Processos de Soldagem

Prof. Daniel Alves de Andrade

AULA 041

Uma fonte de potência para a soldagem ao arcoelétrico, deve ser projetada para satisfazer ademanda requerida pelos parâmetrosestabelecidos possuir conveniente velocidade deresposta aos transientes e atenderparticularidades especificas de cada processo,mantendo o arco estável.

Nas últimas duas décadas, tem ocorrido umvigoroso desenvolvimento no projeto econstrução de fontes para soldagem, associadoscom a introdução de sistemas de controleeletrônicos nestes equipamentos.

Atualmente, podem-se separar as fontes emduas classes básicas: (a) máquinasconvencionais, cuja tecnologia básica vem dasdécadas de 1950 e 60 e (b) máquinas"eletrônicas", ou avançadas, de desenvolvimentomais recente .

No Brasil, a grande maioria das fontesfabricadas e utilizadas é do tipo convencional.Em países do primeiro mundo, a situação ébastante diferente.

Existem três requisitos básicos para uma fonte deenergia para soldagem a arco, os quais estãolistados a seguir:Produzir saídas de corrente e tensão a níveis comcaracterísticas adequadas para o processo desoldagem;Permitir o ajuste adequado dos valores de correntee/ou tensão para aplicações específicas;Controlar a variação e a forma de variação dosníveis de corrente e tensão de acordo com osrequerimentos do processo de soldagem e aplicação.

Adicionalmente, o projeto da fonte precisa atender a outros requisitos, tais como:

Estar em conformidade com exigências de normas e códigos relacionados com a segurança e funcionalidade;

Apresentar resistência e durabilidade à ambientes fabris, com instalação e operação simples e segura.;

Possuir controles/interface do usuário satisfatórios;

Quando necessário, ter interface ou saída para sistemas de automação.

(1) Dispositivos para armazenamento tem-porário de energia como bancos de capacitoresem paralelo ou bobinas de indutância em série,(2) controles retroalimentados em sistemasregulados automaticamente;(3) mudanças dinâmicas no formato e nafreqüência de saída da fonte.

Envolvem as variações transientes de corrente e tensão associadas com o processo de soldagem. Estas variações podem envolver intervalos de tempo muito curtos, por exemplo, da ordem de 10-3 s, sendo, portanto, de caracterização muito mais difícil que as características estáticas.

As características dinâmicas são importantes, em particular:(1) na abertura do arco; (2) durante mudanças rápidas de comprimento do arco;(3) durante a transferência de metal através do arco ;(4) no caso de soldagem com corrente alternada, durante a extinção e reabertura do arco a cada meio ciclo de corrente.

São indicadas na forma de curvascaracterísticas, obtidas através de testes comcargas resistivas, e que podem ser publicadaspelo fabricante da fonte no seu manual. Combase na forma de sua curva característica, umafonte convencional pode ser classificada como decorrente constante (CI) ou de tensão constante(CV)

Figura 1 - Curvas características de fontes (a) Corrente constante e (b) Tensão constante.

Fontes de corrente constante permitem, tam-bém, que, durante a soldagem, o comprimentodo arco varie sem que a corrente de soldagemsofra grandes alterações. Eventuais curtoscircuitos do eletrodo com o metal de base nãocausam, também, uma elevação importante dacorrente.

As fontes de tensão constante fornecem basica-mente a mesma tensão em toda a sua faixa deoperação. O “slope” deste tipo de fonte situa-seentre cerca de 0,01 e 0,04V/A, os maioresvalores sendo mais adequados para a soldagemGMAW com transferência por curto circuito.

Fontes CV permitem grandes variações decorrente se o comprimento do arco variardurante a soldagem. Este comportamento per-mite o controle do comprimento do arco porvariações da corrente de soldagem,

Para se estimar o fator de trabalho utilizamos a seguinte fórmula :

C 1* I1^2 = C 2* I2 ^2Onde :C : Ciclo de trabalho nas condições 1 e 2 I : As correntes trabalho nas condições 1 e 2

Fontes de energia convencionais para soldagem podem ser classificadas de diversas maneiras. A energia elétrica para soldagem pode ser gerada pela própria fonte no local de soldagem ou obtida de uma rede de distribuição e transformada pela fonte. Em ambos os casos, a energia elétrica pode ser fornecida para soldagem na forma de corrente alternada (CA) ou contínua (CC).

Outra forma de classificação é pela sua curvacaracterística de saída: fontes de corrente cons-tante (CI) e fontes de tensão constante (CV).

Fontes, ainda, podem ser classificadas de acordocom as suas características construtivas ouoperacionais como, por exemplo, máquinasrotativas, unidades moto-geradoras, máquinasestáticas, transformadores, transformadores-retificadores, fontes para um operador, fontespara vários operadores, etc.

Figura 2 - Classificação das fontes de energia

convencionais para a soldagem.

O funcionamento de uma fonte de energiadepende fundamentalmente de suascaracterísticas estáticas e dinâmicas.

Características estáticas se relacionam aosvalores médios de corrente e tensão de saída dafonte como resultado da aplicação de uma cargaresistiva.

Características dinâmicas envolvem asvariações transientes de corrente e tensãoassociadas com o processo de soldagem.

Em comparação com as fontes convencionais, asfontes com controle eletrônico são caracteriza-das por:Desempenho superior, isto é, apresentamresposta dinâmica e reprodutibilidade muitosuperiores.Conexão mais fácil com equipamentosperiféricos e capacidade de ser programada.Redução de peso e dimensões.Maior custo e manutenção mais complexa.

As formas mais conhecidas são :

• Fontes tiristorizadas;• Fontes transistorizadas.

Em função do comportamento dos pólos do arcoserem diferentes, convencionou-se chamar depolaridade direta aquela em que o eletrodo é ocatôdo (polo negativo) e a peça é o anodo,representada por CC- ; quando o eletrodo é oanodo (polo positivo) e a peça o catôdo, apolaridade é dita inversa, CC+.

Em função do comportamento dos pólos do arco serem diferentes, convencionou-se chamar de polaridade direta aquela em que o eletrodo é o catôdo (polo negativo) e a peça é o

Existem alguns materiais que não podem ser soldados, porém os que podem, não podem ser soldados por todo tipo de processo. Logo, antes de iniciar um trabalho de fabricação, é necessário a seleção de um processo de solda para realizar uma junta de especificações e qualidade desejadas. Alguns processos de soldagem estão associados com trabalhos específicos e industrias. A seleção de processo pode ser atribuída ao fato de que a junta de solda de qualidade desejada seja realizada ao menor custo.

Junta de topo - As chapas para junta de topo podem não ser chanfradas, quandodelgadas, chanfradas num lado apenas ou chanfradas em ambos os lados. Se umajunta de topo é submetida a uma tensão de flexão em relação ao eixo da solda,uma tira é, algumas vezes, soldada em um ou ambos os lados para reforçá-la.Deve-se evitar este tipo de carga, se possível.

Junta sobreposta - Este tipo, é uma solda em ângulo sem reforço, a outrareforçada. Se a junta é submetida a tensões repetidas, o custo do metal de soldaextra, necessário para confeccionar uma união com concordância nestes pontos,pode ser o compensador.

Junta em T. A chapa A, pode ser chanfrada num lado, em ambos os lados ou podeser chanfrada, como na figura 2c. Se bem que as juntas em T devam, depreferência, ser soldadas em ambos os lados, isto nem sempre é possível, poisdepende da acessibilidade.

Junta de Quina ou em Cantoneira. Se uma solda em ângulo é colocada pelo ladode dentro de uma junção em quina, ela é normalmente uma solda ligeira. É maisbarato dobrar a chapa para fazer um canto do que soldá-la.

Solda de Beiradas. Soldas, figura 1e, provavelmente não sãousadas para placas mais espessas que, aproximadamente, ¼ pol.

Plana (flat): A soldagem é feita no lado superior de uma junta e a face da solda éaproximadamente horizontal.Horizontal (horizontal): O eixo da solda é aproximadamente horizontal, mas a sua faceé inclinada.Sobrecabeça (overhead): A soldagem é feita do lado inferior de uma solda de eixoaproximadamente horizontal.Verical (vertical): O eixo da solda é aproximadamente vertical. A soldagem pode ser“para cima” (vertical-up) ou “para baixo” (vertical-down).

Características dimensionais de chanfros usadas em soldagem:

Encosto ou nariz (s) : Parte não chanfrada de um componente da junta.

Garganta, folga ou fresta (f) – menor distancia entre as peças a soldar.

R – raio do chanfro Ângulo de abertura da junta (α) β- ângulo de Bizel

Fatores que influenciam na seleção do chanfro: Processo de soldagem. Espessura do MB. Posição de soldagem. Profundidade no MB. Tensões e deformações. Custo.

Preparação dos Chanfros:Antes da execução de uma solda é preciso prepararconvenientemente as peças para soldar.

A preparação em boa parte dos casos prevê a execução de umchanfro em uma ou nas duas faces das peças. Esse chanfro podeser feito com uma talhadeira pneumática, esmeril, maçarico deoxicorte.

Existem máquinas elétricas ou pneumáticas especialmenteconcebidas para operações de chanfradura. Uma delas, porexemplo permite executar chanfros em K, V, X ou Y, com ângulosde 15 a 60o, sobre chapas com espessuras de até 25mm.

O objetivo das preparações é assegurar o grau de penetração e afacilidade necessárias à obtenção de uma solda sem defeitos. Osprincipais aspectos que afetam a escolha de uma penetração são:

Processo de soldagem( fonte de calor, características operatórias) Posição de soldagem A espessura do material e o tipo de junta O grau de penetração da solda A possibilidade ou impossibilidade de prevenir a deformação da peça A economia em relação à preparação dos bordos e a quantidade de

material depositado. A natureza do metal de base.

TIPOS DE PREPARAÇÃO E SUAS CARACTERISTICAS: Preparação de topo com bordas retas - Preparação na qual as faces à soldar são

praticamente perpendiculares à superfície dos elementos a soldar e paralela umaà outra. O objetivo deste gênero de preparação é diminuir o custo de preparaçãodas bordas, tanto quanto, diminuir a quantidade de material depositado.

Preparação de topo com bordas retas com cobre junta - Preparação de topo combordas retas, com um suporte, subsistindo ou não, após a solda. O objetivo destapreparação é assegurar uma penetração completa no caso onde à falta de acesso àraiz, não permite a soldagem pelo reverso. É necessário ajustar bem o cobre-juntaa fim de evitar a formação de defeitos. Tolerância máxima de ¼ da espessura,sendo 1,5mm o máximo. indicado para solda com eletrodo revestido, e nesse casoa tira é de aço, pois um suporte em cobre poderia contaminar o metal fundidocom cobre, e dar origem a fissurações. Não indicado para suportar grandesesforços de fadiga transversais.

Preparação em U - Preparação com elementos chanfrados formando um U, comum trecho reto que não ultrapasse 3mm ou ¼ da espessura do elemento maisfino. Pode ser simétrico ou não. Tem a mesma finalidade do chanfro em V, mas osbordos do U sendo menos abertos, a largura é menor na parte superior da junta.No caso de grandes seções esta disposição causa menor consumo de material euma redução da deformação. A preparação é recomendada para espessurassuperiores a 20mm, quando não é fácil soldar pelos 2 lados.

Preparação em J ou meio U - Preparação na qual um só bordo dos elementos échanfrado formando um J na face soldada, mais ou menos aberto, com um trechoreto não ultrapassando 3mm ou ¼ da espessura do elemento mais fino. O objetivodesta preparação é obter uma solda com penetração completa na junta em T ouem ângulo ou em L, soldando um só lado e depositando uma quantidade dematerial que é inferior àquela depositada em uma preparação em meio V.

Preparação em X - Preparação na qual os bordos dos dois elementos sãochanfrados sobre as duas arestas, formando dois V opostos. Pode ser igual oudesigual, simétrico ou não, com ou sem trecho reto, esse último não passando de3mm ou ¼ da espessura do elemento mais fino. O objetivo desta solda é conseguiruma junta de topo completamente penetrada soldada dos dois lados, de maneiraa evitar ou reduzir as deformações, e, ao mesmo tempo economizar eletrodos.

Preparação Da Junta: Limpeza química e / ou mecânica do MB. Regulagem dos parâmetros na máquina de

soldagem. Fixação dos materiais de base (ponteamento ou

elementos mecânicos).

Metodologia De Soldagem: Abertura do arco por atrito. Posicionamento eletrodo/eixo da solda: ângulo >=90º. Cuidados – executar soldagens com parâmetros

corretos constantes e preencher as crateras (vazio gerados pela solidificação da região da solda) quando da extinção do arco

Analise Do Efeito Dos Parâmetros De Soldagem: Corrente de soldagem: proporcional a penetração da solda,

largura do cordão, reforço do cordão e taxa de deposição. Velocidade de soldagem: inversamente proporcional a

penetração, largura e reforço do cordão. Diâmetro do eletrodo: limita o intervalo da corrente de

soldagem densidade de corrente (τ) – corrente (I) / área da seção transversal (As)

Ângulo eletrodo / peça: controle do balanço de calor e de metal liquido.

Comprimento de arco e tensão de solda: diretamente proporcional a largura do cordão e inversa/ a profundidade de penetração.

Controle Da Operação De Soldagem:Envolve a utilização de uma Especificação de Procedimento de Soldagem (EPS) processo e soldador qualificados.

Aplicações PrincipaisProcesso de soldagem mais utilizado desde simples ponteamentos até soldas com rígido controle de fabricação, em metais ferrosos e não ferrosos

Projeto: API 6A API 17D API 16A API 5CT

Fabricação: AWS – American Welding Society D1.1 estrutura de aço ASME – American Society of Mechanical

Engineers Seção IX – caldeiras e vasos de pressão API – American Petroleum Institute 1104 – tubulações

Norma Petrobras – N133: Soldagem Geral Documentação (EPS, RQPS, RQS). Garantia (equipamentos, métodos). Recomendações para aços C, C-Mn, C-Mo, Cr-

Mo, Ni. Inoxidáveis austeníticos, martensíticos e

ferríticos, além de ligas de níquel e cobre

Na maioria das vezes, os projetos são afetados de modo sensível pelos processos de fabricação. O efeito deste processo de fabricação sobre o projeto é suficientemente grande para dar um aspecto bem característico.