Soldagem Aluminotermica

Prof. Luiz Cláudio Cândido

[email protected]

TECNOLOGIA e METALURGIA da SOLDAGEM (MET 140)

Reações Metalotérmicas: Soldagem Aluminotérmica

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO Universidade Federal de Ouro Preto

Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de MateriaisTelefax: 55 - 31 - 3559.1561 – E-mail: [email protected]

1. INTRODU1. INTRODUÇÇÃOÃO

1.1. REA1.1. REAÇÇÕES METALOTÕES METALOTÉÉRMICASRMICAS

1.2. ALUMINOTERMIA1.2. ALUMINOTERMIA

2. FUNDAMENTOS DO PROCESSO ALUMINOT2. FUNDAMENTOS DO PROCESSO ALUMINOT

2.1. GENERALIDADES2.1. GENERALIDADES

2.2. A SOLDAGEM COM 2.2. A SOLDAGEM COM THERMITTHERMIT: ASPECTO: ASPECTO

3. APLICA3. APLICAÇÇÕES DO PROCESSO ALUMINOTÕES DO PROCESSO ALUMINOT

3.1. CONSIDERA3.1. CONSIDERAÇÇÕES GERAISÕES GERAIS

3.2. SOLDAGEM DE TRILHOS DE FERROVIAS E O3.2. SOLDAGEM DE TRILHOS DE FERROVIAS E O

3.3. PREPARA3.3. PREPARAÇÇÃO E SANGRAMENTO DO CADIÃO E SANGRAMENTO DO CADI

4. QUALIDADE: SITUA4. QUALIDADE: SITUAÇÇÃO EM SOLDAGEM DE TRILHOSÃO EM SOLDAGEM DE TRILHOS

5. 5. THERMITTHERMIT GROUPGROUP

6. CONSIDERA6. CONSIDERAÇÇÕES FINAISÕES FINAIS

ÉÉRMICORMICO

S POSITIVOS E NEGATIVOSS POSITIVOS E NEGATIVOS

ÉÉRMICO EM SOLDAGEM RMICO EM SOLDAGEM

UTROSUTROS

NHONHO

SUMSUMÁÁRIORIO

1.1. INTRODU1.1. INTRODUÇÇÃO: REAÃO: REAÇÇÕES METALOTÕES METALOTÉÉRMICASRMICAS

REAÇÃO METALOTÉRMICAREAÇÃO METALOTÉRMICA

Uso de um metal como agente redutor de um óxido de interesseUso de um metal como agente redutor de um óxido de interesse

MO + M’ = M’O + MMO + M’ = M’O + M

Onde:Onde:

MO = ÓXIDO DO METALMO = ÓXIDO DO METALM’ = METAL REDUTORM’ = METAL REDUTORM’O = ÓXIDO DO METAL REDUTORM’O = ÓXIDO DO METAL REDUTORM = METAL REDUZIDOM = METAL REDUZIDO

1.1. INTRODU1.1. INTRODUÇÇÃO: REAÃO: REAÇÇÕES METALOTÕES METALOTÉÉRMICASRMICAS

METALREDUTOR

METAL PRODUZIDO EM GRANDE ESCALA

METAL PRODUZIDO EM PEQUENA ESCALA

Al V, Nb, Ca, Fe-Ligas Sr, Ba, Ta, Cr, Mn, Si, CuCa V, U Sc, Y, La, Ti, Cr, Th, Pu, Terras-rarasMg Be,Ti, Hf, U Sc, Y, V, Nb, Ta, Cr, Th, PuNa Ta,Ti Zr, Hf, V, Nb, Th

Si (Fe-Si) Mg ---------

Exemplos de metais como agentes redutores e os respectivos metaiExemplos de metais como agentes redutores e os respectivos metais s obtidosobtidos

1.21.2. . INTRODUINTRODUÇÇÃO: ALUMINOTERMIAÃO: ALUMINOTERMIA

1827 1827 –– ObtenObtençção do alumão do alumíínio pela primeira nio pela primeira vez por vez por WWööhlerhler em em GGööttingenttingen;;

1854 1854 –– Descoberta da obtenDescoberta da obtençção do alumão do alumíínio nio atravatravéés do processo eletrols do processo eletrolíítico por tico por BunsenBunsen;;

1855 1855 –– PassouPassou--se a produzir alumse a produzir alumíínio em nio em escala industrial nos Estados Unidos por escala industrial nos Estados Unidos por eletreletróólise;lise;

Final do século 19 Final do século 19 –– Surgimento do processo Surgimento do processo de soldagem qude soldagem quíímico (mico (ThermitThermit) pela Empresa ) pela Empresa GoldschmidtGoldschmidt AG (AG (WestWest GermanyGermany) () (OrgotheusOrgotheusInc., USAInc., USA).).

2.2. FUNDAMENTOS DO PROCESSO ALUMINOTFUNDAMENTOS DO PROCESSO ALUMINOTÉÉRMICORMICO

2.1. Generalidades2.1. Generalidades

O alumO alumíínio extrai oxigênio de nio extrai oxigênio de óóxidos de outros metais para formar xidos de outros metais para formar óóxido de alumxido de alumíínio e liberar o metal na forma metnio e liberar o metal na forma metáálica;lica;

GeraGeraçção de grande quantidade de calor, que serão de grande quantidade de calor, que seráá aproveitado na aproveitado na soldagem de pesoldagem de peçças de ferro e aas de ferro e açço de vo de váários tamanhos. rios tamanhos.

ÓÓXIDO METXIDO METÁÁLICO + ALUMLICO + ALUMÍÍNIO = METAL + NIO = METAL + ÓÓXIDO DE ALUMXIDO DE ALUMÍÍNIO + CALORNIO + CALOR

3Fe3Fe33OO44 + 8Al = 9Fe + 4Al+ 8Al = 9Fe + 4Al220033 + 3350kcal (3100+ 3350kcal (3100°°C)C)

Esta reaEsta reaçção ão éé uma das mais utilizadas, e a relauma das mais utilizadas, e a relaçção em peso ão em peso éé de três de três partes de partes de óóxido de ferro para uma parte de alumxido de ferro para uma parte de alumíínio. nio.

FeFe220033 + + 22Al Al == 2Fe + Al2Fe + Al220033 + + 3550kcal3550kcal (3000(3000°°CC))

Sendo que 1 quilograma da mistura FeSendo que 1 quilograma da mistura Fe220033 + 2Al produz 476g de esc+ 2Al produz 476g de escóória ria (Al(Al220033), 524g de ferro ), 524g de ferro ““puropuro”” e 850kJ de energia e 850kJ de energia

2. FUNDAMENTOS DO PROCESSO ALUMINOT2. FUNDAMENTOS DO PROCESSO ALUMINOTÉÉRMICORMICO

2.1. Generalidades2.1. Generalidades

Detalhamento da reaDetalhamento da reaçção ão aluminotaluminotéérmicarmicaI I –– antes antes

II II –– no inno iníício cio

III III –– e ape apóóssV: bujão do cadinho; V: bujão do cadinho; A: pino para sangria; A: pino para sangria; h: acendedor; h: acendedor; E: aE: açço o ThermitThermit; ; S: escS: escóória de ria de ThermitThermit (Al(Al220033); ); thth: mistura : mistura ThermitThermit. .


2.2. A Soldagem com 2.2. A Soldagem com ThermitThermit: Aspectos Positivos: Aspectos Positivos

SoldaSolda de boa de boa qualidadequalidade;;

Flexibilidade para soldagem no campo;Flexibilidade para soldagem no campo;

TempoTempo de de execuexecuççãoão pequenopequeno;;

DispensaDispensa usouso de de energiaenergia eleléétricatrica;;

Dispensa uso de complexos aparatos e Dispensa uso de complexos aparatos e equipamentos;equipamentos;

As soldas podem ser feitas com as peAs soldas podem ser feitas com as peçças as praticamente em qualquer posipraticamente em qualquer posiçção, desde ão, desde que a cavidade do cadinho tenha paredes que a cavidade do cadinho tenha paredes suficientemente verticais para o metal suficientemente verticais para o metal escorrer rapidamente.escorrer rapidamente.


2.2. A Soldagem com 2.2. A Soldagem com ThermitThermit: Aspectos Negativos: Aspectos Negativos

Entre os aspectos negativos quando comparado com outros Entre os aspectos negativos quando comparado com outros processos, podem ser citados:processos, podem ser citados:

A necessidade de cuidados especiais quanto A necessidade de cuidados especiais quanto àà seguransegurançça do a do operador e do local;operador e do local;

A necessidade de moldes especA necessidade de moldes especííficos para cada aplicaficos para cada aplicaçção;ão;

Para pePara peçças grandes, as grandes, éé necessnecessáário um prrio um préé--aquecimento, alaquecimento, aléém de m de ser necessser necessáário muito rio muito ThermitThermit para o preenchimento do espapara o preenchimento do espaçço o entre as partes, aumentando o custo da operaentre as partes, aumentando o custo da operaçção.ão.

3. APLICA3. APLICAÇÇÕES DA ALUMINOTERMIA EM SOLDAGEMÕES DA ALUMINOTERMIA EM SOLDAGEM

3.1. Considera3.1. Consideraçções Geraisões Gerais

Processos mais usuais:Processos mais usuais:

APLICAAPLICAÇÇÕES:ÕES:

ProduProduçção de metais isentos de carbono ão de metais isentos de carbono

Soldagem Soldagem THERMITTHERMIT de reparo e de construde reparo e de construççãoão

Soldagem Soldagem THERMIT THERMIT

Soldagem Soldagem THERMITTHERMIT de trilhos de trilhos

Soldagem de cabos elSoldagem de cabos eléétricos tricos

I I –– ThermitThermit (soldas de a(soldas de açços e outras ligas ferrosas) os e outras ligas ferrosas)

II II –– CadweldCadweld (para metais não ferrosos) (para metais não ferrosos)

O equipamento necessO equipamento necessáário para soldagem com rio para soldagem com ThermitThermit

3. APLICA3. APLICAÇÇÕES ÕES DA ALUMINOTERMIADA ALUMINOTERMIA EM SOLDAGEMEM SOLDAGEM

3.1. Considera3.1. Consideraçções Geraisões Gerais

Fonte: [Machinist(2)].

A SOLDAGEM A SOLDAGEM ÉÉ DIVIDIDA BASICAMENTE EM 5 ESTDIVIDIDA BASICAMENTE EM 5 ESTÁÁGIOS:GIOS:

(A)(A) Estabelecimento da folga e alinhamento das peEstabelecimento da folga e alinhamento das peçças; as;

(B)(B) ColocaColocaçção do molde refratão do molde refratáário; rio;

(C)(C) PrPréé--aquecimento por maaquecimento por maççarico para evitar arico para evitar trincamentotrincamento; ;

(D)(D) Corrida de aCorrida de açço o ThermitThermit e soldagem;e soldagem;

(E)(E) Acabamento.Acabamento.

3. APLICA3. APLICAÇÇÕES ÕES DA ALUMINOTERMIADA ALUMINOTERMIA EM SOLDAGEMEM SOLDAGEM

3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias

3. APLICA3. APLICAÇÇÕES DA ALUMINOTERMIAÕES DA ALUMINOTERMIA EM SOLDAGEMEM SOLDAGEM

3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias(A) Estabelecimento da folga e alinhamento das pe(A) Estabelecimento da folga e alinhamento das peççasas


3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias(B) Coloca(B) Colocaçção do molde refratão do molde refratááriorio


3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias(C) Pr(C) Préé--aquecimento por maaquecimento por maççaricoarico


3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias(D) Corrida de a(D) Corrida de açço o ThermitThermit e soldageme soldagem


3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias(E) Acabamento(E) Acabamento


3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias(E) Acabamento(E) Acabamento

Para soldagem de trilhos são empregados atualmente três Para soldagem de trilhos são empregados atualmente três métodos, tecnologicamente equivalentes, cuja diferença métodos, tecnologicamente equivalentes, cuja diferença principal consiste no modo de conduzir o calor às principal consiste no modo de conduzir o calor às extremidades dos trilhos. extremidades dos trilhos.

1º MÉTODO: Processo de soldagem com nervura chata;1º MÉTODO: Processo de soldagem com nervura chata;

2º MÉTODO2º MÉTODO : Processo de soldagem : Processo de soldagem com précom pré--aquecimento curto;aquecimento curto;

3º MÉTODO3º MÉTODO : Processo de soldagem : Processo de soldagem com câmara decom câmara de prépré--aquecimentoaquecimentosolidária ao cadinho.solidária ao cadinho.


3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias3.1. Soldagem de Trilhos de Ferrovias


3.1. Prepara3.1. Preparaçção e Sangramento do Cadinhoão e Sangramento do Cadinho

4. QUALIDADE: SITUA4. QUALIDADE: SITUAÇÇÃO EM SOLDAGEM DE TRILHOSÃO EM SOLDAGEM DE TRILHOS

Geralmente, as soldagens Geralmente, as soldagens aluminotaluminotéérmicasrmicas não apresentam não apresentam falhas, desde que observados os seguintes cuidados:falhas, desde que observados os seguintes cuidados:

Executar a solda, observando rigorosamente as Executar a solda, observando rigorosamente as normas (recomendanormas (recomendaçções) estabelecidas;ões) estabelecidas;

Utilizar equipamentos e formas em Utilizar equipamentos e formas em ““perfeitoperfeito””estado;estado;

Empregar porEmpregar porçções de acordo com o perfil ões de acordo com o perfil do trilho a ser soldado e seu tipo de ado trilho a ser soldado e seu tipo de açço;o;

Erros grosseiros de operaErros grosseiros de operaçção ocasionam, ão ocasionam, nas soldagens, locais com falhas nas soldagens, locais com falhas ààs vezess vezesimperceptimperceptííveis exteriormente. veis exteriormente.

5. 5. THERMIT THERMIT GROUP GROUP

BRASIL

USA

ÁFRICA DO SUL

JAPÃO

CHINA

AUSTRÁLIANOVA ZELÂNDIA

ÍNDIA

EUROPA

RUSSIA GRÃ – BRETANHAHOLANDA BÉLGICAFRANÇA ROMÊNIASUIÇA ALEMANHAITÁLIA ÁUSTRIAREPÚBLICA TCHECA HUNGRIA

5. 5. THERMITTHERMIT GROUP GROUP

A A THERMITTHERMIT DO BRASIL oferece os seguintes serviçosDO BRASIL oferece os seguintes serviços::

Soldagem de trilhos;Soldagem de trilhos;Soldas para pontes rolantes;Soldas para pontes rolantes;Cursos e treinamento para especialização em soldagem Cursos e treinamento para especialização em soldagem THERMITTHERMIT..

Dentre os maiores clientes da Dentre os maiores clientes da THERMITTHERMIT DO BRASIL, constam DO BRASIL, constam empresas ferroviárias, construtoras e outras como:empresas ferroviárias, construtoras e outras como:

América Latina Logística do Brasil S/AAmérica Latina Logística do Brasil S/ACompanhia Brasileira de Trens Urbanos Companhia Brasileira de Trens Urbanos –– CBTUCBTUCompanhia Metropolitana de São PauloCompanhia Metropolitana de São Paulo –– CMSPCMSPCompanhia Companhia ArcelorMittalArcelorMittal Tubarão (Antiga CST)Tubarão (Antiga CST)Companhia ValeCompanhia ValeFerrobanFerroban--FerroviasFerrovias Bandeirantes S/ABandeirantes S/AFerronorteFerronorte S/AS/A--Ferrovias Norte BrasilFerrovias Norte BrasilFerrovia Centro Atlântica Ferrovia Centro Atlântica –– FCAFCAFerrovia Ferrovia NovoesteNovoeste S/AS/AMRS LogísticaMRS LogísticaOpportransOpportrans--ConcessaoConcessao Metroviária S/AMetroviária S/ATrensurbTrensurb--EmpresaEmpresa de Trens Urbanos de Porto Alegre S/Ade Trens Urbanos de Porto Alegre S/A

6. CONSIDERA6. CONSIDERAÇÇÕES FINAISÕES FINAIS

A soldagem A soldagem aluminotaluminotéérmicarmica tem sido usada principalmente na tem sido usada principalmente na indindúústria ferrovistria ferroviáária, na união de trilhos. ria, na união de trilhos.

ÉÉ um processo com obtenum processo com obtençção de uma solda de boa qualidade com ão de uma solda de boa qualidade com flexibilidade para trabalho no campo e em tempo de execuflexibilidade para trabalho no campo e em tempo de execuçção bastante ão bastante curto.curto.

Dispensa o uso de energia elDispensa o uso de energia eléétrica bem com o uso de complexos trica bem com o uso de complexos aparatos e equipamentos. Poraparatos e equipamentos. Poréém, m, éé necessnecessáário um cuidado maior rio um cuidado maior quanto quanto àà seguransegurançça do operador e do local.a do operador e do local.

Este tipo de soldagemEste tipo de soldagem vem sendo usado tambvem sendo usado tambéém na indm na indúústria naval e da stria naval e da construconstruçção civil,ão civil, na na união de barras de reforunião de barras de reforçço e em reparos. o e em reparos.

O processo ainda pode ser usado para emendas de cabos condutoresO processo ainda pode ser usado para emendas de cabos condutores..

Equipe de Soldagem da Companhia Vale Equipe de Soldagem da Companhia Vale -- Linha FLinha Féérrea Ouro rrea Ouro Preto/Mariana do Trem da Vale ou Preto/Mariana do Trem da Vale ou ““Maria FumaMaria Fumaççaa””

Documents

Soldagem Aluminotermica