Universidade Presbiteriana Mackenzie

Escola de Engenharia

Processos de Soldagem

1º Relatório de Soldagem

Leonardo Rodrigues da Silva - 30987385

Tiago Barrence Crepaldi - 30980577

7° D 12

São Paulo2012

Índice

1. Tipos de Maçaricos

1.1. Maçarico para Solda

1.2. Maçarico para Corte

1.3. Válvulas de Segurança

2. Soldagem Oxiacetilênica

2.1. Processo de brasagem

2.2. Processo de aquecimento

2.3. Procedimento para brasagem

2.4. Consumíveis

2.5. Materiais soldáveis

3. Processo de Oxicorte

3.1. Definição do Processo

3.2. Gases Utilizados no Oxicorte

3.3. Vantagens e Desvantagens no Processo Oxicorte

3.4. Aplicabilidade do Processo na Indústria

4. Processo de Corte Plasma

4.1. Definição do Processo

4.2. Vantagens e Desvantagens do Processo

4.3. Aplicabilidade do Processo na Indústria

5. Segurança nos Processos

5.1. Processo de Soldagem Oxiacetilênica

5.2. Processo de Oxicorte

5.3. Processo de Corte Plasma

Objetivo

O presente relatório tem como finalidade, discorrer sobre diversos elementos constituintes do universo e dos processos de soldagem. Assim como apresentar as diferentes características, vistas e citadas durante as práticas de laboratório e de sala de aula.

Tendo em vista, o grande número de processos e práticas relacionadas à soldagem, não é intenção deste relatório abordá-las de forma intensa, e sim dar uma visão geral, que possibilite ao leitor adquirir bons conhecimentos a cerca do tema.

1. Tipos de Maçaricos

Os maçaricos são dispositivos utilizados no processo de soldagem, que recebem o oxigênio e o gás combustível, puros e fazem a sua mistura na proporção, volume e velocidade adequados à chama desejada.

Uma das grandes vantagens destes sistemas é o total controle por parte do operador, quanto às características da chama. A mesma se faz através do acionamento dos registros de gases (oxigênio e gás combustível), o volume liberado dos gases determinará o tamanho da chama e sua capacidade de aquecimento; a velocidade determinará se a chama será suave, intermediária ou violenta e a proporção dos gases determinará seu caráter carburante, oxidante ou neutra.

Basicamente existem dois tipos de maçarico: os de média pressão, do tipo misturador e os de baixa pressão, do tipo injetor. Os mesmos são discutidos mais detalhadamente abaixo.

1.1. Maçarico para Solda

1.1.1. Tipo Misturador

Este tipo de maçarico é utilizado juntamente com cilindros ou geradores de acetileno de média pressão, sendo usadas as mesmas pressões de trabalho para o oxigênio e para o gás combustível.

Um maçarico de solda do tipo misturador é constituído basicamente pelas seguintes partes:

1 – Registro de oxigênio;2 – Registro de gás combustível;3 – Câmara de mistura;4 – Divergente;5 – Extensão;6 – Bico.

1.1.2. Tipo Injetor

Nos maçaricos do tipo injetor o oxigênio passa a grande velocidade através de um pequeno orifício, criando um vácuo parcial que arrasta o gás combustível. Os gases passam então por um tubo divergente, onde se misturam, perdem velocidade e ocorre um aumento de pressão. Saindo do divergente, a mistura se completa e segue até a ponta do bico. Neste dispositivo não ocorre à variação na proporção da mistura provocada por flutuações na pressão de oxigênio.

Os maçaricos injetores são constituídos por:

1 – Registro de oxigênio;2 – Registro de gás combustível;3 – Injetor;4 – Divergente;5 – Extensão;6 – Bico.

As imagens abaixo mostram alguns modelos de maçaricos do tipo misturador e injetor e seus diversos acessórios.

Maçaricos Tipo Misturador Maçaricos Tipo Injetor

É interessante notar, que a extensão e o bico destes dispositivos são intercambiáveis e de diversos tamanhos, devendo ser escolhidos em função das peças a serem soldadas. A correta manutenção destes equipamentos, juntamente com outras atitudes preventivas minimiza a formação do fenômeno conhecido como “engolimento de chama”, que se caracteriza pela queima do gás combustível no interior do bico, o qual pode causar danos ao equipamento, além de causar acidentes e acentuar o risco de explosões.

1.2. Maçarico para Corte O maçarico utilizado no corte a gás é basicamente igual aos outros dispositivos

do processo de solda, diferenciando-se apenas pelos tipos de bicos e pela existência de uma tubulação extra para o oxigênio. Pode, portanto ser do tipo misturador ou injetor.

Neste dispositivo, a tubulação extra de oxigênio é controlada por uma alavanca de acionamento rápido que tem a função de expulsar o material em fusão, executando assim o corte. Os bicos para o processo de corte são diferenciados geometricamente dos bicos usados para soldagem, pois possuem um orifício central, por onde flui o oxigênio puro no instante do corte e outros orifícios menores ao redor do central responsáveis pelo aquecimento da peça.

Acima são mostrados alguns dispositivos utilizados no processo de corte. Os equipamentos deste processo podem ser manuais ou mecanizados, sendo que este último realiza um corte com velocidade controlada, melhorando assim a aparência e regularidade da superfície trabalhada.

1.3. Válvulas de Segurança

No processo de solda, as válvulas de segurança são também chamadas de válvulas corta chama, permitindo a passagem de altos fluxos gasosos e têm a função principal de extinguir a chama quando a mesma sofre um retrocesso para dentro dos Reguladores. O dispositivo possui internamente uma válvula anti-retrocesso do fluxo gasoso, prevenindo o avanço do retrocesso da chama e o fluxo reverso de gases, impedindo a queima ou a mistura dos gases oxi-combustíveis dentro do regulador ou do sistema de fornecimento de gases.

O dispositivo impede a propagação do fluxo de gás na direção inversa à natural do sistema e o filtro de aço inoxidável sinterizado age como uma barreira que bloqueia

e apaga a chama. São reutilizáveis, têm grande resistência mecânica e não precisam ser rearmadas.

Uma das características construtivas desta válvula é o sistema de rosqueamento no maçarico, a válvula utilizada para o oxigênio possui rosca direita, enquanto a do gás combustível possui rosca esquerda, o que garante o sua adequada instalação.

2. Soldagem Oxiacetilênica

2.1. Processo de Brasagem

O termo brasagem abrange um grupo de processos de união que produz a coalescência de metais ferrosos e não ferrosos, pelo aquecimento dos mesmos a uma temperatura abaixo de sua temperatura “solidus” (temperatura de fusão), e pela fusão do metal de adição, que é formado por uma liga metálica com baixa temperatura de fusão, normalmente constituída de estanho e chumbo. Ou seja, na brasagem, diferentemente da soldagem, o metal de base nunca é levado à fusão, isto implica que não é necessário tem uma elevada grau de aquecimento em regiões próximas a solda, preservando assim a estrutura cristalina do metal de base, e consequentemente, suas propriedades mecânicas.

Este processo pode ser dividido em três tipos distintos: Brasagem propriamente dita, solda brasagem e solda branda.

Brasagem propriamente dita: Processo no qual o metal de adição possui temperatura de fusão compreendida entre, a temperatura de fusão do metal base (maior temperatura), e aproximadamente 400°C (menor temperatura);

Solda branda: Processo no qual o metal de adição possui temperatura de fusão abaixo da temperatura de fusão do metal base, e abaixo também da temperatura de 400°C;

Nestes dois primeiros casos, na preparação da junta que antecede o processo de soldagem, deve-se dar o devido cuidado a folga entre as duas partes a serem unidas, tendo em mente o modo de aquecimento e a diferença do coeficiente de dilatação térmica entre as partes, quando esta diferença existir, já que estes tipos de solda se da pelo principio de capilaridade, onde o metal de adição “flui” para dentro da fresta, que existe entre as duas partes a serem unidas e pela difusão atômica.

Soldabrasagem: Processo que ocorre quando a folga existente entre as duas peças a serem unidas não existe, ou possui pequenas dimensões, onde o coalescimento das partes é feito exclusivamente pela difusão atômica.

2.2. Processos de aquecimento

Como a tempera para execução dos processos de brasagem, ocorre a temperaturas abaixo da temperatura de fusão do metal de base, este aquecimento pode ser feito de diversas formas, apresentando cada uma destas formas, alguma particularidade.

Maçarico: Os gases mais comuns para a realização deste tipo de aquecimento é o oxigênio e acetileno, simplesmente pela disponibilidade destes gases. Com este método consegue-se tem um bom controle da região a ser aquecida, e principalmente ter o controle de aquecimento de cada peça, muito importante quando as peças a serem unidas possuem coeficiente de dilatação distintos.

Forno: Utilizado para produção em massa de peças com pequena massa, já que as peças a serem unidas, devem ser posicionadas, junto com o metal de adição dentro do forno, não havendo possibilidade de manuseio por parte do soldador. Com o controle da atmosfera que existe dentro do forno e da câmara adjacente para resfriamento, consegue-se eliminar o uso de fluxos de proteção da solda, já que a própria atmosfera redutora fara este papel.

Imersão: Mais indicado para a produção em massa, já que necessita de um menor tempo para se atingir a temperatura de trabalho, neste tipo de aquecimento as peças a serem brasadas são imersas em um banhos de sais fundido e protetor, devesse dar atenção maior na fixação das peças e do metal de adição, já que como no caso do forno, não ha intervenção humana no momento da fusão do metal de adição.

Indução: O aquecimento da peça é obtido pela dissipação de calor provocada por correntes elétricas induzidas por uma bobina conectada a uma fonte de energia elétrica corrente alternada. Neste tipo de aquecimento consegue-se um aquecimento muito localizado, sem propagação exagerada de calor nas vizinhanças.

Resistencia: Utiliza o efeito Joule para a geração de calor, fazendo com que uma corrente flua através das peças a serem unidas, provocando assim a fusão do metal de adição. A corrente é aplicada a peça através do contato direto de dois eletrodos, um de cada lado da peça.

2.3. Procedimento para brasagem

Os procedimentos que antecedem o processo de brasagem são aplicados a todos os tipos de aquecimento, tendo como diferencial o meio de fixação da peça e do metal de adição, quando este for preciso.

Estabelecimento da folga entre as peças: Esta etapa é muito importante, já que é na mesma que se diferencia o processo de brasagem e

soldabrasagem, tendo resultados diferentes para diversos materiais. A folga entre as peças deve ser bem controlada, pois um excesso na folga poderia contribuir negativamente para a junta soldada;

Limpeza da peça: As superfícies que estarão em contato com o metal de adição devem estar isentas de óleos, graxas, óxidos, dentre outros. Para permitir que o metal de adição “molhe” de forma mais uniforme o metal de base. Esta limpeza pode ser feita de diversos modos dependendo das impurezas que se quer remover, podem se citar a lixamento, decapagem, banhos em solventes e soluções alcaninas, dentre outras;

Fluxagem das peças: Esta etapa deve ser feita logo após a limpeza das peças, a fim de protegem as superfícies, criando uma atmosfera protetora, no inicio do processo de brasagem, sendo que os fluxos utilizados na indústria são na forma de pastas, pós ou líquidos. Eles são escolhidos em função da temperatura de trabalho e dos metais envolvidos no processo;

Montagem: Devesse realizar a montagem da junta, de forma a impedir a movimentação das partes e deixa-las na posição correta de fixação. Quando isto não é possível faz-se uso de dispositivos de fixação, que auxiliam nesta operação, sendo estes preferencialmente construídos de materiais de baixa condutividade térmica;

Brasagem: Processo propriamente dito, que apresenta os meios de aquecimento já citados anteriormente;

Limpeza da junta brasada: Devesse realizar a remoção do resto do fluxo que permanecer na peça após o processo. Remoção é feita inicialmente com a escovação da peça, chegando ao caso de necessitar realizar um banho de soluções acidas.

2.4. Consumíveis

Os consumíveis neste processo se resumem em:

1- Gás acetileno: Quando em estado gasoso é incolor e inodoro, com massa especifica menor que do ar. Ele é obtido industrialmente através da reação do carbeto de cálcio com agua em recipientes especiais. Ele agem como agente combustível na formação da chama. Ele é armazenado em um cilindro com volume de até 350 litros, e pressão de até 1,5 kgf/cm². Para se armazenar de maneira uniforme este produto coloca-se dentro do cilindro uma massa porosa constituída de carvão, amianto, cimento ou sílica e calcário. Identificado pela cor vermelha.

2- Gás oxigênio: Gás presente no ar, porem em uma proporção de 1:4, e no processo de soldagem, como esta em estado puro acelera as reações, tornando-as muitas vezes explosivas. Sua obtenção industrial, é feita a partir da destilação do ar atmosférico. Ele é armazenado em cilindros com pressão máxima de até 200 kgf/cm². É identificado pela com preta ou verde, e diferentemente do cilindro de acetileno, não pode ser soldado.

3- Metal de Adição: Pode se empregado na forma de vareta, arame, pós, fitas. É constituídos de diversos materiais, sendo que sua escolha é feita pela aplicação que o mesmo terá. A principal característica a ser observada na escolha do metal de adição, esta primeiramente na temperatura de fusão do mesmo, que deve estar em conformidade com o tipo de trabalho a ser realizado. Existem diversos tipos de composição química destes metais, como por exemplo: Ligas de prata, Cobre e suas ligas, Ligas de alumínio-silicio,Ligas de níquel

4- Fluxos: Substância destinada a dissolver as películas de óxidos se provocar uma excessiva corrosão, além de melhorar a fluidez do metal de adição e cria uma atmosfera protetora. Essas substâncias são constituídas de compostos de boratos, flúorboratos, acido bórico, carbonato de sódio e outros compostos. A escolha com tipo de fluxo vai depender do metal de base a ser brasado.

2.5. Materiais Soldáveis

Os materiais das peças que podem ser brasados são bastante diversificados como: metais ferrosos, como o aço-carbono, aço-ligados, aço inoxidável e ferros fundidos; metais não ferrosos como o alumínio e suas ligas, cobre e suas ligas, níquel e suas ligas, e outros metais, além disso, é possível a brasagem de peças constituídas de metais diferentes.

3. Processo de Oxicorte

3.1 Definição do Processo

É um processo no qual o corte do metal é obtido pela reação do oxigênio puro com o metal, a alta temperatura. Esta temperatura é conseguida inicialmente com o uso de uma chama oxigênio-gás combustível. Quando o metal chega à temperatura de reação com o oxigênio (temperatura de ignição), é então exposto a um jato de oxigênio de alta pureza.

A oxidação do metal produz uma quantidade de calor suficiente para fundir o óxido formado, que é então expulso pela ação do jato de oxigênio, ocorrendo assim o aquecimento e corte do metal.

Este processo é muito versátil podendo cortar peças com espessura de muito finas até peças de mais de um metro.

Os equipamentos (maçarico de corte, bicos etc.) utilizados neste processo já foram discutidos anteriormente.

3.2 Gases Utilizados no Oxicorte

Os combustíveis mais utilizados neste processo são: Acetileno – Possui alta temperatura de chama, cerca de 3100ºC, fato

importante quando a peça não possui grandes dimensões; Propano/GLP – Utilizado por causa do seu baixo custo por energia térmica,

contudo quando utilizado necessita de um maior volume de oxigênio. Gás Natural/Gás de Nafta – A crescente disponibilidade destes gases fez

com que se tornasse uma interessante aplicação. São utilizados com os mesmos equipamentos do sistema a propano/GLP e necessitam de uma menor quantidade de oxigênio;

Hidrogênio – Apesar de apresentar baixo poder calorifico é bastante utilizado nos processos subaquáticos, graças à facilidade de utilizá-lo em pressões que vençam as pressões hidrostáticas.

3.3 Vantagens e Desvantagens do Processo Oxicorte

O processo de oxicorte apresenta as seguintes vantagens: Disponibilidade: Diversos podem ser os gases combustíveis e o O2 por sua

vez é encontrado em toda a atmosfera. Além disto, o processo não necessita de eletricidade.

Pequeno investimento inicial: Os materiais necessários como maçaricos, reguladores e mangueiras são relativamente baratos se comparados a outros processos de corte tais como plasma ou LASER.

Facilidade operacional: O processo é de fácil aprendizagem e não possui muitas variáveis, sendo assim de fácil operação.E como desvantagens, podemos citar:

Restrições: Em função das condições necessárias para corte anteriormente descritas, a diversos metais usados industrialmente tais como aço inoxidável, níquel, alumínio, cobre e suas ligas, não podem ser cortados por este processo.

Portabilidade: Os materiais periféricos como cilindros de gás, são pesados e de difícil manuseio, o que dificulta o acesso a lugares altos ou postos de trabalho que se encontrem afastados dos cilindros. Uma solução encontrada para sanar esta limitação é o transporte de todo o conjunto, fato este que expõe a riscos adicionais os cilindros (quedas) ou danificação das mangueiras condutoras de gases.

Segurança: A constante manipulação de cilindros de O2 que, além de ser um gás comburente está sob alta pressão, requer a utilização de ferramental e procedimentos adequados para se evitar vazamentos e explosões. As mangueiras e válvulas (reguladoras e anti-retrocesso) devem ser constantemente inspecionadas em sua funcionalidade e estanqueidade.

3.4 Aplicabilidade do Processo na Indústria

Este processo tem grande importância para indústria, sendo utilizado nas etapas de montagem e desmontagem. Na desmontagem é utilizado na remoção de rebites, parafusos, pinos, na separação de uniões metálicas, soldas etc., bem como no corte de peças e chapas.

Já na montagem é utilizado na preparação de chapas, dando-lhes formas adequadas para a sua utilização posterior.

Podemos citar como exemplos de sua utilização os estaleiros e calderarias pesadas. Pode ainda ser utilizado na preparação de chanfros para soldagem e nas operações de salvamento possui uma importância acentuada na retirada de vitimas de acidentes rodoviários.

4. Processo de Corte Plasma

4.1. Definição do Processo

Este processo utiliza um arco elétrico concentrado que funde o material através de um feixe de plasma a alta temperatura, o material fundido é então

expulso com grande eficiência, resultando em uma superfície com excelente acabamento, precisão dimensional, pouca ou nenhuma distorção e pequena zona afetada pelo calor. Todos os materiais condutores podem ser cortados (desde que possuam espessuras entre 3 e 40 mm aproximadamente), este processo pode ser realizado de forma manual ou mecanizada e possui velocidades relativamente altas.

No processo de corte a plasma os gases utilizados como gases de proteção podem ser CO₂, argônio-hidrogênio (dependendo do material a ser cortado) e em alguns casos até mesmo água, neste último, a aparência do corte e a vida útil do bocal são melhoradas.

Os equipamentos utilizados no corte a plasma são basicamente uma fonte de energia, tocha de corte, fonte de gases e de água e unidade de controle. Em caso de sistema mecanizado o dispositivos de deslocamento da tocha são necessários e, em geral, são similares aos usados no corte oxi-gás.

As fontes de energia para corte a plasma apresentam uma tensão em vazio mais alta que as de soldagem, na faixa de 120 a 400 V e uma corrente de saída que varia de 70 a 1000 A, dependendo da tocha e da técnica a ser usada, do material e da espessura a cortar.

4.2. Vantagens e Desvantagens do Processo

A grande vantagem deste processo é a alta velocidade em se cortar chapas metálicas, se comparadas a outros processos como corte por serra,

prensa, tesoura e cortes com chama. Além de o operador ter grande facilidade em executar formas complexas (equipamento manual) ou de um grande aproveitamento de material no processo mecanizado.

Essa característica juntamente com o fato dos equipamentos de corte a plasma estarem atualmente mais baratos o torna economicamente viável.

Outras vantagens associadas ao processo são: Utilização em latão, alumínio, aço inoxidável, ferro carbono etc.; Corte mais limpo, resultando em uma superfície com excelente

acabamento, precisão dimensional; Por conta de ser um processo de alta eficiência, as peças não são

expostas as altas temperaturas por tempo demasiado, o que minimiza e em muitos casos até elimina a formação de distorções;

Facilidade operacional, pois o corte a plasma é de fácil aprendizagem.

Como desvantagem, podemos citar:

O bocal do cortador, por vezes, exige a substituição frequente em razão do desgaste, o que agrega custos a operação;

Materiais não condutores, como madeira ou plástico, não podem ser cortados com a aplicação dos cortadores de plasma.

Outra pequena desvantagem é que o arco de plasma normalmente deixa um chanfro na borda do corte de 4 a 6 graus, embora esse ângulo seja quase invisível em chapas finas, passa a ser perceptível em partes mais espessas. Nesse caso, os maçaricos de gás combustível são considerados mais eficazes do que os cortadores de plasma de aço.

4.3. Aplicabilidade do Processo na Indústria

O processo de corte a plasma pode ser usado na maioria dos metais comerciais o que para indústria se traduz como importante, e muitas vezes vantajoso processo.

5. Segurança nos Processos

Considerações sobre segurança são importantes em soldagem, corte e operações relacionadas a estas praticas, pois os riscos envolvidos nestas atividades são numerosos e podem provocar sérios danos ao pessoal, equipamentos e instalações. Abaixo, estes procedimentos são analisados de acordo com cada processo e de forma mais completa.

5.1. Processo de Soldagem Oxiacetilênica

As operações de soldagem por oxiacetileno envolvem a manipulação de materiais a temperaturas elevadas. O uso dos EPI’s (equipamento de proteção individual) tem como função cobrir e proteger adequadamente as diversas partes do corpo minimizando assim, a chances de queimaduras e outras

lesões, além de permitir a liberdade de movimentos. Abaixo são mostrados os principais equipamentos de proteção individual para um processo de solda oxiacetilênica.

Além destes elementos é imprescindível se observar os seguintes itens: Boa sinalização, placas advertindo ou informando a existência de

processos e/ou perigos; Identificação ou informação prévia da localização do extintor e dos

equipamentos de combate ao fogo; Ausência de óleos, lubrificantes, combustíveis ou objetos inflamáveis; Exaustores e ventilação ligados e adequados ao sistema; Ambiente organizado; Identificação prévia da localização dos cilindros de gases.

Este último deve estar localizado em local adequado, com boa ventilação e protegido de choques ou outros acidentes que possam causar danos a sua estrutura ou válvulas e que seja de fácil acesso. Os cilindros de gases devem estar sempre posicionados na vertical e fixados de forma a evitar quedas, mangueiras, conexões e válvulas devem ser adequadas as pressões e tipo de gás utilizado.

5.2. Processo de Oxicorte

Em questão de segurança o processo de oxicorte se assemelha ao processo de soldagem oxiacetilênica. Todos os cuidados e recomendações relativos à segurança podem e devem ser aplicados neste processo.

Contudo, deve-se dar atenção especial ao correto uso das vestimentas (avental, perneira, mangas, etc.) e a possíveis objetos inflamáveis, tendo em vista que neste processo se tem a projeção de partículas incandescentes em altas velocidades (respingos).

5.3. Processo de Corte Plasma

Novamente deve ser observada, a correta aplicação das praticas de segurança discutida anteriormente, desde o uso dos EPI’s aos cuidados citados no processo de oxicorte.

Por se tratar de um processo que utiliza energia elétrica, alguns pontos devem ser atendidos:

Aterrar todos os equipamentos elétricos; Trabalhar em ambiente seco; Manter as conexões elétricas limpas e bem ajustadas; Usar cabos de dimensões corretas; Usar roupas luvas e calçados secos.

Em caso de choque elétrico o circuito elétrico deve ser imediatamente interrompido e /ou afastada do contato.

Referencias Bibliográficas

Wainer, E; Brandi, S. D; Mello, F. D. H. “Soldagem – Processos e metalurgia”. Edgard Blücher LTDA. São Paulo, n. 22, 2000.

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www.infosolda.com.brUltimo acesso: 09/04/2012

http://www.eutectic.com.brUltimo acesso: 09/04/2012

http://tobiasmugge.files.wordpress.com/2008/10/apresentacao-corte-plasma.pdfUltimo acesso: 07/04/2012

http://www.manutencaoesuprimentos.com.brUltimo acesso: 10/04/2012