira-se cavacos facilmente com a talhadeira, e os cavacos derreterão
rapidamente. Adquirem uma cor vermelha brilhante antes de começar a derreter, e a escória
é muito parecida com o metal fundido. O metal fundido tem uma cor amarelo palha e solta
faíscas quando submetido à chama.
O teste de esmeril mostrará faíscas brancas. O comprimento medido das
fechas será de 1,80metros, dependendo da pressão, com um volume mais ou menos grande.
Aço de Baixo Carbono
O grau de dureza é uma boa indicação do teor de carbono no aço. Quando
o teste de lima indicar dureza até 300 brinell, o metal tem um teor de carbono considerado
de baixo a médio. Outras características são similares às do aço fundido
Aço de Alto Carbono
A fratura tem uma cor cinza e suave, mas as partes que não foram
usinadas são de cinza escuro, e pode–se notar as marcas de laminação ou forja. Quando a
usinagem é recente, são muito macios e a cor é cinza brilhante. Os cavacos têm uma
granulação fina contínua, com as bordas levemente mais claras do que as do aço de baixo
carbono. O cavaco pode formar uma tira contínua, e, embora seja duro, pode ser removido
sem dificuldade. No teste de chama, o metal adquire uma cor vermelho brilhante e derrete-
se rapidamente. A aparência da escória é a mesma do material fundido. Quando
esmerilhado, as faíscas são brancas e tem um comprimento de mais ou menos um metro e
quarenta centímetro. O volume é grande, com muitas e repetidas estrelinhas.
124
Aço Rápido
Esse nome é normalmente aplicado aos aços de liga, devido à sua
composição. Eles têm um alto teor de carbono que será revelado com o teste de lima. As
faiscas no esmeril serão completamente diferentes das do aço de alto carbono.
Aços Inoxidáveis
Os aços desta categoria são inoxidáveis devido à porcentagem de cromo
no aço. Uma maneira fácil de descobrir se o aço pertence a esta categoria é preparar uma
solução de 94% e 6% de ácido nítrico e aplicar um gota sobre o metal. Se em um minuto,
não houver descoloração, o metal pertence ao grupo de aços inoxidáveis.
Corrosão nos Cordões de Solda
Alguns tipos de fratura em estruturas soldadas de aço ocorrem devido à
redução de área seccional, ocasionada pela corrosão ou abrasão da zona de solda, sendo a
corrosão sob tensão uma das causas mais freqüentes. Existem duas categorias principais de
corrosão: a generalizada e a localizada, conforme indicação na tabela abaixo. A corrosão se
caracteriza por um fenômeno eletroquímico, em que um metal tende a se ionizar na
presença de um eletrólito ou pela ação galvânica de diferentes metais em contato.
Dos tipos de corrosão, os que atacam mais diretamente as estruturas
soldadas são a corrosão intergranular, devida à mudanças na estrutura cristalina do material,
e a corrosão sob tensão, que se desenvolve em zonas tracionadas das juntas soldadas,
quando se trabalha em ambiente corrosivo.
Ao se estudar a corrosão das juntas soldadas, deve-se Ter em mente que
sua estrutura metalúrgica não é homogênea, apresentando diferenças sensíveis entre o
metal-base e zona de fusão. Este fato acarreta igualmente diferenças na resistência à
corrosão entre aquelas partes da junta soldada, exigindo cuidados especiais no tratamento
do problema, principalmente em estruturas que irão trabalhar em ambientes agressivos.
125
Normalmente, os aços doces não apresentam problemas muito sérios de
corrosão, quando comparados aos aços temperados e revenidos soldados, que tendem a se
deteriorar rapidamente em meio corrosivo, principalmente nas vizinhanças da linha de
fusão e na zona termicamente afetada.
A figura acima mostra um acidente ocorrido durante o carregamento de
minério de ferro e que teve como uma das suas causas a corrosão dos cordões de solda
como pode-se ver na foto da esquerda.
126
Aspectos Práticos da Soldagem
Local de Soldagem
No caso de um sistema central de distribuição de acetileno e oxigênio,
forçosamente haverá uma pressão uniforme do gás no ponto de saída. Para isolar os boxes
de soldagem o ideal é a divisão em compartimentos individuais de, no mínimo, 2x2 metros.
As armações podem ser de tubo de aço ou aço perfilado quadrado. As laterais devem
começar aproximadamente a 0,7 m acima do solo e ter um altura de 2 m. Pode-se usar, por
exemplo, placas de Eternit de 8 mm, chapa de aço ou cortinas impregnadas, resistentes a
chamas. A entrada deve poder ser fechada por cortinas de correr. Para o gás de proteção
recomenda-se conexões duplas para abastecer dois compartimentos vizinhos.
Sistema de Alimentação de Gases
Para levar os gases ao local de trabalho, o mais vantajoso é a tubulação
em anel. A alimentação de gás mais regularmente distribuída justifica esta despesa
adicional. A posição e a orientação das tubulações da gás dependem das condições locais.
Costumam ser fixadas nas paredes das oficinas por meio de braçadeiras. Mas também
podem passar por suportes chumbados ao solo ou serem instalados logo abaixo do teto, no
caso deste não ser muito alto. Deve-se observar que os tubos condutores de gases leves
devem ser colocados acima dos tubos condutores dos meios mais pesados. No caso da
possibilidade de ocorrer condensação da água, as tubulações devem ser instaladas com uma
ligeira inclinação na direção do fluxo (cerca de 1:100). Nos pontos mais baixos da
tubulação deve-se instalar separadores de condensação. Neste tipo de tubulação recomenda-
se colocar a saída de gás na parte superior dos tubos.
O sistema de alimentação central é o mais recomendado para levar
acetileno e oxigênio aos locais de soldagem. Na composição das baterias a regra é prever,
para cada posto de soldagem, pelo menos um tubo de acetileno e um de oxigênio. Além
disso, cada oficina de solda deve ter, pelo menos, um posto de soldagem abastecido por
127
tubos separados. Isto oferece, entre outras coisas, a possibilidade de se treinar a ligação dos
componentes.
Os tubos individuais ou baterias de tubos de gases de proteção podem ser
colocados dentro ou fora da oficina de solda. Para cada dois postos de soldagem deve
haver, pelo menos, um tubo de gás de proteção. Considerando que, na soldagem com
proteção de gás, é preciso trabalhar em locais diferentes, em horas diferentes – mas também
simultaneamente – com gases de proteção diferentes, os postos de soldagem devem ser
equipados com saídas de abastecimento dos quatro gases (argônio, CO2 , mistura, gás de
purga – usualmente mistura Ar + H2).
No abastecimento de CO2 (ou gases mistos com CO2) de garrafas
individuais, é preciso instalar um aquecedor elétrico (220V) entre a válvula da garrafa e o
regulador de pressão, afim de se evitar o resfriamento. Em sistemas de abastecimento
central recomenda-se a instalação de filtros para reduzir o teor de umidade.
Sistema de Alimentação de Corrente Elétrica
Ao projetar o fornecimento da energia elétrica, deve-se partir do princípio
de que uma bancada de solda necessitará, de imediato, de um mínimo de 15 kW. É bem
verdade que o tempo de carregamento do circuito, em regra, não chega a 30%, e que a
carga máxima não ocorre simultaneamente em todas as bancadas, mas uma oscilação
constante da carga tem efeitos desagradáveis sobre a rede elétrica.
A ligação de corrente nos boxes de soldagem requer 380V de corrente
trifásica, e para os equipamentos auxiliares 220V corrente monofásica. A rede de
distribuição da corrente trifásica (com condutor neutro) deve ser separada da rede de tensão
pública por um disjuntor central de sobrecarga. No futuro será exigido, para ligações de
força de corrente trifásica de 380V, um sistema quíntuplo (um cabo para cada uma das 3
fases, um cabo neutro e um cabo “terra”). A distribuição de corrente alternada com cabo
protetor (terra) deve ser equipada com chave de segurança para sobrecorrentes. Para cada
bancada de soldagem deve haver uma tomada de corrente trifásica de 380V/63A para cada
fonte de corrente de soldagem, e duas ligações de corrente monofásica de 220V/16A para
os equipamentos auxiliares (como rebolo etc). Para cada bancada de soldagem deve haver
128
uma tomada de corrente bifásica de 380V/63A para cada fonte de corrente de soldagem, e
duas ligações de corrente monofásica de 220V/16A para os equipamentos auxiliares.
Fontes de Corrente Elétrica para a Solda
A seleção das fontes de acordo com o tipo de corrente elétrica e as curvas
características são orientadas pelo processo de soldagem e pelo tipo de material básico
usado. Para que os soldadores possam operar com diversos tipos de corrente, deve haver
ligações de corrente contínua e de corrente alternada.
Para a soldagem pelo processo “TIG” são necessárias fontes de
eletricidade com curva característica descendente. Para metais pesados usa-se corrente
contínua, e para metais leves correntes alternada.
A soldagem pelos processos “MIG” e “MAG” requer instrumentos com
corrente contínua, com características de tensão constante, e com ampla faixa de regulagem
para a corrente de soldagem. Aparelhos polivalentes que podem ser ajustados para corrente
contínua ou alternada, ou para curvas características descendentes ou constantes,
representam um custo de aquisição bastante alto. Só se recomenda a sua aquisição no caso
de se poder equipar um box de cada vez para a soldagem pelos processos “TIG” e “MIG –
MAG”.
Bancadas de Solda
A cada local de soldagem pertence uma bancada de solda e dois
banquinhos. A bancada deve medir cerca de 800x500 mm. Não deve ser quadrada, muito
boa é uma bancada em forma de rim, que se adapta ao corpo do soldador. A bancada deve
ser equipada com um suporte com disposição de fixação, para facilitar o treinar da
soldagem de peças em posição forçada. Do lado direito da bancada deve haver um suporte
apoiado ou suspenso para os instrumentos de soldagem. No caso de bancadas grades é
preciso proteger as pernas do soldador contra possíveis respingos, usando chapas de
filtragem.
Para manter as varetas de solda sempre à mão, estas ficam num tubo
soldado verticalmente à bancada, do lado esquerdo. Além disso dever haver, no local de
129
soldagem, um lugar apropriado para um bloco de madeira dura, um balde d’água e uma
chave para a conexão do bico de solda.
O porta eletrodo deve ser pendurado isoladamente na bancada. Pedaços
de tubo cortados ao meio e soldados horizontalmente à bancada servem para depositar os
eletrodos de solda. Além disso deve haver um recipiente para receber os restos de eletrodos.
Ensaio de Estanqueidade
Comprovação de pontos defeituosos que atravessam a parede de
recipientes, reservatórios de pressão, tubulações, etc. Como medida para um ponto de
vazamento serve o índice de vazamento L (mbar 1/s).
Ensaio com Pressão Hidráulica
Menor ensaio comprovável de vazamento: 0,5 (mbar 1 1/s)
Ensaio a vácuo ou ar comprimido
- Processo de imersão com substâncias espumantes (ensaio de
Nekal)
- Processo de imersão com campânulas de vácuo (por exemplo: no
caso de cordões de solda em fundos de tanques). Menor índice de
vazamento comprovável
Processo de ensaio por vazamento de gás
- Com gás halogêneo (Frigen, Cl, Br, F): menor índice de
vazamento comprovável;
- Com argônio ou hélio: aplicável para vácuo e super alta pressão.
Menor índice de vazamento comprovável
130
Objeto de Ensaio sob Super Alta Pressão a Gás de Teste
Processo de Detecção de Vazamentos por Ultra-som
Os fluidos que saem por pequenas aberturas produzem vibrações
moleculares na faixa de freqüência do ultra-som (36-44khz). Estas são detectadas por um
microfone direcional e um amplificador. Menor índice de vazamento comprovável: 1/100
(mbar 1 1/s).
Trabalhos de Soldagem e Corte em Recintos Confinados
Recintos confinados, para efeito de prevenção de acidentes, são por
exemplo, pequenos porões, galerias, tubulações, poços, tanques, caldeiras, reservatórios,
misturadores e outros equipamentos químicos, bagageiros de duplo fundo em navios.
Perigos da Soldagem e Corte Oxi-acetilênico em Recintos Confinados
Os recintos confinados apresentam riscos:
Na soldagem a gás por:
- Enriquecimento do ar ambiental com oxigênio;
- Enriquecimento do ar ambiental com acetileno ou outros gases;
- Falta de oxigênio;
- Formação de fumaças de óxido de ferro, chumbo, zinco;
- Formação de gases nitrosos.
Na soldagem a arco voltaico por:
- Efeito de corrente elétrica;
- Radiação pelo arco voltaico;
- Formação de fumaça de solda, gases e vapores;
131
- Por substâncias como resíduos de conteúdo de recipientes que são
inflamáveis e podem levar a uma explosão (gasolina, óleo), ou que
originam a formação de gases, fumaças e vapores prejudiciais à
saúde, que não podem mais ser determinados com precisão.
Medidas de Precaução em Recintos Confinados
- Aeração, ou seja, renovação de ar para facilitar a respiração,
camada de isolamento, entrada de corrente elétrica, iluminação
com tensão máxima de 42V;
- Execução do trabalho só com supervisão (para facilitar pronto
socorro);
- Remoção de todos os instrumentos e ferramentas após término de
soldagem, eventualmente guarda de incêndio. Um grande parte
dos trabalhos de corte é executada sob alto risco de acidentes
causados pela corrente elétrica. A este fato, com freqüência, não
se dá a devida importância. Um alto risco de acidentes elétricos
existe, segundo a lei de prevenção de acidentes, na soldagem de
arco voltaico:
- Em recintos confinados com paredes condutoras de eletricidade,
com caldeiras, reservatórios, etc;
- No serviço em condições difíceis, entre ou em peças condutoras
de eletricidade, como em estruturas treliçadas;
- Em caso de movimentos com liberdade limitada, em peças
condutoras de eletricidade, como armações ou carcaças de
máquinas;
- Em recintos molhados ou quentes, como cozinhas industriais,
balneários, etc.
Um recinto confinado do ponto de vista de risco de acidentes elétricos na
soldagem a arco voltaico é aquele em que peças condutoras de eletricidade opostas umas às
132
outras podem ser tocadas ao mesmo tempo, ou onde não é possível permanecer de pé. Isto é
o caso quando uma das dimensões do recinto mede menos de 2 metros.
Trabalhos em Áreas com Risco de Incêndio
Deve-se contar com maior perigo de incêndio naquelas áreas que não
possuem instalações próprias para solda e corte. A ignição pode ocorrer em materiais
inflamáveis por:
- Chama de soldagem;
- Centelhas no ar;
- Escórias em brasas;
- Chama secundária;
- Radiação de calor.
Antes de iniciar um trabalho de soldagem deve-se inspecionar as
condições locais, bem como os recintos adjacentes, examinando:
- Rasgos nas paredes ou no teto;
- Fissuras, juntas dilatadas, tubos;
- Condutores, elementos inflamáveis.
133
Soldagem Subaquática
Com o crescimento das perspectivas de exploração de petróleo em alto
mar, surge um crescente interesse por técnicas de reparo e construção de estruturas em loco
"off-shore" que demandem baixo custo operacional e curto tempo de execução. Uma das
técnicas que tem sido aplicada com sucesso em vários destes reparos é a da soldagem
molhada. Alguns dos aspectos que favorecem a utilização da soldagem molhada são:
- A simplicidade dos equipamentos;
- A não necessidade de isolar a região de soldagem do meio aquoso;
- Os custos são reduzidos em comparação com a soldagem a seco
hiperbárica ou a 1 atm.
Atualmente, a técnica que tem sido aplicada com mais freqüência é a da
soldagem molhada utilizando eletrodos revestidos. Isto se deve à confiabilidade,
simplicidade e a possibilidade de se produzir diferentes formulações de fluxo de forma a
obter, tanto boa estabilidade do arco, quanto microestruturas mais favoráveis. Como
alternativa depositária de grande expectativa, surge a soldagem molhada com arame
tubular.
Na soldagem molhada com arame tubular o arame é alimentado
continuamente através de um sistema tracionador de arame como ocorre na soldagem
MIG/MAG. A forma construtiva do arame tubular permite a inserção de um pó, mais
conhecido como fluxo, no seu interior, cuja função é a mesma do revestimento dos
eletrodos revestidos. Ou seja, o fluxo se queima durante a soldagem dando origem a gases e
escória, que vão proteger o cordão de solda e gerar uma atmosfera propícia à formação do
arco voltaico. A presença de água na região de solda, além de prejudicar fortemente a
estabilidade do arco, leva ao aparecimento de uma grande quantidade de hidrogênio livre,
que resulta da dissociação da água. O hidrogênio e a alta taxa de resfriamento geram
microestruturas frágeis comprometendo a tenacidade da solda obtida pela técnica molhada.
134
A soldagem molhada com arames tubulares apresenta como vantagens,
em relação à soldagem molhada com eletrodos revestidos, a alta produtividade associada
aos processos que utilizam arames contínuos e a possibilidade de mecanização das
operações de soldagem. Além disso, a eliminação da necessidade de substituição dos
eletrodos revestidos consumidos, também resulta em um melhor aproveitamento do tempo
de fundo do mergulhador na soldagem molhada. Estas vantagens, permitem a realização de
reparos de caráter emergencial, necessários quando ocorrem falhas em estruturas ou no
caso de acidentes decorrentes de condições climáticas adversas, contribuindo diretamente
para a redução da possibilidade de prejuízos, tanto financeiros, quanto ao meio ambiente.
Apesar dos relatos da utilização da técnica em outros países, a
disponibilidade de equipamentos e informações ainda é muito pequena. A soldagem
molhada com eletrodo tubular poderá ser utilizada na recuperação de oleodutos,
reservatórios, estruturas submersas que operem a profundidades de até 30 m, na indústria
nuclear e na reparação de cascos de navio sem a necessidade de docagem.
135
Reparos em Águas Profundas e Ultra-profundas
Com o início da exploração de poços de petróleo em águas profundas e
ultra-profundas tornou-se imperativo o desenvolvimento de técnicas para viabilizar o reparo
dos dutos utilizados no escoamento da produção de óleo e gás natural. Para grandes
profundidades, atualmente o único recurso de reparo disponível consiste na utilização de
conectores mecânicos que, embora eficientes, possuem um custo unitário elevado. Nestas
condições, a execução de reparos por solda se torna um atrativo econômico, dado o baixo
custo do processo. Entretanto, por não ser mais viável o mergulho humano a profundidades
superiores a 300 metros, as operações de soldagem deverão ser realizadas por sistemas
totalmente robotizados, operando com o auxílio de sensores e sistemas de controle
adaptativos realimentados, o que constitui um desafio técnico pela complexidade requerida
destes sistemas.
Soldagem em Ambiente Hiperbárico
Para a execução de soldas em grandes profundidades, a técnica de
soldagem que tem se apresentado como a mais viável é a hiperbárica a seco utilizando o
processo MIG/MAG. Para estas aplicações deseja-se das fontes de soldagem, não somente
a sua capacidade de resistir fisicamente às pressões e à agressividade do ambiente marinho,
mas também que possuam características de resposta estática e dinâmica que permitam
manter a estabilidade elétrica do arco e a regularidade na formação e no destacamento das
136
gotas. Para buscar mecanismos que permitam atender este objetivo, pesquisas estão em
andamento no GKSS (Alemanha), em Cranfield e no TWI (Inglaterra), no SINTEF
(Noruega) e no LABSOLDA (Brasil - UFSC) onde foi instalada uma célula para permitir
realizar a soldagem hiperbárica pela técnica a seco.
Neste tipo de soldagem, a pressão elevada do meio induz modificações
nas características físicas do arco voltaico que agravam problemas de estabilidade da
transferência e produzem uma tendência a má formação dos depósitos. Para suplantar estes
problemas, o LABSOLDA vem conduzindo um trabalho voltado à implementação de
metodologias de controle que permitam garantir a estabilidade do arco e da transferência
metálica em ambientes hiperbáricos. As informações geradas neste estudo servirão de
subsídio tanto ao projeto de fontes de energia dedicadas à soldagem em ambiente
hiperbárico quanto ao desenvolvimento de procedimentos, envolvendo, principalmente,
processos que utilizem eletrodos consumíveis.
Duas frentes de trabalho têm sido exploradas com maior ênfase. A
primeira, para permitir que a fonte de energia emule características de resposta estática e
137
dinâmica compatíveis com a física do arco em ambiente hiperbárico. Devido a constricção
da coluna de plasma, distúrbios que normalmente ocorrem durante a soldagem tendem a
agravar a tendência à instabilidade o que exige das fontes de energia uma resposta
suficientemente rápida para evitar tanto a elevação súbita da potência no arco quanto sua
extinsão por falta de corrente. Uma segunda frente de trabalho vem desenvolvendo
concepções de controle da transferência através do ajuste de formas de onda complexas
para a corrente, em especial, para a transferência.
138
Soldagem de Aços Especiais
Classificação do Aço-carbono
O aço-carbono é uma liga de ferro e carbono, contendo ainda pequenas
quantidades de elementos como Si, Mn, P, S e Cu. Suas propriedades dependem do teor de
carbono presente na sua estrutura. Os vários tipos de aço-carbono são classificados de
acordo com o teor deste elemento.
Aços com teor de carbono inferior a 0,3% são classificados como aços de
baixo carbono (aços doces). Teores entre 0,3% e 0,45% pertencem a aços de médio carbono
e os aços de alto carbono são aqueles com teores de carbono compreendidos entre 0,45% e
1,7%.
O aumento do teor do carbono implica num aumento da resistência e
dureza do aço, embora com sacrifício da elongação. A tabela abaixo mostra a classificação
dos aços-carbono.
Os aços de baixo carbono têm mais tendência a apresentarem fraturas
durante a soldagem, quando comparados a outras classes de aço-carbono e aços-liga. Isto
139
ocorre principalmente quando o aço tem alto conteúdo de enxofre ou quando se soldam
materiais com grandes espessuras. Eles podem ser soldados por qualquer método utilizado
atualmente e são os aços mais facilmente soldáveis. Para prevenir trincas é recomendado
que eletrodos de baixo hidrogênio sejam utilizados, além da realização de pré-aquecimento
das partes a soldar.
Os aços de médio e alto teores de carbono têm grandes quantidades de
carbono e de elementos endurecedores. Assim tais aços apresentam maior tendência ao
endurecimento da zona térmica afetada. Para prevenir fraturas é recomendado que eletrodos
de baixo hidrogênio sejam utilizados, além da realização de pré-aquecimento das partes a
soldar. A tabela a seguir mostra as temperaturas de pré-aquecimento recomendadas na
soldagem de aços de médio e alto carbono.
Carbono (%) Temperatura de pré-aquecimento (oC)
0,20 (máx) 90 (máx)
0,20 ~ 0,30 90 ~ 150
0,30 ~ 0,45 150 ~ 260
0,45 ~ 0,8 260 ~ 420
Para evitar o resfriamento rápido e aliviar a zona endurecida, o pós-
aquecimento é cabível a temperaturas que variam entre 600 e 650 graus celsius. A seguir é
apresentado um procedimento típico de soldagem para aços de médio e alto carbono.
140
Soldagem de Aços de Baixa Liga
Introdução
Os aços de baixa liga possuem um conteúdo de carbono equivalente ao
dos aços doces e outros elementos de liga, igualmente em baixas porcentagens. Com isto,
obtém-se um acréscimo em sua resistência à ruptura, sem detrimento da tenacidade, bem
como uma melhoria nas características de comportamento em relação à fluência e às
resistências à fadiga, à corrosão, ao desgaste e ao calor.
Tais aços são utilizados com o intuito de diminuir-se o peso estrutural e,
conseqüêntemente, o tempo de construção da estrutura. Existem vários tipos de aços de
baixa liga, como os de alta resistência, para serviço a baixas temperaturas, para resistir a
altas temperaturas, que são descritos a seguir.
141
Aços de Alta Resistência
Tal aço pode ser definido como sendo um aço de baixo carbono, que
possui propriedades mecânicas superiores às do aço doce comum.
Eles podem ser subdivididos em aço soldável de alta resistência à ruptura
e aço de alta tenacidade. O primeiro tipo deve a sua soldabilidade ao seu baixo conteúdo de
carbono, enquanto que as propriedades do segundo tipo dependem dos conteúdos dos
elementos de liga no aço.
A tensão de ruptura dos aços soldáveis de alta resistência à ruptura está
compreendida entre 50 e 100 Kgf/mm2, sendo designados por símbolos como HT 50; HT
60 etc., que indicam o valor da sua tensão de ruptura. Suas propriedades mecânicas
dependem dos elementos de liga nele contidos. Como os aços de alta resistência apresentam
a relação tensão de escoamento/tensão de ruptura mais alta do que a dos aços doces, eles
exibem uma taxa de trabalho superior aos aços estruturais comuns, porém tal fato pode
afetar adversamente a segurança das estruturas.
Aços Criogênicos
Esses aços são utilizados em serviços a temperaturas de trabalho
extremamente baixas e têm uma baixa temperatura de transição, aliada a uma excelente
resistência à propagação de trincas. Tal aço é utilizado especialmente em estruturas que
trabalham em ambientes a baixas temperaturas e tanques de armazenagem de gases
liqüefeitos.
Soldagem dos aços de baixa liga
Considerações Gerais
Os principais processos empregados na soldagem desses aços incluem a
soldagem a arco elétrico com eletrodos revestidos, por arco submerso e processo
MIG/MAG. Os aços de baixa liga são, muitas vezes, suscetíveis a problemas metalúrgicos
142
na zona da solda, sob os efeitos dos ciclos térmicos a que esta é submetida, daí, deve-se
exercer um controle eficiente nas condições de soldagem destes aços.
Soldabilidade dos Aços de Baixa Liga
Mudanças Estruturais da Zona de Solda
Durante a soldagem dos aços de baixa liga, a zona termicamente afetada
pode vir a sofrer um endurecimento devido a mudanças em sua microestrutura causadas
pelos dinâmicos ciclos térmicos que lhe são impostos. O nível final de dureza depende não
somente da velocidade de resfriamento, mas também da composição química do próprio
aço.
Trincas na Solda
As trincas são defeitos graves nas juntas soldadas, e portanto, devem ser
evitadas. Os fatores considerados de fundamental importância na ocorrência de trinca são
três:
1. Endurecimento da zona térmicamente afetada, que depende
da composição química do aço;
2. Presença de hidrogênio;
3. Grau de restrição da junta.
Fragilização da Zona de Solda
Na soldagem de aços de alta resistência, superiores à classe dos 60
Kgf/mm2 (HT 60), é comum a diminuição na resistência à propagação da fratura da zona
termicamente afetada, sendo tais efeitos mais pronunciados quanto maior for o insumo de
calor utilizado na soldagem. A figura a seguir mostra a variação da tenacidade dos aços HT
70 e HT 80, em função do insumo de calor empregado na soldagem destes materiais.
Verifica-se que a resistência e a tenacidade da zona de solda decrescem com o aumento do
insumo de calor durante a soldagem.
143
Nas soldagens dos aços de alta resistência, os seguintes limites dos
valores de insumos de calor devem ser obedecidos:
- HT 60 (não-temperados e revenidos): 90000J/cm, máx
- HT 60 (temperados e revenidos): 70000J/cm, máx
- HT 70 e HT 80: 50000J/cm, máx
Soldagem do Aço-inoxidável
Classificação dos Aços-inoxidáveis
O aço-inoxidável é um aço de alta liga, que tem excelente resistência à
corrosão, sendo também empregado a altas temperaturas ou em serviços criogênicos
(temperaturas baixas), possuindo, além disso, boas propriedades de resistência à
propagação de trincas e boa usinabilidade.
144
Classificação Composição Química Básica Tempera- Resistência Trabalha- Soldabi- Proprieda-
dos bilidade à bilidade lidade des Magné-
Aços-inoxidáveis Cr Ni o C Corrosão ticas
Martensítico 11~15 - ≤ 1,20 Temprável Regular Regular Baixa Magnético
Ferrítico 16~27 - ≤ 0,35 Não-temper. Boa Boa Sofrível Magnético
Austenítico ≥ 16 ≥ 7 ≤ 0,25 Não-temper. Excelente Excelente Excelente Não-magnét.
Seu emprego abrange componentes de reatores nucleares, turbinas,
aeronaves, equipamentos ferroviários, artigos domésticos, etc. Existem vários tipos de aços-
inoxidáveis, mas é costume classificá-los em três grandes grupos: ferríticos, austeníticos e
matensíticos, conforme é apresentado na tabela acima.
Propriedades dos Aços-inoxidáveis
As propriedades dos aços-inoxidáveis, inclusive sua soldabilidade,
diferem muito das encontradas nos aços comuns ou de baixa liga. Os elementos básicos dos
aços-inoxidáveis são o Cr e o Cr-Ni. Além destes, eles podem conter diferentes
porcentagens de Mo, Cu, Mn, etc, que são adicionados para conferir-lhes resistência à
corrosão mesmo a altas temperaturas de trabalho.
Tomando-se como exemplo o aço-inoxidável austenítico, verifica-se que
ele possui um limite de ruptura da ordem de 50 a 70 kgf/mm2, valor este bem superior ao
intervalo de 41 a 49 kgf/mm2, típico dos aços doces comuns, e uma alongação
compreendida entre 50 e 60%. Suas características físicas também diferem das do aço doce,
como por exemplo seu ponto de fusão mais baixo, sua condutividade térmica, que é cerca
de três vezes menor, e seu coeficiente de expansão térmica linear, que é aproximadamente
1,5 vezes maior que a do aço doce. Em vistas destes valores, as distorções residuais podem
se tornar mais críticas nas estruturas de aço-inoxidável.
Soldagem
Os principais processos empregados na soldagem dos aços-inoxidáveis
incluem a solda manual com eletrodos revestidos, o processo MIG e o TIG. Além destes,
145
são também utilizadas, em menor escala, as soldagem por arco submerso, por feixe de
elétrons e por resistência.
Como os aços-inoxidáveis contêm altas porcentagens de diferentes
elementos de liga, sua soldagem torna-se muitas vezes crítica, uma vez que os referidos
elementos podem influenciar diretamente na formação de fases frágeis ou alterar as
propriedades originais do material-base. A soldabilidade de cada grupo de aço-inoxidável
será discutida a seguir:
Tipo Martensítico
Este tipo de aço-inoxidável gera uma estrutura martensítica dura e frágil,
devido ao rápido ciclo de aquecimento e resfriamento provocado pelos processos usuais de
soldagem. Como martensita está intimamente ligada aos fenômenos de geração de trincas, a
soldabilidade deste tipo de aço-inoxidável exige cuidados especiais. Dentre as precauções
mais importantes, destacam-se as seguintes:
- Pré-aquecer a peça até uma temperatura compreendida entre 200
e 400 oC e manter a temperatura entre passes;
- Manter a temperatura entre 700 e 800 oC logo após a soldagem.
Tipo Ferrítico
Durante a soldagem dos aços-inoxidáveis ferríticos, praticamente não
existe o perigo de endurecimento da zona termicamente afetada. No entanto, o tamanho dos
grãos ferríticos pode aumentar exageradamente, provocando com isso uma queda em sua
dutilidade e em suas resistência. Além disso, quando este aço é resfriado gradualmente de
600 para 400 oC, poderá ocorrer uma considerável fragilização, que atinge seu ápice em
torno de 475 oC, sendo por isso denominada fragilização a 475 oC. Devido a esse fator os
seguintes cuidados deverão se tomados durante a soldagem:
- Pré-aquecer a peça a uma temperatura entre 70 e 100 oC para
146
prevenir a ocorrência de trincas a frio;
- Resfriar a junta rapidamente de 600 para 400 oC para evitar a
fragilização a 475 oC.
Tipo Austenítico
Este grupo de aços-inoxidáveis apresenta melhor soldabilidade que os
dois outros tipos, entretanto, quando ele é resfriado lentamente entre 680 e 480 oC após a
soldagem, poderá ocorrer uma precipitação de carboneto de cromo nos espaços
intergranulares da matriz cristalina. Esta precipitação é mais intensa em torno de 650 oC e
provoca um decréscimo sensível em sua resistência a corrosão e em suas propriedades
mecânicas. Ao fenômeno descrito, dá-se o nome de corrosão intergranular. Para se evitar
problemas na solda desse tipo de aço-inoxidável, as seguintes precauções devem ser
tomadas:
- Reduzir o insumo de calor sem pré-aquecer a junta soldada de
modo a evitar a precipitação de carbonetos;
- Utilizar eletrodos de nóbio, titânio ou com conteúdo extrabaixo de
carbono (C ≤ 0,03%);
147
Soldagem de Ligas Não-ferrosas
Soldagem do Magnésio e Suas Ligas
Considerações gerais
O magnésio e suas ligas constituem uma classe de metais leves, pois seu
peso específico varia entre 1,74 kg/dm3 e 1,83 kg/dm3. Tais ligas apresentam excelente
usinagem, podem ser trabalhadas a altas temperaturas, são soldáveis e apresentam bom grau
de resistência mecânica. Devido à sua baixa resistência mecânica, o magnésio puro é ligado
a elementos como zinco, alumínio, manganês e outros
Soldabilidade
As ligas de magnésio sofrem uma oxidação acelerada a temperaturas
próximas do seu ponto de fusão (500 a 600 oC) e, por isso, a zona de solda deve ser
protegida, ou por meio de gases inertes, ou por um fluxo adequado. Quando se soldam ligas
contendo Tório (Th), haverá a liberação de gases anestésicos, razão pela qual é requerida
uma boa ventilação na oficina.
O pó ou cavaco de magnésio é facilmente inflamável, porém as ligas de
magnésio raramente se inflamam, quando soldadas, a menos que o material seja aquecido
durante muito tempo a uma temperatura superior ao seu ponto de fusão. Na soldagem, a
poça de fusão é resfriada muito rapidamente e não está em contato com o ar atmosférico,
reduzindo a possibilidade de se inflamar.
A poça de fusão de ligas de magnésio solidifica-se em uma determinada
faixa de temperaturas e, quanto mais ampla a faixa, maiores serão as possibilidades de
trincas nos cordões de solda ou na zona termicamente afetada. Para prevenir o
aparecimento desta trincas faz-se necessária a utilização de materiais de enchimento com
baixo ponto de fusão, altas velocidades de avanço ou o pré-aquecimento do metal base.
148
Processos de soldagem
As ligas de magnésio podem ser soldadas por meio dos processos TIG,
MIG ou soldagem a gás. O arco elétrico com eletrodo revestido é inviável nestas ligas
porque causa problemas críticos de inclusão de escórias.
A soldagem a arco elétrico com proteção de gás inerte é o processo mais
utilizado nas ligas de magnésio em virtude de suas vantagens quando comparadas com o
processo a gás. Dentre as vantagens, a não necessidade de fundente, a alta velocidade de
soldagem e o nível reduzido de distorções, podem ser citadas.
A soldagem a gás destas ligas é reservada somente aos casos de uniões
bastante simples, como juntas de topo e de canto em chapas finas, nas quais a remoção do
resto fundente, que causa severa corrosão na junta, é facilmente efetuada.
Soldagem do Cobre e Suas Ligas
Considerações Gerais
O cobre possui alta condutibilidade térmica e elétrica e também possui
uma alta resistência à corrosão causada por água salgada e produtos químicos em geral.
Tais características tornam-no adequado a ser utilizado em trocadores de calor,
componentes de navio, tubulações de água, dentre outros.
Já as ligas de cobre, sendo as clássicas as ligas de Cu-Zn e Cu-Sn
conhecidas respectivamente como latão e bronze, apresentam valores de condutibilidade
térmica e elétrica mais baixos do que do cobre puro, com características de resistência à
corrosão também diferentes. Entretanto, as ligas de cobre apresentam boas propriedades
mecânicas sendo utilizadas como material estrutural.
Soldabilidade
O ponto de fusão do cobre situa-se entre o do aço e o do alumínio, sendo
seu calor específico pouco inferior ao do aço. Sua condutibilidade térmica é de cerca de 8
vezes a do aço doce, de modo que a difusão térmica é extremamente alta.
149
Normalmente o pré-aquecimento se faz necessário na soldagem do cobre
e suas ligas e, devido ao seu coeficiente de expansão térmica, que é 1,5 vezes maior que o
do aço, poderão ocorrer distorções na estrutura soldada.
As porosidades no cobre são, na maioria dos casos, devidas ao hidrogênio
e ao vapor. A desoxidação das ligas de cobre por meio de elementos como P, Si e Al
provoca o aumento da solubilidade do hidrogênio durante a fusão do metal. Entretanto, esta
solubilidade diminui drasticamente quando o cobre se resfria, causando a liberação do gás
hidrogênio poderá provocar as porosidades.
O cobre puro raramente apresenta trincas na zona de solda, já as ligas têm
uma tendência acentuada de apresentarem trincas na soldagem. Em ligas que contém
chumbo e/ou bismuto, poderá ocorrer a precipitação destes elementos nos contornos dos
grão e, como elas possuem baixo ponto de fusão, haverá a probabilidade de se
desenvolverem trincas intergranulares na região de solda.
Soldagem
Em princípio todos os processos utilizados para o aço doce podem ser
utilizados na soldagem do cobre e suas ligas. Entretanto devido às diferentes características
físicas e metalúrgicas das ligas de cobre, devem-se selecionar cuidadosamente os processos
em função das propriedades específicas de cada tipo de liga.
A soldagem a gás é a mais adequada para os latões, sendo também
recomendada para o cobre puro. Operações de pré-aquecimento devem ser providenciadas.
A soldagem a arco elétrico com gás inerte é a mais utilizada na atualidade
para a soldagem do cobre e suas ligas. O TIG é empregado para chapas finas até 6mm de
espessura, enquanto o MIG é utilizado para chapas com espessuras superiores a 6mm. As
condições para ambos os processos são mostradas nas tabelas a seguir.
A soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido é não é recomendada
para os diferentes tipos de latão, pois este contém o zinco, que se evapora rapidamente e
tem um alto poder de oxidação.
150
Soldagem do Titânio e Suas Ligas
Considerações Gerais
As ligas de titânio apresentam peso específico de cerca de 4,5 kg/dm3,
aproximadamente 60% em relação ao aço. Como sua resistência mecânica é
aproximadamente igual à do aço, a relação limite de ruptura-peso das ligas de titânio é
significativamente superior à do aço. Além disso suas propriedades mecânicas mantêm-se
até a temperatura da ordem de 400 a 480 oC, tornando o titânio bastante utilizado na
estrutura de veículos aeroespaciais. Sua resistência à corrosão é alta, sendo bastante
utilizados na indústria química.
O titânio é “mole”, quando puro, mas torna-se resistente e frágil quando
ligado a elementos como nitrogênio, oxigênio e carbono. A altas temperaturas a sua
afinidade por gases é bastante elevada, razão pela qual sua fusão se processa no vácuo ou
em atmosfera de gases inertes.
Soldabilidade
As ligas de titânio são perfeitamente soldáveis, porém os seguintes
cuidados devem ser tomados: Como são altamente ativas, a elevadas temperaturas, a zona
termicamente afetada deve ser bem protegida dos efeitos do ar atmosférico, para evitar a
fragilização causada pela oxidação ou pela nitretação. Daí, os únicos processos
recomendáveis para a soldagem da ligas de titânio são aqueles que utilizam uma atmosfera
protetora de gases inertes.
O conteúdo excessivo de oxigênio, nitrogênio e carbono no metal base e
no arame de enchimento causará a fragilização do metal de solda. Daí, a seleção do
eletrodo, e a limpeza prévia das superfícies da junta faz-se necessária para a obtenção de
uma união soldada de boa qualidade.
O efeito do calor na soldagem pode causar a fragilização do metal de
solda, devida a sua ativação a altas temperaturas, devido aos efeitos do oxigênio,
hidrogênio e nitrogênio presentes no ar atmosférico; e a diminuição da dutilidade devido ao
resfriamento rápido na zona de solda.
151
Soldagem
Como o titânio e suas ligas tornam-se altamente ativos a altas
temperaturas de soldagem, é necessário a utilização de gases inertes para formar a
atmosfera protetora
Tanto o processo TIG como o MIG são empregados para a soldagem do
titânio e suas ligas. Em ambos os processos a zona de solda deve estar perfeitamente
protegida dos efeitos da atmosfera, sendo utilizado, para tanto, dispositivos especiais como
o bocal difusor ou o copo protetor de vidro transparente, conforme mostrado abaixo, sendo
o último aplicado não somente à poça de fusão como à superfície aquecida do cordão na
face posterior da junta de solda.
Tanto o argônio como o hélio são utilizados como gases de proteção e sua
pureza deve ser rigorosamente controlada.
Soldagem do Alumínio
Características do Alumínio e suas Ligas
O alumínio e suas ligas pertencem à classe das chamadas ligas leves,
devido ao seu baixo peso específico. Têm, em geral, boa resistência mecânica aliada à
propriedades de resistência à corrosão e condutibilidade elétrica. De acordo com os
elementos básicos de sua composição química, as ligas de alumínio são classificadas
segundo sete tipos: alumínio puro; Al-Cu; Al-Mn; Al-Si; Al-Mg-Si e Al-Zn.
Aspectos e Problemas de Soldagem
Considerações Gerais
O alumínio e suas ligas apresentam características físicas sensivelmente
distintas do aço, e essas diferenças influem diretamente em sua soldabilidade. As
desvantagens de sua soldabilidade são mostradas a seguir.
152
1. A fusão e o aquecimento parcial das ligas de alumínio são
difíceis, por sua alta condutibilidade térmica e pelo alto valor
de seu calor específico;
2. O alumínio e suas ligas são facilmente oxidáveis e seu óxido,
Al2O3 , tem um alto ponto de fusão. Pela formação da camada
refratária de óxidos, muitas vezes, na soldagem, surge o
problema da falta de fusão;
3. Devido ao alto valor do coeficiente de expansão térmica, podem
ocorrer distorções residuais críticas durante a soldagem;
Algumas ligas são suscetíveis à formação de trincas a quente;
4. A solubilidade do hidrogênio varia quando o alumínio passa do
estado líquido para o estado sólido, gerando uma espécie de
espuma durante a solidificação; altas velocidades de soldagem
podem, em conseqüência, causar porosidades da junta soldada.
5. devido à baixa densidade do alumínio, o metal em fusão não
consegue expulsar os óxidos e inclusões da poça de fusão, o que
pode provocar a inclusão de materiais estranhos no metal
depositado;
6. Como a temperatura de fusão e a viscosidade do metal fundido
são baixas, a zona termicamente afetada também poderá se
fundir e prejudicar o metal-base.
Essas desvantagens têm sido atenuadas pelo desenvolvimento do processo
de gás inerte, bem como pelo aperfeiçoamento das técnicas e equipamentos de soldagem.
O problema das Trincas em Juntas Soldadas
As trincas que ocorrem nas ligas de alumínio são na sua maioria, a
quente, que são causadas pelas segregações durante o processo de solidificação.
153
As trincas devidas à soldagem são classificadas em trincas de
solidificação e trincas de fase líquida. As primeiras causadas pela contração volumétrica do
material, que ocorre durante a solidificação, e são divididas em trincas longitudinais e
transversais no cordão e trincas na cratera. As trincas de fase líquida são causadas pela
precipitação de compostos com baixo ponto de fusão, como os formados por magnésio,
cobre, silício e zinco, etc.. e são divididas em trincas na região termicamente afetada e
microtrincas. Tais trincas podem ser vistas na figura a seguir.
As causas destas trincas são: a seleção inadequada do material de
enchimento, temperatura entre passes mal controlada, manuseio inadequado do eletrodo e
imperícia do soldador, entre outras.
Porosidades
As porosidades na ligas de alumínio são devidas, principalmente, ao
hidrogênio dissolvido na poça de fusão, e suas principais causas são as seguintes:
1. Materiais estranhos, como fluidos, gorduras, presentes no metal
de base ou no material de enchimento, bem como certos hidratos
que co-existem com o filme de óxidos na superfície dos referidos
materiais;
2. Impurezas gasosas e hidrogênio presentes no gás de proteção;
3. Umidade do ar, que é absorvida pelo gás de proteção.
O hidrogênio captado pelo metal em fusão de uma das fontes descritas
anteriormente transforma-se em gás hidrogênio, devido à diminuição da solubilidade
durante o resfriamento da poça de fusão. Como a velocidade de resfriamento é alta e a
densidade do alumínio é baixa, o hidrogênio formado não consegue escapar para a
atmosfera e fica retido na estrutura solidificada, sob a forma de porosidades, conforme
mostrado a seguir:
154
Como a velocidade de solidificação depende da espessura do material e
do processo de soldagem, é difícil exercer um controle sobre a velocidade de resfriamento.
Dessa forma, a melhor maneira de se evitar os poros na soldagem é controlar as fontes
produtoras de hidrogênio.
Influência do Insumo de Calor
A influência do insumo de calor durante a soldagem das ligas de alumínio
se faz sentir sob a forma de fusão parcial, dependendo das temperaturas atingidas pela zona
de solda. Além disso, há a possibilidade de redução da resistência da liga e de uma perda de
resistência à corrosão nas zonas onde ocorre a precipitação.
Soldabilidade das Ligas de Alumínio:
O alumínio e suas ligas são classificadas em cinco grupos, levando em
conta a sua soldabilidade:
1. Alumínio puro para uso industrial e ligas de Al-Mn.
2. Ligas de Al-Mg.
3. Ligas de Al-Zn-Mg.
4. Ligas de Al-Mg-Si.
5. Ligas de Al-Cu e Al-Zn.
As ligas do 1o e do 2o grupos apresentam excelente soldabilidade em
qualquer dos processos recomendados. Os materiais do 5o grupo não são soldáveis, exceto
em algumas poucas ligas especiais. As ligas do 3o e do 4o grupos apresentam soldabilidade
razoável, mas, geralmente requerem um novo tratamento térmico, uma vez que representam
ligas tratáveis termicamente.
Execução da Soldagem do Alumínio e suas Ligas
155
Considerações Gerais
O processo de soldagem a arco elétrico com gás inerte é o mais
empregado para o alumínio e suas ligas, apesar de outros métodos serem empregados em
menor escala, como soldagem à gás e com eletrodo revestido.
Nos processos MIG ou TIG, a remoção da camada de óxidos, que
constitui o problema mais crítico da soldagem, efetua-se pela ação do próprio arco, de
modo natural. Desta forma a junta soldada apresenta excelente aspecto e boas propriedades
mecânicas.
Preparação para a Soldagem
A soldagem do alumínio e suas ligas é bastante prejudicada pela presença
de filmes de óxido e materiais estranhos no metal-base, os quais podem provocar defeitos,
como a fusão incompleta e porosidades. Daí a necessidade de uma limpeza prévia do metal-
base.
O filme de óxido que se forma nas faces usinadas de um chanfro aumente
rapidamente de espessura e absorve umidade, se deixado muito tempo exposto à atmosfera.
Este filme espesso é de difícil remoção, mesmo com a ação favorável do arco elétrico,
razão pela qual é exigida uma preparação adequada da junta momentos antes da soldagem.
Alguns métodos de limpeza são mostrados a seguir.
O ambiente de soldagem para ligas de alumínio deve ser limpo, de modo
a não haver contaminação da junta causada por materiais estranhos. No caso da soldagem
com proteção de gás inerte, deve-se cuidar para que o vento não prejudique a blindagem do
gás.
Outra situação a ser evitada é efetuar-se a soldagem de ligas de alumínio e
de aço em um mesmo ambiente, pois os fumos contendo ferro atacam a zona de solda do
alumínio, provocando fissuras ou corrosão de sua superfície. Daí convém separar as
oficinas de soldagem que processam os materiais em discussão.
O metal de enchimento, na soldagem de ligas de alumínio, deve ter, em
princípio, a mesma composição do metal-base, embora alguns elementos químicos do
156
arame possam se oxidar, evaporar ou se transformar em escória, durante a soldagem.
Alguns arames adicionam pequenas porcentagens de elementos de liga, de modo a
promover a melhora das propriedades do metal depositado, mas o ponto mais importante na
seleção do metal de enchimento consiste no conhecimento prévio das características
desejáveis à junta soldada, em função dos processos de soldagem disponíveis na oficina. O
tempo de armazenagem dos arames deverá ser o mais curto possível, em locais secos, para
prevenir a formação do filme de óxido e a absorção da umidade.
Com relação à seleção do gás de proteção, o argônio e hélio são utilizados
para a soldagem a arco elétrico de ligas de alumínio com proteção por gás inerte. O argônio
é mais utilizado nas casos gerais, mas sempre que se requer maior penetração do arco ou
um perfil mais regular do cordão de solda, conforme visto abaixo, o hélio é empregado,
quer puro, quer misturado ao argônio. Como a capacidade de proteção do hélio é menor que
a do argônio, deve-se aumentar o volume do gás, sempre que se utilizar o primeiro como
gás de proteção. Devido a estas diferenças, a seleção do gás de proteção ou as proporções
de sua mistura devem ser cuidadosamente estudadas, de acordo com a aplicação específica
a cada uso.
Com relação à soldagem a arco elétrico com gás inerte, o processo TIG é
amplamente empregado na soldagem de chapas e perfis leves de ligas de alumínio. Tal
método também é utilizado quando se requerem baixos insumos de calor ou uma precisão
alta na execução da junta, como no caso da soldagem através de um só lado. A soldagem
TIG é inferior ao processo MIG em rendimento, mas ganha em qualidade e precisão da
junta soldada. A tabela a seguir mostra os tipos de chanfros padronizados para a soldagem
TIG e MIG de alumínio e suas ligas.
157
Soldagem de Materiais Dissimilares
Soldagem por Explosão
Fundamentos
A soldagem por explosão (Explosion Welding - EXW) é um processo que
utiliza a energia de detonação de uma carga explosiva (controlada) para promover a união
de peças metálicas, sem adição de metal. Uma das peças (ou ambas) é lançada ao encontro
de outra pela explosão e, durante a colisão, desenvolve-se intensa deformação plástica
superficial, capaz de provocar a expulsão de contaminações superficiais, promovendo a
união entre as peças.
O processo é extremamente rápido (alta velocidade de impacto) e se
desenvolve à temperatura ambiente (soldagem à frio). As superfícies sobrepostas são
aquecidas pelo energia de colisão, não fundindo. A soldagem por explosão pode ser usada
em praticamente todos os metais dúcteis, com alongamento superior a 5%, ou resistência ao
impacto no Ensaio Charpy superior a 13,6 J, à temperatura ambiente.
Existem várias formas de soldagem, dependendo do tipo da posição das
juntas (peças). Entretanto, o processo é realizado sem perda de metal, havendo apenas uma
interação (compartilhamento) metálico entre os elementos. Pode-se soldar em várias
atmosferas, assim como a vácuo, entretanto o mais usual é a soldagem ao ar livre.
Este processo tem sido usado industrialmente para revestimentos,
fabricação de chapas bimetálicas e união de metais metalurgicamente incompatíveis. A
maioria da soldagem por explosão é realizada para união de superfícies largas (grossas),
mas a aplicação em chapas finas produz resultados satisfatórios também.
Utilização Comercial
1. União de tubos;
2. União de tubos de encaixe;
158
3. Recobrimento de tubos;
4. Confecção de juntas sobrepostas;
5. União de espessuras dissimilares;
6. União de cabos, fixação à encaixes e alta condutividade
(transformadores elétricos);
7. Vedação hermética de embarcações;
8. Confecção de haletas para refrigeração;
9. União de dissimilares / não fundidos metais soldáveis;
10. União em ambientes arriscados (detonação por controle
remoto);
11. Fabricação e reparo de reatores (e seus acessórios) nucleares;
12. Revestimento de armamento (bombas) e fuselagem de
aeronaves.
Vantagens
1. Processo à frio;
2. Vínculo metalúrgico;
3. União metais similares/dissimilares (aço carbono com alumínio,
titânio ou aço inoxidável);
4. Não afeta as propriedades do material;
5. União de chapas finas e grossas (0,25 a mais de 31,8 mm) e
tamanhos variados;
6. Pequena quantidade de explosivo;
7. Precisão;
8. Mínima fixação/vibração;
9. Alta velocidade;
10. Portátil e acionamento por controle remoto.
Princípio de Operação
159
As principais variáveis do processo são: o tipo, a quantidade de
explosivo, sua distribuição e compactação, e a distância entre as peças. Estes parâmetros
são determinados em função da espessura das peças a unir, do limite de escoamento e
densidade do material, de modo que a velocidade de soldagem seja da ordem da velocidade
de propagação do som neste, de maneira a obter mínima distorção durante a operação de
soldagem por explosão.
O componente de revestimento é usualmente posicionado paralelo ao
metal de base (conforme figura acima). As duas peças são separadas por uma distância
STANDOFF. Uma distância constante é usada quando as áreas são pequena, ou em tubos.
Uma outra forma de arranjo é o angular, usada em aplicações opostas a
esse. A explosão localizada curva o material e acelerando-o a alta velocidade que colide
angularmente com o metal base. A posição da chapa de revestimento pode ou não coincidir
o seu vértice com o da chapa base, entretanto, a explosão é realizada de forma progressiva
para frente.
A distância entre peças é garantida por um material de neopreme que
garantirá a proteção superficial contra erosão provocada pela detonação do explosivo. A
distância entre peças influencia o tamanho da onda. Aumentando-se a distância, aumenta-se
o ângulo de colisão, consequentemente a aceleração e o tamanho da onda (dentro de
limites). De maneira geral, a distância no arranjo paralelo será de uma vez e meia da
espessura do revestimento, ou sendo o ângulo (para o outro arranjo) compreendido entre 1 e
8 graus.
160
Detonação
O desenvolvimento da detonação da explosão é ilustrado na figura ao
lado, sendo essa maneira extremamente importante para o processo. A detonação deve ser
progressiva, produzindo uma velocidade da chapa de revestimento estável, controlável e
progressiva. Como já comentamos, a velocidade de colisão é uma variável do processo
muito importante. Logo, a seleção do tipo de explosivo irá produzir uma desejável
velocidade de detonação, obtendo-se uma boa soldagem, desde que o explosivo seja
provido de características uniformes do início ao fim da detonação.
Velocidade e Ângulo de Sobrechapa
A detonação move a superfície superior em direção ao metal base,
pressionando e expulsando os gases existentes entre chapas, acelerando a superfície
superior, resultando em uma velocidade e um ângulo de ataque. Ambos irão depender do
tipo de explosivo, da espessura e das propriedades mecânicas do revestimento, e das
distância entre peças.
161
Colisão, Jato e Soldagem
As mais importantes variáveis do processo são: a velocidade de colisão, o
ângulo de colisão e a velocidade da chapa de revestimento. A intensa pressão necessária
para a união das peças define os limites das variáveis, determinados pelas propriedades
particulares dos materiais. A pressão entre superfícies é determinada a partir da deformação
plástica dos materiais.
A medida que a detonação do explosivo ocorre progressivamente, um jato
de gases (jet) é gerado na parte inferior da chapa de revestimento e logo após a união das
chapas (ver figura anterior). Esse jato de gases é responsável pela varredura da camada
superficial de cada componente, garantindo a não contaminação da união soldada e extrema
força de interação metalúrgica entre peças.
Pressões residuais são mantidas no interior da solda. Após a colisão, a
manutenção dessa forças que evitaram a liberação das chapas, completando o processo de
soldagem.
Natureza da Ligação
A interface entre os componentes oscila na ordem dos micros, sendo que
o tamanho da onda (gerado pela detonação) depende das condições de colisão e confecção
da solda. A típica onda de explosão é mostrada na figura abaixo.
162
Observando um pouco mais a figura, observamos algumas bolsas,
normalmente localizados no topo e no vale da onda. Essas bolsas são compostas de uma
combinação dos materiais, parcialmente ou completamente fundidos.
Essas bolsas podem ser dúcteis quando a combinação entre os metais
formam uma solução sólida, mas elas são frágeis e descontínuas, formando componentes
intermetálicos. Boas soldas produziram pequenas bolsas.
Bolsas largas ocorrem com condições de colisão excessiva, ou podem ser
produzidas a partir da fusão contínua das superfícies (contém um substancial número de
vazios e outras discontinuidades que reduzem a resistência e a ductilidade). Pode-se reduzir
a velocidade de colisão para valores abaixo da velocidade crítica, reduzindo o tamanho das
bolsas, mas essa característica não é visada, uma vez que pode-se resultar em falta de
ligação.
Propriedades dos Explosivos
O explosivo é na maioria das vezes da forma granular, distribuído
uniformemente em cima da superfície da chapa de revestimento. Encontra-se no mercado,
explosivo em forma de fita, onde pequenas quantidades de explosivo são colocados em uma
fita que é colocada na chapa. Com isso, uma maior flexibilidade da aplicação é garantida,
uma vez que se pode modelar superfícies complexas. A força que a explosão exerce na
chapa de revestimento depende das características da detonação e da quantidade de
explosivo.
Os principais tipos de explosivo usados são o nitrato de amônia granulado
com 6% a 12% de óleo diesel, o nitrato de amônia atomizado com alumínio, amatol e
soldatol com 30% a 55% de sal e primacord. As velocidades de colisão normalmente
recomendadas variam entre 2000 a 3000 m/s.
Procedimentos de Soldagem
Tipos de União
163
Soldagem por explosão limita-se a sobrepor superfícies de mesma
geometria. Pode-se unir tubos, chapas ou chapa com tubo, desde que as características da
solda sejam asseguradas para não ocorrer falha por cisalhamento em serviço.
Preparação da Superfície
A preparação das peças, limpeza e ausência de imperfeições, é
fundamental para obtenção de uma junta satisfatória, não sendo aceitáveis irregularidades
superficiais superiores a 0,5 mícrons
Fixação e Apoio
Para se obter uma solda de qualidade e de propriedades uniforme, as
superfícies devem possuir uma distância de projeto rígida, e que suporte todos os
componentes. Para revestimentos finos, a deflecção da chapa (provocada pelo peso da
mesma somada ao explosivo) causa uma dificuldade de manutenção da distância entre
placas recomendada, obrigando a colocação de suportes adicionais nas áreas centrais. Esses
suportes podem ser de espuma, neopreme ou de blocos de madeira, colocados
estrategicamente, que serão consumidos durante o processo de soldagem, resultando em um
mínimo efeito na solda.
As superfícies podem ser colocadas sobre o solo de terra ou areia. Se o
componente básico é relativamente fino ou tem tendência a deformação durante o processo
de solda por explosão, será necessário uma rigidez uniforme da superfície, podendo-se fixar
a chapa base, minimizando a deflecção. Em tubos ou canos, independente do revestimento
ser interno ou externo, é recomendável a colocação de apoios nos componentes de base.
Qualidade da Solda
A qualidade da solda por explosão irá depender da natureza da interface
entre peças, dos efeitos do processo e das propriedades mecânicas dos componentes. Os
164
efeitos da soldagem são determinados através da comparação das propriedades, resultados
de testes de tensão, impacto, dobramento e fadiga.
Os testes para a verificação da qualidade da solda pode ser através de
ensaios não destrutivos (ultra-som e radiografia) ou dos ensaios destrutivos (ensaio chisel,
ensaio de cisalhamento, ensaio de tração e exame metalográfico).
Características
A soldagem por explosão pode ser usada em praticamente todos os metais
dúcteis, com alongamento superior a 5%, ou resistência ao impacto no Ensaio Charpy
superior a 13,6 J, à temperatura ambiente. Apesar de se poder unir uma vasta gama de
materiais, o mais comercial é mostrado no esquema abaixo.
Nas figura abaixo, observamos a vedação de uma tubulação utilizando-se
a solda por explosão. Na primeira figura, todo o bujão é soldado no interior do tubo, sendo
que na outra, apenas a parte expandida do tampão que se unirá ao tubo.
165
Essa aplicação específica é comumente utilizada nas indústrias
petroquímicas e elétricas, para vedação de tubulação, devido a rapidez, confiança e
facilidade da soldagem. Entretanto, uma cuidadosa preparação da região a soldar é exigida,
de maneira a não conter nenhuma forma de fluído ou sujeira, e garantindo que a rugosidade
superficial esteja dentro dos limites toleráveis pelo processo. Um detalhe importante é que
na maioria das vezes, há necessidade de se lixar e/ou esmerilar a tubulação, não se podendo
esquecer de verificar se a mesma irá resistir ao esforço das cargas.
Segurança
Essa soldagem só deve ser executado por pessoas capacitadas e treinadas,
em virtude da natureza do processo. Principalmente porque todo o explosivo é controlado
166
pelo governo, e seu armazenamento inspira cuidados (normas para estoque e
armazenamento e detonação).
Soldagem Por Fricção
Princípios
O princípio de soldagem por fricção pode ser definido como um processo
de união que utiliza a energia mecânica transformada em energia térmica (devido ao atrito)
através de contato, sob pressão, de duas superfícies, onde uma se movimenta em relação à
outra.
Neste processo existem vários métodos que utilizam o calor gerado pelo
atrito para se unir duas peças. As técnicas mais usuais são denominadas de processo por
Fricção Contínua e processo de Fricção Inercial.
Basicamente os processos de fricção contínua e inercial operam mantendo
uma das peças sob rotação e a outra estacionária. Aplica-se então uma pressão normal entre
elas. O calor de atrito gerado permite uma soldagem assemelhada ao forjamento.
É importante destacar que a interface não chega a fundir (soldagem no
estado sólido), ficando, no entanto, deformada plasticamente.
A figura a seguir, mostra, esquematicamente, o desenrolar do processo.
167
a. Uma das peças gira em relação à outra;
b. É aplicada uma pressão de atrito;
c. Com o aquecimento associado à pressão, inicia a deformação
plástica;
d. Final da fricção. A peça girante é frenada e uma pressão de
forjamento é aplicada.
Soldagem por Fricção Contínua
Nesta variação do processo um motor atua, continuamente, girando a peça
sob atrito até que todo o calor necessário para a soldagem seja atingido. Neste ponto o
motor é desativado e a peça é frenada e submetida a uma maior pressão (recalque de
forjamento)
A figura abaixo apresenta, de forma simplificada, um equipamento de
soldagem por fricção contínua.
168
Os principais parâmetros controladores deste processo são:
1. A velocidade de rotação da peça girante;
2. A pressão de contato;
3. O tempo de fricção ou a variação dimensional das peças
soldadas.
A figura abaixo mostra, esquematicamente, os comportamentos da
velocidade de rotação, da força axial, bem como a variação dimensional experimentada
pela peça durante as várias faces da soldagem pelo processo contínuo.
169
Como pode ser observado nesta figura, a velocidade de rotação e a força
axial são mantidas constantes durante um certo período de tempo, enquanto que o
comprimento das peças sofre uma variação.
A taxa de deformação plástica do material, na interface, é função do
aporte de calor e da tensão aplicada.
Existem na literatura algumas equações empíricas que procuram
determinar valores para as variáveis do processo em função da geometria e das
propriedades físicas ( e metalúrgicas ) das peças a serem unidas. Porém, de uma forma
geral, uma experiência prévia e diversos ensaios tipo “tentativa e erro”, são necessários
para a otimização do resultado final. Esses resultados, quando finalmente obtidos, permitem
a realização de soldagem de altíssima qualidade em segundos.
Soldagem por Fricção Inercial
Neste caso a energia mecânica é obtida através de um volante, onde foi
armazenada uma quantidade controlada de energia cinética.
A figura abaixo apresenta um sistema para soldagem por fricção inercial.
170
A figura a seguir, mostra as fases do processo e a variação dos elementos
característicos durante a soldagem.
Aplicações do processo
Uma das características mais interessantes do processo de soldagem por
fricção é a sua eficiente utilização da energia térmica desenvolvida durante a soldagem
Através do controle cuidadoso dos parâmetros, a região soldada não é
submetida a um exagerado e desnecessário aporte térmico. Esta característica é bastante
importante na soldagem de aços laminados, ligados e aços inoxidáveis, uma vez que são
evitadas microestruturas indesejáveis de sobreaquecimento.
171
Além do mais, como o processo não é um processo por fusão, podemos
unir diversos materiais dissimilares tais como alumínio com aço inoxidável, cobre com
titânio, etc.
Uma outra importante característica do processo é que não existe contato
da interface da soldagem com a atmosfera, ficando essa região protegida e possibilitando
que sejam soldados metais de extrema afinidade pelo oxigênio tais como o titânio, zircônio
e outras ligas refratárias. Também o cobre pode ser soldado, sem ficar contaminado,
produzindo juntas com excelentes propriedades térmicas e elétricas.
Metais que possuam uma alta densidade de inclusões não metálicas são
difíceis de serem soldadas por fricção. Isto porque estas inclusões poderão ficar distribuídas
em planos transversais próximos à junta soldada, em detrimento às propriedades mecânicas.
De uma forma geral, pode-se apontar as seguintes vantagens e
desvantagens do processo de soldagem por fricção:
Vantagens
1. Não há necessidade de materiais de adição;
2. Não se utiliza, na maioria dos casos, fluxos ou atmosferas
Protetoras;
3. O processo não agride o meio ambiente, sem arco elétricos,
centelhas, respingos, fumaças ou fumos;
4. A preparação prévia e limpeza das superfícies não é tão
importante, quando comparado a outros processos, desde que a
soldagem por fricção, pelo seu próprio desenvolvimento, rompe
os filmes superficiais;
5. A zona afetada pelo calor é muito estreita;
6. A soldagem por fricção é apropriada para a maioria dos
materiais e permite a união de muitos materiais dissimilares;
7. Na maioria dos casos, a junta resultante é tão ou mais resistente
que o membro mais fraco da união;
8. Os operadores não precisam ter habilidade manual, especial;
172
9. O processo pode ser facilmente automatizado para produções
em Massa;
10. As soldagens são realizadas muito rapidamente, quando
comparadas a outros processos;
11. Requisitos de implantação (espaço, potência, fundações
especiais, etc.) são mínimas.
Limitações
1. De uma forma geral, uma das partes deve ter um eixo de
simetria e ser capaz de girar em torno deste eixo;
2. A preparação e o alinhamento das peças pode ser crítico para o
desenvolvimento de um uniforme contato e aquecimento,
particularmente para peças de diâmetro superior à 50 mm;
3. O investimento inicial é alto;
4. Materiais de baixo coeficiente de atrito (liga para mancais) não
podem ser soldados por esse processo;
5. Materiais que não podem sofrer forjamento, também não são
soldáveis por esse processo;
6. Peças muito longas (1000 mm e acima) exigem um elaborado
sistema para alinhamento.
173
Soldagem de Linhas de Dutos (Pipelines)
Aspectos Gerais
A linha de dutos é utilizada como um meio de transporte de fluidos. Os
fluidos abrangem óleo cru, produtos derivados do petróleo, gás natural, gás liqüefeito de
petróleo, água e outros líquidos e gases. Fluidos em suspensão e cápsulas também podem
ser incluídos nesta relação. As linhas de dutos podem ser classificadas em linhas de
transmissão e sistemas de distribuição. Várias tubulações utilizadas nas fábricas são
similares às linhas de dutos, porém, devido à diferença nas condições de instalação e nas
condições ambientais, elas são consideradas uma categoria à parte, inclusive no ponto de
vista legal.
A soldagem das linhas de dutos e tubulações é uma solda circunferencial
dos tubos, acessórios etc., sendo executada, em sua maioria, no campo. Não se inclui neste
serviço a soldagem para a produção dos tubos propriamente ditos. As características
peculiares da soldagem circunferencial dos tubos são descritas a seguir.
Na soldagem de linhas de dutos, há a predominância da soldagem
executada apenas pelo lado externo da tubulalção e, conseqüentemente, a qualidade do
passe de raiz é de vital importância. Em segundo lugar, como as seções a serem unidas são
fechadas, o alinhamento é importante e difícil de ser obtido. Em terceiro lugar,
independente da pressão interna, é necessário haver uma junta resistente e confiável, pois
uma peça com solda defeituosa causa a interrupção imediata de toda a linha de dutos.
Posições da Soldagem
As posições de soldagem para os tubos são divididas em duas categorias:
o eixo do tudo pode estar na horizontal ou na vertical e o tudo é fixo ou tem movimento
rotativo. A posição horizontal fixa é a mais comumente utilizada, embora as posições
vertical e inclinada fixas sejam também encontradas. Na execução de uma união entre
apenas dois tubos, estes poderão girar durante a soldagem.
174
Processos de Soldagem
Na soldagem de linhas de dutos e tubos, poderão ser empregados os
processos de soldagem manual com eletrodo revestido e a soldagem com proteção gasosa.
Para a soldagem na obra, a solda manual na vertical descendente com eletrodo celulósico é
largamente utilizada. Na soldagem de tubos de alta resistência, o eletrodo de baixo
hidrogênio é utilizado na posição vertical descendente. A solda vertical ascendente não é
muito utilizada, devido ao seu baixo rendimento, porém, é largamente utilizada na
soldagem de tubos de parede espessa e na soldagem em estações de bombeamento e
terminais das linhas de dutos fabricados no Japão.
Os processos semi-automáticos ou automáticos de soldagem com proteção
gasosa (GMAW) são largamente utilizados, e a solda manual automática com eletrodo de
tungstênio (GTAW) é aconselhável para o passe de raiz, para garantir a qualidade da raiz.
Os principais materiais para linhas de dutos são os aços carbonos e aços
de baixa liga. Caso outros tipos de materiais especiais sejam utilizados para fins igualmente
específicos, os processos e materiais de soldagem devem ser adequados a esses materiais.
Os materiais normalmente utilizados nas linhas de dutos são especificados
pelas normas JIS 3452 – 1976, G 3454 – 1976, G 3455 – 1976, G3457 – 1976, API 5L
(graus A, B) e 5LX (graus X42 até X70).
175
Formato de Juntas
Exemplos típicos da geometria de juntas utilizadas na soldagem de linhas
de dutos são apresentados na figura abaixo. Em geral, para junta do tipo V simples, adota-
se um ângulo do chanfro de 30 (-0,+5) graus, e uma altura do trecho reto (nariz) de
1,6 (0,8mm. Na soldagem com proteção gasosa e eletrodo de tungstênio e na soldagem
automática com proteção gasosa, podem-se utilizar juntas com os tipos de geometria
apresentados a seguir.
176
Preparação Anterior à Soldagem
Uma solda de qualidade só é obtida com a preparação adequada da junta
antes da soldagem. Esta condição nunca deve ser esquecida na soldagem circunferencial de
tubos.
Condições dos Chanfros
Os tubos, geralmente, são enviados para a obra com extremidades
chanfradas por meio de usinagem feita na fábrica de tubos. Antes da soldagem, é necessário
inspecionar o formato e as condições da superfície da junta, remover toda a ferrugem, tinta,
óleos, graxa e qualquer tipo de resíduo e, se necessário, efetuar reparos.
Para soldar um tubo e um membro com diferentes espessuras de parede,
como por exemplo na soldagem de um acessório, deve-se verificar, em primeiro lugar, o
alinhamento interno. Para se chanfrar um tubo na obra, deve-se utilizar um equipamento
especial de corte e, devem-se efetuar reparos, em caso de necessidade.
As tolerâncias dimensionais dos chanfros, bem como outros aspectos
pertinentes, deverão ser claramente especificados no procedimento a ser seguido durante a
soldagem dos tubos.
Alinhamento e Fixação
Na soldagem circunferencial, é muito importante o perfeito alinhamento,
para se conseguir uma soldagem satisfatória do passe de raiz, e uma boa fixação, para não
ocorrer em deslocamentos relativos. Desse modo, o desalinhamento é minimizado e
mantém-se uma correta abertura da raiz.
Para este propósito, são utilizados dispositivos internos ou externos. Do
ponto de vista da eficiência ou fixação, a fixação interna é superior, sendo utilizada na
construção de linhas de transmissão. A utilização dos dispositivos internos permite a
177
omissão do ponteamento. Nesse caso, o dispositivo não deve ser removido, até que o passe
de raiz atinja uma certa extensão mínima.
A abertura de raiz é mantida com o auxílio de espaçadores. Esforços
exagerados não devem ser exercidos no alinhamento, nem tampouco o martelamento é
aconselhável.
Ponteamento
Na soldagem de tubos através de um só lado, os pontos tornam-se parte da
raiz solda. Por esta razão, a quantidade do ponteamento deve ser equivalente ou superior à
solda principal. A utilização de dispositivos internos para eliminação do ponteamento é
uma prática recomendável.
O número de pontos deve ser suficiente para prevenir o aumento de
desalinhamento ou o fechamento da abertura da raiz, devido a movimentos relativos dos
tubos durante a soldagem. Para a prevenção de trincas, recomenda-se também que as soldas
intermitentes de 2 a 5 cm de comprimento, de acordo com o diâmetro, sejam equi-
espaçadas ao longo de toda a circunferência a ser soldada.
É aconselhável não se efetuar a soldagem de acessórios temporários na
tubulação, porém, se isto for imprescindível, a soldagem deve ser executada com o insumo
de calor mínimo necessário, evitando-se cordões curtos e marcas de arco no tubo.
178
A Operação de Soldagem
Passe na Raiz
O passe de raiz é executado apenas de um dos lados, aplicando-se
métodos e materiais que permitam obter um cordão com boa penetração.
1. Soldagem manual com eletrodo de baixo hidrogênio. A
soldagem vertical descendente que utiliza eletrodo de baixo
hidrogênio deve ser executada de maneira a se obter um cordão
de soda com penetração adequada. A soldagem vertical
ascendente com eletrodo de baixo hidrogênio, do tipo uranami,
é largamente empregada no Japão e permite uma grande
tolerância nas dimensões das juntas; este processo raramente
causa trincas no cordão soldado, devido à baixa corrente e à
baixa velocidade de soldagem, quando comparado com outros
processos. Exemplos de geometrias de juntas típicas e condições
da soldagem são apresentados anteriormente.
2. Soldagem manual com eletrodo revestido celulósico. Este ripo
de eletrodo tem sido amplamente utilizado em vários países. Os
eletrodos são classificados de acordo com a especificação E
6010, da AWS. A velocidade da soldagem é alta, alcançando
valores de 50 a 70 cm/min. Consequentemente, a garganta do
passe da raiz é pequena, e o segundo cordão, chamado de passe
quente (hot pass), é aplicado logo em seguida. O intervalo
máximo de tempo entre a execução do passe da raiz e do passe
quente deve ser especificado no procedimento de soldagem
correspondente. O passe da raiz efetuado na vertical
descendente com eletrodo de revestimento celulósico é uma
técnica consideravelmente diferente da soldagem
convencional, requerendo, portanto, um treinamento especial
179
dos soldadores. A solda vertical ascendente, por sua vez, não
difere das outras técnicas usuais de soldagem para aquela
posição.
3. Soldagem com proteção gasosa – MAG. Na soldagem semi-
automática MAG, é utilizada uma atmosfera protetora formada
por uma mistura de gases de CO2 e argônio (Ar). A taxa de
deposição é maior que a do processo com eletrodos revestidos,
porém, requer soldadores mais treinados e melhor qualificados,
em comparação a este último processo. O passe de raiz é
executado, utilizando-se o processo de transferência por curtos-
circuitos. As extremidades do passe precedente devem ser, de
preferência, esmerilhadas. Para diminuir o número de uniões
entre passes, é conveniente utilizar os dispositivos internos de
fixação, em vez do ponteamento convencional. Recentemente, a
soldagem MAG automatizada começou a ser utilizada na
soldagem de linhas de dutos. Para aumentar a eficiência da
soldagem, as extremidades dos tubos são usualmente usinadas
com formatos especiais, de chanfro, por meio de uma máquina
de facetamento, para reduzir a área da seção da junta.
4. Soldagem com eletrodo de tungstênio –TIG. A soldagem com
proteção gasosa que utiliza eletrodo de tungstênio, geralmente,
é utilizada na união de tubos de aços ligas, aço inoxidável e
metais não ferrosos. Este processo, às vezes, é também utilizado
no passe de raiz de linha de dutos de aço carbono. Existem
métodos que utilizam ou não o metal de enchimento e o método
que emprega um anel de inserção. Exemplos de geometrias das
juntas para a utilização de anéis de inserção são apresentados
a seguir.
5. Cobre-juntas consumíveis e não consumíveis. Na soldagem de
tubos, pode-se utilizar um tipo de anel cobre-junta, embora não
seja prática comum em linhas de dutos. Para melhorar o
180
formato do passe de raiz, cobre-juntas não-consumíveis, de
cobre e de fibra-de-vidro podem ser utilizados como meios
auxiliares na soldagem. Veja figura abaixo. Na utilização de
cobre-juntas de cobre, deve-se tomar cuidado para que o cobre
não se funda na poça do arco, diluindo-se no metal de solda, o
que pode provocar trincas.
6. Outros métodos de soldagem. O processo de soldagem por arco
submerso pode ser utilizado na união de dois tubos rotativos. Na
União Soviética, a soldagem a topo por descarga (flash welding)
é também empregada na soldagem de dutos. Além destes, a
soldagem a plasma e outros processos estão sendo utilizados,
atualmente.
181
Passes de Enchimento e Passe de Acabamento
Executando-se o passe da raiz, a soldagem de tubulações apresenta poucas
dificuldades. Os materiais de soldagem são selecionados de acordo com o material do tubo.
A espessura de cada cordão de solda depende da posição da soldagem, e o número de
passes a serem depositados é ajustado pelos passes de enchimento.
O passe de acabamento, ou passe de cobertura, deve ser aplicado para se
conseguir a altura correta e o formato adequado do reforço da solda. No caso da soldagem
182
com eletrodos revestidos, mesmo quando os passes de enchimento são corridos, o passe de
acabamento, normalmente, é com tecimento. Nesse caso, devem-se tomar os devidos
cuidados para não produzir mordedura excessiva.
Tratamento Térmico Antes e Após a Soldagem
Na soldagem de linhas de dutos que utilizam aço de alta resistência, pode
haver necessidade de pré-aquecimento, dependendo do material-base, das espessuras
envolvidas, do processo de soldagem e do material de enchimento. Quando se utilizam
eletrodos celulósicos, o pré-aquecimento, geralmente, é necessário. No caso de linhas de
dutos de aço doce, o pré-aquecimento normalmente não é necessário, exceto em ambientes
muito frios.
O tratamento térmico de pós-aquecimento não é empregado em linhas de
dutos, excetuando-se alguns casos especiais. Por exemplo, para se diminuir a dureza da
junta soldada, um pós-aquecimento deve ser aplicado imediatamente após a soldagem.
O pré-aquecimento, geralmente, é efetuado, utilizando-se queimadores
montados em um anel.
Ambiente e Altura Mínima do Solo para Execução da Soldagem
A soldagem não é executada sob chuva ou ventos fortes, a menos que
sejam tomadas precauções especiais. Para a soldagem com proteção gasosa, é necessário
proteger adequadamente o arco dos agentes externos.
Para a soldagem de dutos apoiados no solo, deve-se providenciar uma
folga mínima de 40 centímetros entre o solo e o tubo, permitindo um acesso adequado para
a soldagem. No Japão, a dimensão adotada é de 60 cm, no mínimo; para a soldagem dentro
de valetas, deve-se garantir espaço suficiente para o soldador trabalhar.
Outros Detalhes Pertinentes
183
Os materiais dos flanges utilizados em linhas de dutos devem ter baixo
conteúdo de carbono, manganês etc., para permitir boa soldabilidade.
Além disso, os acessórios fabricados para serem utilizados nestas linhas
devem obedecer à desenhos e especificações que os tornem adequados às operações de
soldagem.
Qualificação de Soldadores e Operadores
A soldagem de tubos requer soldadores altamente qualificados para o
serviço, de modo que os exames de qualificação devem incluir a soldagem de tubos fixos,
horizontais e verticais.
Inspeções e Ensaios
Inspeções Antes da Soldagem
A geometria e as condições da superfície das juntas são inspecionadas e
verifica-se o alinhamento, a abertura da raiz, as condições de ponteamento etc. Os
soldadores e engenheiros de solda são responsáveis pela condução desta verificação inicial.
Inspeção Durante a Soldagem
Para cada cordão de solda, devem ser verificados o formato e a possível
presença de defeitos. Toda escória deve ser cuidadosamente removida e, na ocorrência de
defeitos, estes devem ser reparados de acordo com as necessidades.
Inspeção Visual
Defeitos superficiais, como mordeduras, protusões, porosidade etc., são
inspecionados juntamente com o exame do formato, dimensões e condições da superfície
do cordão, imediatamente após a soldagem, para se tornarem as providências necessárias,
no caso da existência de imperfeições.
184
Ensaio Hidrostático e de Estanqueidade
A linha de dutos é ensaiada, para que se possa certificar da sua resistência
à pressão interna e, nessa ocasião, os vazamentos são também detectados. As condições e a
pressão do ensaio são determinadas de acordo com as normas e especificações adotadas.
Ensaios Não-destrutivos
Para o exame da região soldada das linhas de dutos, geralmente se
empregam os ensaios não-destrutivos. O exame radiográfico é o mais freqüentemente
utilizado. Por outro lado, a inspeção ultra-sônica também pode ser aplicada, sendo os níveis
de aceitação obtido das normas e especificações concernentes.
Defeitos na Soldagem
Dentre os defeitos possíveis de ocorrer em uma solda circunferencial, as
trincas, a falta de penetração extensa e a falta de fusão podem ocasionar acidentes após um
longo período de operação, ou causados pela influência do recalque de fundação, pelo
deslizamento do solo etc.
Por outro lado, as marcas de arco, a soldagem de pequenos acessórios na
tubulação etc. podem causar o endurecimento do material do tubo, ou mesmo o
aparecimento de trincas, que comprometem a linha de dutos. Os devidos cuidados devem
ser tomados, para se evitarem estes problemas.
A linha de duto poderá ainda sofrer as conseqüências da corrosão, ou da
corrosão sob tensão. Para atenuar estes efeitos, deve-se efetuar uma seleção criteriosa do
material-base, dos materiais de soldagem, das geometrias das juntas e das condições da
soldagem.
185
Desempeno
Contração e Tensões na Soldagem
Durante a soldagem ocorrem temperaturas muito altas nas áreas limitadas
à zona de soldagem, e por esta razão, o material aquecido tende a se dilatar. A dilatação
normalmente é dificultada pelo material frio que envolve a zona de soldagem, de modo que
tensões de compressão nesta região apareçam. Durante o esfriamento, o material ao redor
da zona de soldagem tende a se contrair novamente, no entanto, isso será dificultado pelo
material frio que se encontra mais afastado e trabalha como uma barra de fixação. Uma
tensão de contração aparece por esta razão na peça, que age com muita força e provoca
dilatações e recalques, bem como contrações e deformações elásticas e plásticas. No
resfriamento porém, o cordão de solda propriamente dito também se encolhe em todo o seu
comprimento, largura e espessura, razão pela qual surgem forças de contração direcionadas
no sentido longitudinal e transversal do cordão. Por conveniência diferencia-se três sentidos
de movimento da contração relativas ao cordão de solda:
1. Contração transversal;
2. Contração longitudinal;
3. Contração relativa à espessura.
Estes três tipos de contração agem geralmente ao mesmo tempo, porém,
na maioria dos casos somente um dos três casos de contração tem significado prático, às
vezes dois, e raramente os três merecem atenção ao mesmo tempo.
Contração Transversal
A experiência ensina que toda junta soldada se contrai transversalmente
ao cordão durante o resfriamento. Denomina-se contração transversal ao comprimento
aquela que permanece após a contração total durante o resfriamento, sendo a medida
186
original aquela existente antes da soldagem da junta. Esta, para cordões de solda de topo, é
de aproximadamente 0,6 a 3,3 mm conforme o tipo de soldagem, a largura e a espessura do
cordão de solda. Daí pode-se concluir que:
1. A quantidade de passes de solda não tem influência significativa
sobre a contração transversal;
2. Importante, entretanto, é a quantidade de calor fornecida em
relação à espessura do cordão de solda.
Já que a quantidade de calor aumenta com a largura do cordão de solda
para uma mesma espessura, deve-se escolher o menor ângulo de chanfro possível para
manter a contração transversal pequena.
Contração Angular
Uma forma especial da contração transversal é a contração angular, onde
um pequeno ângulo em relação ao plano de solda causa um pequeno movimento de rotação
em torno do cordão de solda. Este fenômeno é causado pela contração transversal dos
cordões de solda depositados na superfície. Quanto mais camadas são soldadas, maior é a
contração angular.
Contração Angular de Juntas em Ângulo
Cordões de solda de juntas em ângulo sobre chapas finas ou lâminas
provocam nestas peças uma dobra. Para se evitar este efeito, aplica-se, nos casos em que
seja possível, a soldagem intermitente, por exemplo, na fixação de nervuras em chapas
finas. O valor da contração angular de juntas em ângulo depende da espessura do cordão de
solda e da espessura da chapa. Quando a espessura do cordão de solda da junta em ângulo
for igual à metade da espessura da chapa, o que é muito comum em construções metálicas,
a contração angular será de aproximadamente 3 graus.
187
Contração Longitudinal
As zonas sob influência térmica ao lado do cordão de solda têm também a
tendência de se dilatar no sentido do comprimento. A dilatação por calor, na região de
solda, é dificultada pelas partes frias da peça. Resulta daí um recalque e, no resfriamento,
uma contração, que, conforme o engastamento que o material vizinho provoca, resulta em
deformações ou tensões internas.
Ação Conjunta das Contrações Transversais e Longitudinais
As contrações ao longo do cordão de solda dependem do comprimento do
cordão, da velocidade de soldagem, do formato do cordão (ou da junta), e da execução da
soldagem. A abertura do chanfro aumenta ou diminui, podendo até ocorrer casos em que
não se pode continuar a soldagem. As deformações são o resultado da ação conjunta das
contrações transversais e longitudinais durante a soldagem.
Como medidas preventivas tem-se:
1. Pontear em intervalos determinados;
2. Aumentar a velocidade de soldagem;
3. Soldar a “passo de peregrino” ou com avanços intermitentes.
Prevenção Contra Empenos e Deformações
Medidas gerais:
1. Progressões angulares e no comprimento;
2. Pré-tensionar e fixar as chapas. No entanto a fixação só é
conveniente em chapas finas e para evitar empenos angulares.
Não é possível evitar empenos de vigas com isto. Quando se
junta diversas peças soldadas para formar um conjunto
soldado, deve-se primeiro soldar totalmente as peças
individuais, e depois ajustá-las antes de montá-las em um
188
conjunto;
3. Escolher a seqüência de soldagem convenientemente.
Medidas Contra Contrações Transversais
1. Diminuir a aplicação de calor;
2. Efetuar a soldagem com vários passes;
3. Soldar a “passo de peregrino” ou com avanços intermitentes.
Medidas Contra Empeno Angular
1. Poucos passes;
2. Soldar em ambos os lados ao mesmo tempo ou alternadamente;
3. Utilizar junções de solda simétricas;
4. Aplicar uma pré-deformação angular em sentido contrário à
deformação angular de soldagem.
Tratamento Posterior
1. Desempeno a frio;
2. Desempeno a quente;
3. Desempeno a chama (maçarico).
Plano de Seqüência de Soldagem
A distribuição das tensões internas, bem como o tamanho e o tipo do
empeno dependem, além da forma do cordão de solda e da tecnologia de soldagem,
também da seqüência de soldagem. Dado que toda soldagem de cordão representa um
ponto de calor em movimento, é de significado decisivo para as contrações, deformações e
tensões na peça, o sentido em que este ponto se movimenta, a seqüência em que os diversos
cordões de solda ou trechos de cordões são combinados e a ação conjunta dos diversos
pontos de calor. Por este motivo, em construções soldadas complexas são preparados
planos de seqüência de soldagem. O plano de seqüência de soldagem determina onde e
189
quando devem ser executadas as soldagens, de modo mais favorável, cordões de solda que
podem se influenciar mutuamente quanto a temperatura e tensões.
190
Pré e Pós-aquecimento
A aplicação de um calor suplementar na peça antes ou depois da soldagem
pode ser uma parte muito importante dos procedimentos de soldagem. A elevação da
temperatura das peças de trabalho imediatamente antes da soldagem ou do corte é chamada
de pré aquecimento. A aplicação de um calor suplementar em uma junta soldada ou em
uma peça depois da soldada é chamada de pós aquecimento. Ambos podem ser aplicados
localmente na área de junção ou na peça inteira. Esses tratamentos são empregados no
corte e, particularmente, nas operações de soldagem, por várias razões dentre as quais as
mais importantes são:
1. Evitar trincas a frio nas zonas termicamente afetadas dos aços
temperados;
2. Aumentar a dureza da junta soldada e melhorar a sua
capacidade de resistir às condições adversas de serviço
envolvendo cargas de impacto ou baixas temperaturas;
3. Aliviar os efeitos do hidrogênio que penetra no metal de solda e
na zona termicamente afetada do metal de base;
4. Reduzir as tensões residuais (tensões internas devido à
contração, transformação de fase);
5. Minimizar contrações e distorções;
6. Produzir uma propriedade física ou mecânica particular no aço
no qual a soldagem é feita..
Certos aços-carbono e aços-liga são bastante sensíveis a taxas de
resfriamento e à temperatura final do resfriamento. A simples diferença de 100 graus na
temperatura do metal de base no início da soldagem, em certos casos pode determinar se a
soldagem será aceitável ou se aparecerá trincas. Enquanto por muitos anos o pré
aquecimento foi considerado necessário para assegurar uma junção aceitável, agora não
mais se trata da aplicação do pré aquecimento desse simples ponto de vista. Com alguns
191
dos novos aços ligas, pré aquecimento pode ser prejudicial para as propriedades finais da
união se aplicada sem observar outras considerações térmicas.
Por algumas razões de ordem mecânica e metalúrgica, precisa-se ter
atenção especial com:
1. Temperatura inicial do metal de base – que será a temperatura
de pré aquecimento se for elevado a um valor acima da
temperatura ambiente;
2. A temperatura do metal de base durante a deposição do metal
de adição – que é chamada de temperatura de “interpasse”;
3. Qualquer tipo de ciclo térmico ou tratamento aplicado depois da
operação soldagem – que é o tratamento posterior. Por último,
pode-se também realizar tratamentos a temperaturas abaixo de
zero juntamente com tratamento a elevadas temperaturas.
O pré aquecimento envolve o aumento da temperatura do metal de base
acima da temperatura da vizinhança antes de soldar. A parte integral a ser soldada pode ser
pré aquecida ou, se for necessário pré aquecimento local, somente a vizinhança da junta a
ser soldada é aquecida. O tratamento posterior – que é aquecer a peça soldada
imediatamente após o término da soldagem – sob certas circunstâncias, pode ser substituída
pelo pré aquecimento. A temperatura de pré aquecimento requisitada depende da
composição do aço, da rigidez do metal de base que será soldado e do processo de
soldagem. As temperaturas convenientes para pré aquecer variam de 100 F a 1200 F.
A determinação correta da temperatura é uma parte importante da técnica
do pré aquecimento. A temperatura pode ser medida ou estimada por vários métodos.
Termômetros de superfície, giz colorido que muda de cor a temperaturas conhecidas e
bolinhas que se fundem a temperaturas conhecidas são alguns poucos métodos práticos.
Apesar de outros efeitos, é uma regra universal que o pré aquecimento
diminui a taxa de resfriamento após a soldagem. Para um dado conjunto de condições de
soldagem (corrente, velocidade de soldagem, etc.) as taxas de resfriamento serão mais
rápidas numa soldagem feita sem pré aquecimento do que com pré aquecimento. Quanto
192
maior a temperatura de pré aquecimento, menor será a taxa de resfriamento depois que a
soldagem é completada. Alem disso, reduzindo o gradiente de temperatura, que é o
principal fator da taxa de resfriamento, pré aquecimento diminui a condutividade térmica
do ferro, que a 1100 F é somente a metade da sua condutividade à temperatura ambiente.
Baixa condutividade térmica resulta numa maior demora para que o calor se dissipe da zona
soldada, e a baixas taxas de resfriamento. Mais, um aumento da temperatura do metal de
base geralmente aumenta o superaquecimento da poça de fusão na soldagem a arco. Como
resultado, os passes depositados nas juntas pré aquecidas tendem a ser mais fluidos,
exibindo depois de resfriado uma superfície mais lisa ou mais côncava que os passes
depositados sem o pré aquecimento.
Aumentando o calor da peça na operação, o pós aquecimento reduz a taxa
de resfriamento e, se adequado, previne as zonas duras das martensitas.
Não tem uma diferença essencial entre pré aquecer ou pós aquecer a peça
uma vez que o pós aquecimento é aplicado antes da peça resfriar até a temperatura
ambiente; se a peça se resfriar, martensita pode se formar que é acompanhado por trincas,
cujo tratamento posterior ajuda a corrigir.
193
Custos de Soldagem
Existem alguns critérios para se avaliar a eficiência de um processo de
soldagem. Dentre estes critérios, o fator de trabalho e a eficiência do consumível podem ser
citados.
Fator de trabalhotempo de arco aberto
tempo total. . (%)
. . .
.=
Eficiencia do consumívelpeso do metal depositado
peso do consumível utilizado. .
. . .
. . .=
Em relação ao fator de trabalho, tem-se:
1. Eletrodo revestido >> 25 - 30%
2. MIG/MAG/Arame tubular >> 40 - 45%
3. Arco submerso >> 50 - 55%
Já em relação à eficiência do consumível, os seguintes valores são
obtidos:
1. Eletrodo revestido >> 55 - 60%
2. Arame MIG/MAG >> 90 - 95%
3. Arame tubular >> 80 - 85%
4. Arame Arco submerso >> 98%
5. Vareta TIG >> 98%
Verifica-se a grande eficiência do processo através do arco submerso, o
que faz concluir que sempre que possível, a utilização deste processo é válida.
194
A critério de ilustração, a seguir será feita uma comparação, em termo de
tempos e valores, entre a utilização da soldagem manual por arco voltaico ou soldagem
MAG para a soldagem de três peças.
1. Para a soldagem manual:
- Tipo do eletrodo >> RR6 2,5 x 350mm
- Corrente de soldagem >> 125 A
- Perda do coto >> 50mm
- Dispêndio do tempo para 3 peças >> retirada da escória e
limpeza = 13,5 min, dos quais o tempo líquido de soldagem =
5 min
- Dispêndio de material para 3 peças = 6,5 eletrodos.
2. Para a soldagem MAG:
- Tipo de aparelho >> Aparelho MAG 350 A
- Gás de proteção >> gás misto com 82% de argônio e 18%
de CO2
- Eletrodo-arame de 0,8mm
- Dispêndio do tempo para 3 peças >> tempo de preparação
+ tempo de limpeza = 2 min, e o tempo líquido de soldagem
= 1,8 min.
- Dispêndio de material para 3 peças = 90 g de eletrodo-arame
e cerca de 18l de gás misto.
- É soldado com 170 A até 180 A num avanço do arame de
13,2 m/min e com quantidade de gás de 10 l/m.
Verifica-se, do mostrado acima, que o processo MAG mostrou-se mais
eficiente haja visto que o tempo necessário para a realização do processo foi menor, além
da melhor qualidade deste processo.
A diminuição de custos tem início com a soldagem de um elemento
estrutural de construção. O quanto mais se conseguir diminuir o número dos cordões de
195
solda num material, reduzir-se-á o custo da soldagem, o aporte térmico no elemento
diminuindo, com isso, a probabilidade da existência de defeitos e de tensões residuais. O
caminho que leva à diminuição dos cordões de solda pode conduzir à utilização de perfis
laminados, chapas dobradas ou a partes forjadas.
O custo por quilo de eletrodo atualmente é de cerca de US$ 2,5. Para
navios é comumente adotado que o peso da solda corresponde a cerca de 10% do peso do
navio. Com estas estimativas é possível a determinação do custo do material para a
soldagem ao qual deve ser adicionado o custo da hora trabalhada do soldador e o custo da
energia necessária.
196
Segurança na Soldagem
Recentemente, as construções soldadas vem sendo empregadas em uma
ampla gama de estruturas metálicas em particular de aço, e, sendo assim, os acidentes em
serviços devidos a soldagem tendem a crescer. Embora não se limitem a soldagem, os
acidentes são causados principalmente pela falta de cuidados das próprias vítimas, pela
operação incorreto do aparelhamento, pelo uso impróprio dos equipamentos de proteção
etc. A maioria dos acidentes poderia ser prevenida. Assim, para evitar que eles aconteçam,
deve-se Ter conhecimento das medidas corretas a serem tomadas, para evitara ocorrência
de acidentes.
Acidentes Provocados por Radiação do Arco
Radiação Visível
Todos os raios visíveis são transmitidos através da córnea e do cristalino,
até atingirem a retina. Quando expostos a forte luminosidade, os olhos ficam muito
fatigados, perdendo muito de sua eficiência. No entanto, este fenômeno, geralmente, é
temporário. Entrementes, uma vez que os raios visíveis são refratados pelo cristalino, para
serem focalizados na retina, olhos expostos à luminosidade muito intensa podem sofrer
danos.
Meios de Proteção
Óculos
Os óculos, como primeiro requisito, devem ter capacidade de atenuação,
para enfraquecer apropriadamente o raios visíveis, e ter capacidade de absorver e barrar os
raios ultravioletas e infravermelhos. A cor dos óculos deve ser escolhida corretamente, de
acordo com os conceitos de fisiologia e do comportamento dos olhos. Óculos com alta
197
pureza de cor, seja azul, vermelha ou violeta, não são recomendados, devendo-se dar
preferencia a óculos que transmitam uma faixa mais ampla do espectro. As cores mais
adequadas são cinza, a marrom e o verde escuro.
Máscaras
As máscaras são utilizadas para cobrir toda a face, e podem ser do tipo
capacete e do tipo movido a cabo, para serem seguradas com a mão. Elas servem para
proteger o rosto das queimaduras devidas à radiação ou a salpicos de solda nas partes não
protegidas pelo óculos.
Mesmo que os óculos e a máscara sejam utilizados, é difícil conseguir a
proteção completa dos raios vindos obliquamente, portanto, cuidados adicionais devem ser
tomados.
Para proteger os trabalhadores dentro da área de influência dos raios , o
ideal é isolar o local de soldagem. Entretanto, em situações em que este local de soldagem é
móvel , devem ser previstos divisões e anteparos adequados.
Acidentes Provocados por Choques Elétricos
Existem vários tipos de acidentes causados por choques elétricos,
podendo ocorrer, inclusive, casos fatais. Mesmo os choques fracos poderão causar outros
acidentes, como a queda do trabalhador de lugares elevados. Uma ação descuidada de um
trabalhador poderá causar, muitas vezes, graves acidentes em outros que se encontrem nas
proximidades.
198
Precaução Contra Acidentes Causados por Choques Elétricos
Acidentes causados choques elétricos podem levar à morte, e medidas
devem ser tomadas para evitar. Sendo assim, ao menos os itens de segurança citados a
seguir devem ser estritamente observados:
1. Utilização de luvas e botas protetoras perfeitamente isoladas,
dispositivos para reduzir a voltagem também devem ser
previstos;
2. As vestimentas devem estar sempre secas; quando se usam
roupas molhadas de suor, aumenta a suscetibilidade aos
choques elétricos;
3. Os cabos devem ter seu isolamento em perfeito estado; os
alicates de solda também devem ser isolados eletricamente;
4. Os alicates não devem ser deixados no chão, mas sim, apoiados
em superfícies isolante ou então suspensos adequadamente;
5. A carcaça da máquina de solda deve ser isolada e aterrada
perfeitamente;
6. Na substituição do eletrodo deve-se tomar cuidado especial;
7. Ao finalizar o trabalho de soldagem, deve-se sempre desligar a
chave geral de alimentação da máquina de solda
Acidentes Provocados por Gases Tóxicos
Os gases venenosos gerados durante a soldagem são CO e CO2, além
destes, outros gases tóxicos são geralmente temporariamente pela decomposição térmica da
pintura antiferrugem, de detergentes à base de hidrocarbonetos clorados etc. Na soldagem a
arco com proteção gasosa, como o processo MIG ou MAG, a quantidade de gás gerado é
ainda maior quando se compara a outros processos exigindo-se cuidados especiais.
A influência sobre o corpo humano e os valores críticos para estes gases
são os que se seguem:
199
1. Monóxido de Carbono: Na vizinhança do arco, o CO2 é
praticamente reduzido a CO. A contração decresce
sensivelmente, a medida que se afasta do arco. O monóxido de
carbono tem grande afinidade com a hemoglobina, reduzindo,
portanto, a capacidade de transmissão de oxigênio pelo sangue.
O valor limite para o CO é de 50 ppm. Um homem não pode ser
exposto a 400 ppm por mais de uma hora;
2. Dióxido de carbono: Existem cerca de 300 ppm de CO2 no ar e,
em um recinto fechado, a concentração é maior. Em geral, o CO2
não é considerado um gás venenoso por si só, mas existe o
perigo de sufocação por falta de oxigênio. Uma vez que o
dióxido de carbono é mais pesado que o ar deve-se tomar
especial cuidado quando se soldar em recintos fechados. O
valor limite para o dióxido de carbono é 5000 ppm.
Controle Ambiental
Ventilação
1. Ventilação Geral: A ventilação da oficina de soldagem deve ser
a mais ampla possível, utilizando-se, se necessário, ventiladores
e insufladores, em localizações adequadas.
2. Ventilação Local: A ventilação local pode ser de dois tipos:
aspiração imediata da fumaça de solda e gases na fonte
geradora, que são descarregados para fora da oficina, ou nos
casos em que a geração for em pequena escala, faz-se com que
os gases aspirados sejam filtrados novamente para o interior,
como ar limpo. O ideal é aspirar a fumaça na fonte, antes que
se difunda. Os pontos- chave deste sistema são a forma e o
método de instalação do bocal de sucção.
200
Protetores de Gases e Fumaça:
A fumaça e o gases gerados na soldagem a arco devem ser removidos
pela ventilação mencionada, para preservar o ambiente de trabalho, mas, dependendo do
tipo de trabalho, não se pode aplicar a ventilação. Em tais casos, as máscaras devem ser
utilizadas.
1. Respiradores que Retêm a Poeira: estes devem ser usados se
trabalha em ambiente carregados de fumaça e pó, mas são
ineficazes com respeito a substancias gasosas. Não devem ser
usados houver risco de oxigênio. Os respiradores podem ser do
tipo direto, ou do tipo separado, e devem ser escolhidos com o
ambiente de trabalho.
2. Respiradores para Prevenir Gases Venenosos: Em espaços
fechados, como num tanque ou num túnel, respiradores como
para gases venenosos devem ser utilizados. Eles deverão ser
escolhidos de modo anão incompatibilizarem com os óculos
eventualmente empregados.
Acidentes Provocados por Salpicos e Escórias
Durante a soldagem , são poucos os acidentes que ocorrem por causa de
salpicos, mas, após a soldagem, durante a limpeza das zonas soldadas, fragmentos de
escórias podem atingir os olhos, inflamando-os. Portanto os óculos de proteção devem ser
usados pelos soldadores.
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Luvas Protetoras
As luvas de proteção devem ser, preferencialmente de couro e de raspa de
couro.
202
Simbologia Relativa à Soldagem
A fim de garantira a execução correta e o cumprimento do nível de
qualidade requerido para uma junta soldada, o projetista deve dispor de meios racionais e
concisos para transmitir as instruções necessárias ao soldador. Os símbolos referentes à
solda foram então introduzidos para suprir aquele canal de comunicação; através deles, o
soldador pode obter as informações concernentes ao formato da junta, ao método de
soldagem, à aparência e ao acabamento do cordão, ao seu comprimento, etc. Existem várias
normas internacionais para os símbolos referentes à soda, dentre as quais se destacam as da
AWS, JIS, BS, DIN, etc. A ABNT possui também suas especificações, a norma P-TB-
2/1962. Pela conveniência da universalização da simbologia referente à solda, a ISSO
(Organização Internacional de Padrões) realizou um extenso trabalho de padronização cujos
resultados são mundialmente conhecidos. Recorda-se, neste particular, que a própria JIS
baseou sua padronização na AWS e implementou-a com normas de outras especificações
conhecidas.
A simbologia relativa à solda é composta de símbolos básicos e símbolos
suplementares, sendo ambos indicados em uma linha de referência. A fim de assegurar o
desempenho de uma junta soldada, muitas vezes, é necessário especificar a realização de
ensaios não-destrutivos, o que é efetuado por meio de uma simbologia especialmente
desenvolvida para representar os ensaios em referência. Assim, através da utilização
adequada da simbologia referente à solda e aos ensaios, garante-se a integridade da junta a
ser executada.
Símbolos Básicos
A simbologia básica referente à solda divide as juntas em quatro tipos
fundamentais, englobando a soldagem com chanfro, a soldagem de filete, outros tipos de
soldagem a arco elétrico e a soldagem por resistência. Os símbolos utilizados na soldagem
com chanfro depende do formato do chanfro e, na soldagem por resistência, dependem de
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seu tipo como a soldagem por pontos e por costura. A tabela abaixo apresenta os símbolos
básicos especificados pela norma JIS. Os símbolos podem ser executados, na prática, por
meio de um esquadro e alguns gabaritos apropriados. Os formatos dos símbolos, bom como
seus detalhes, estão nas especificações correspondentes.
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Símbolos Suplementares
Os símbolos suplementares são empregados para detalhar ou explicar
alguma característica do cordão, como sua aparência, seu acabamento, etc. Como o próprio
nome indica, eles suplementam os símbolos básicos, sendo geralmente apresentados na
cauda ou junto à linha de chamada da linha de referência. A tabela abaixo apresenta os
símbolos suplementares segundo a norma JIS que são bastante semelhantes aos
especificados pela AWS.
Representação dos Símbolos
A representação dos símbolos referentes à solda, segundo as normas da
AWS e da JIS, é efetuada segundo as regras básicas enumeradas a seguir:
- Os símbolos relativos à solda deverão indicar, basicamente, o tipo de
junta a ser utilizado na união de dois membros estruturais, exceto nos
casos de cordões depositados ou soldagem de enchimento;
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- Os símbolos deverão ser indicados na linha de referência, juntamente
com as dimensões da união soldada;
- A linha de descrição deve ser composta pelas linhas de
referência e de chamada, esta última terminando em seta e
indicando onde a união será efetuada. A linha de referência
deverá ser reta e, de preferência, horizontal, podendo ser
terminada pela cauda. A linha de chamada, por sua vez, deverá
formar um ângulo de 60 graus em relação à linha de referência,
podendo, no entanto, ser reta ou quebrada, conforme a
necessidade. Deverá ainda possuir a seta em sua extremidade,
conforme foi indicado anteriormente;
- Os símbolos e dimensões devem ser indicados bem junto à linha
de referência, sendo colocados sob esta linha nos casos em que
a solda é executada pelo lado da seta, ou sobre a linha de
referência nos casos em que a solda é executada pelo lado
oposto ao indicado pela seta;
- Os símbolos suplementares, indicativos, por exemplo, de
soldagem no campo, soldagem em todo o contorno, etc, devem
ser apresentados na interseção da linha de referência com a
linha chamada;
- Quando for necessário haver uma identificação especial
referente ao processo de soldagem ou a outra informação
semelhante, ela deverá ser colocada na cauda da linha de
referência;
- A localização padronizada dos símbolos referentes à solda e às
dimensões da junta soldada é indicada abaixo.
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Exemplos de Utilização dos Símbolos de Solda
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Glossário
Este glossário tem por finalidade definir os termos e expressões técnicas
usadas em soldagem.
Alma do eletrodo: Núcleo metálico de um eletrodo revestido.
Bolha ou poro: Vazio encontrado numa solda, causado por gases
dissolvidos no material em fusão ou formados por reações
químicas antes da solidificação total da poça de fusão.
Borda de cordão de solda: Linha de separação entre a superfície do
cordão de solda e a do metal de base.
Camada: Depósito de material obtido em um ou mais passes num
mesmo nível.
Chanfro: Corte efetuado nas bordas das peças a soldar, podendo ter
vários formatos.
Cobre-junta ou mata-junta ou contra-chapa: Material usado como
apoio, atrás da junta, durante a soldagem, que tem a finalidade de
reter o material de fusão e de se obter uma boa raiz de solda. O
cobre-junta pode permanecer ou ser removido após a soldagem.
Comprimento do arco: Distância medida no eixo do eletrodo, desde
a extremidade da alma até a superfície do material liqüefeito
depositado.
Cordão de solda: Material depositado em um ou mais passes.
Entende-se como cordão, a solda executada num só lado da junta
Cordão orientado: Soldagem na qual os trechos do cordão de solda
são inicialmente espaçados uns dos outros vindo a ser unidos
posteriormente.
Corrente de soldagem: Intensidade da corrente que circula pelo
eletrodo, na realização de uma soldagem.
Cratera: Cavidade formada pelo arco voltáico no momento de sua
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extinção.
Diâmetro do eletrodo: Diâmetro da alma do eletrodo revestido ou da
vareta metálica (ou fio) quando o eletrodo for nu.
Diluição: É a proporção na qual o metal de base entra na
composição da zona fundida.
Eixo da solda: Lugar geométrico dos centros de gravidade das
seções transversais da solda.
Eletrodo consumível: Vareta ou rolo de fio de metal, revestido ou
não, que fundido, constitui o metal de adição.
Eletrodo não-consumível: Eletrodo metálico ou não, usado com o
propósito de abrir um arco voltáico, produzindo calor para a
soldagem.
Eletrodo nu: Eletrodo não revestido.
Eletrodo para soldagem elétrica: Eletrodo consumível ou não,
utilizado em soldagem elétrica.
Eletrodo revestido: Eletrodo possuindo material de revestimento
para melhorar as condições do arco e do metal depositado.
Escória: Resíduo não-metálico proveniente da operação de
soldagem.
Fase de uma solda: Superfície oposta à raiz de uma solda.
Fluxo: Substância gasosa ou sólida-fundente que tem por finalidade
melhorar as condições elétricas, físicas e metalúrgicas da
soldagem.
Fresta: Espaço deixado entre as frestas a serem soldadas.
Garganta: Ângulo plano de uma junta.
Grau de deposição: Eletrodo fundido por hora.
Inclusão de escória: Material não-metálico encontrado no interior de
uma solda.
Junta: Região onde duas ou mais peças serão unidas por soldagem.
Junta de topo: Junta em que, numa seção transversal, os
componentes a soldar possuem espessuras semelhantes e
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encontram-se aproximadamente num mesmo plano.
Junta de ângulo: Junta em que, numa seção transversal, os
componentes a soldar apresentam-se sob forma de um ângulo.
Junta sobreposta: Junta formada por 2 componentes a soldar, de tal
maneira que suas superfícies sobrepõe-se.
Junta de aresta: Junta em que, numa seção transversal, as bordas
dos componentes a soldar formam aproximadamente um ângulo
de 180 graus.
Leito ou cama de fluxo: Camada de fluxo colocada atrás da junta
durante a soldagem pelo processo “arco submerso” que tem a
finalidade de reter o material em fusão.
Metal de adição: Material adicionado, em estado de fusão, durante
um processo de soldagem.
Metal de base: Material da peça que sofre um processo de soldagem.
Metal de depositado: É a parte do metal de adição que, num
processo de soldagem, não sofreu influência do metal de base.
Mordedura: Reentrância no metal de base que pode aparecer ao
longo da borda do cordão de solda.
Nariz: Parte não chanfrada de um componente de junta.
Normalização: Tratamento térmico que consiste no aquecimento
controlado da região da solda à temperatura de austenitização,
até que haja homogenização, seguido de um resfriamento ao ar
calmo, a fim de se obter um refinamento de grão.
Operador: Pessoa que executa um processo de soldagem
automática, manobrando a máquina que mantém o arco elétrico e
as demais condições térmicas necessárias à execução de uma
solda.
Passe: Depósito de material obtido pela progressão sucessiva de
uma só peça de fusão.
Passe descontínuo: Técnica de soldagem na qual trechos iguais de
solda são depositados a intervalos regulares. Pode-se ter:
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1. Passe descontínuo coincidente;
2. Passe descontínuo intercalado.
Passe à ré: Soldagem no qual os trechos do cordão de solda são
executados em sentido oposto ao ,da progressão da soldagem, de
forma que cada trecho termine no início do anterior, formando,
ao todo, um único cordão.
Passe estreito ou filete: Depósito efetuado, seguindo a linha de
solda, sem movimento lateral.
Passe oscilante: Depósito efetuado com movimento lateral do
eletrodo.
Penetração de solda: Distância da superfície original do metal de
base ao ponto em que termina a fusão, medida
perpendicularmente à mesma.
Perna de um cordão de solda:
1. Em solda de ângulo: comprimento dos catetos do maior triângulo
retângulo inscrito numa seção transversal do cordão.
2. Em solda de topo: espessura da peça mais fina, na junta soldada.
Não se leva em conta o excesso de solda depositada como reforço.
Poça de fusão: Zona em fusão, a cada instante, durante a soldagem.
Polaridade direta (eletrodo negativo): Tipo de ligação para
soldagem com corrente contínua, onde os elétrons deslocam-se
do eletrodo para a peça.
Polaridade inversa (eletrodo positivo): Tipo de ligação para
soldagem com corrente contínua, onde os elétrons deslocam-se
da peça para o eletrodo.
Porosidade: Agregado de poros ou bolhas.
Pós-aquecimento: Aquecimento da região soldada subseqüente a
uma operação de soldagem ou corte a quente.
Pré-aquecimento: Aplicação de calor ao metal a ser soldado,
imediatamente antes da operação de soldagem, a fim de se obter
uma temperatura adequada à operação.
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Raiz da solda: Ponto mais profundo do cordão de solda, em uma
seção transversal.
Recozimento: Tratamento térmico que consiste no aquecimento
controlado de uma junta ou conjunto soldado até acima da
temperatura de transformação, para completa austenitização,
seguido de um resfriamento lento.
Recozimento para alívio de tensões: Tratamento térmico que
consiste no aquecimento controlado de uma junta ou conjunto
soldado até abaixo da temperatura de início de transformação,
permanecendo por um certo tempo, seguido de um resfriamento
lento.
Reforço de solda: Excesso de metal depositado nos últimos passes
(ou na última camada).
Revestimento do eletrodo: Fluxo que envolve a alma do eletrodo,
tendo finalidades elétricas, físicas e metalúrgicas.
Símbolos de solda: Representação gráfica dos tipos de junta,
cordões, natureza de soldagem, etc., a ser usada nos desenhos e
projetos.
Solda de aresta: Solda executada em uma junta de aresta.
Solda em ângulo: Solda de seção transversal aproximadamente
triangular, executada em juntas de ângulo e sobreposta.
Solda de tampão ou em fenda: Solda feita em um furo circular ou
não, situado em um dos componentes de uma junta sobreposta,
ligando este componente à parte de superfície do outro que está
acessível através do furo. O furo pode ser ou não preenchido
completamente.
Solda de topo: Solda executada em uma junta de topo.
Solda descontínua coincidente ou em cadeia: Solda em ângulo
usada nas juntas de cordões intermitentes (trechos de cordão
igualmente espaçados) que coincidem entre si, de tal modo que a
um trecho de cordão sempre se opõe outro.
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Solda descontínua intercalada ou em escalão: Solda em ângulo
usada nas juntas de cordões em “T”, composta de cordões
intermitentes que se alternam entre si, de tal modo que a um
trecho de cordão se opõe uma parte não isolada.
Soldabilidade: É a capacidade de um metal ser soldado sob
determinadas condições de fabricação, impostas a uma estrutura
adequadamente projetada e para um desempenho satisfatório nas
finalidades a que se destina.
Soldador: Elemento capacitado a executar soldagem manual e/ou
semi-automática.
Soldagem automática: Soldagem com um equipamento que executa
toda a operação, sem observação constante e nem ajuste do
controle por parte se um operador.
Soldagem manual: Processo no qual toda a operação é executada e
controlada manualmente.
Transbordo: Protuberância do metal da solda além da zona de
ligação e da borda do cordão de solda.
Zona afetada pelo calor: Porção do metal de base que não sofreu
fusão, mas teve suas propriedades mecânicas ou microestrutura
afetadas pelo calor da solda ou corte a quente.
Zona fundida: Região que sofre fusão durante uma soldagem.
Zona de ligação ou de transição: Limite entre a zona fundida e o
metal de base.