Seu parceiro em Soldagem e Corte
ARCO SUBMERSO
NDICE
DESCRIO GERAL DA SOLDAGEM POR ARCO SUBMERSO
.......................... 2 SELEO DO ARAME E DO FLUXO
........................................................... 11
PROJETO E PREPARAO DA JUNTA
........................................................ 31
SOLDAGEM
...........................................................................................
68 PROCEDIMENTOS E DICAS OPERACIONAIS
............................................. 104
Elaborado, traduzido (parte) e adaptado por Cleber Fortes
Engenheiro Metalrgico, M.Sc. Assistncia Tcnica Consumveis ESAB BR
Revisado por Welerson Arajo Engenheiro Metalurgista, M.Sc.
Desenvolvimento e Pesquisa ESAB BR ltima reviso em 24 de maio de
2004
FLUXOS OK
Introduo
Essa apostila de soldagem por arco submerso foi preparada para
profissionais atuantes na rea de soldagem, tanto na rea tcnica
quanto na comercial. Ele no fornece instrues especficas de operao
de equipamentos, mas apenas uma explicao sucinta da teoria bsica.
Seu principal objetivo apresentar procedimentos, tabelas e outras
informaes operacionais teis no planejamento e na execuo de aplicaes
bsicas de soldagem de unio ou de revestimento por arco submerso.
Para outras informaes que no estejam contempladas nessa apostila,
consulte a assistncia tcnica, seu representante ESAB ou a filial
ESAB mais prxima. Manuais de instrues operacionais para os
equipamentos ESAB esto disponveis mediante solicitao nas filiais
ESAB. Todos eles contm informaes de segurana que devem ser lidas e
observadas por todos os operadores de equipamentos.
1
FLUXOS OK Captulo 1
Descrio geral da soldagem por arco submerso
DefinioSoldagem por arco submerso um mtodo no qual o calor
requerido para fundir o metal gerado por um arco formado pela
corrente eltrica passando entre o arame de soldagem e a pea de
trabalho. A ponta do arame de soldagem, o arco eltrico e a pea de
trabalho so cobertos por uma camada de um material mineral
granulado conhecido por fluxo para soldagem por arco submerso. No h
arco visvel nem fascas, respingos ou fumos.
Escopo geralCorrente de soldagem correntes at 2.000 A, CA ou CC,
com um nico arame. Espessuras soldagem monopasse at 16 mm de
espessura e soldagem multipasse sem limite de espessura. Velocidade
de soldagem at 400 cm/min com um nico arame. Maiores velocidades
podem ser alcanadas com vrios arames na mesma poa de fuso. 2
FLUXOS OK Posio a alta corrente de soldagem aliada ao alto
aporte trmico cria uma grande poa de fuso. Sob tais condies, as
soldas devem ser mantidas na horizontal para evitar escorrer.
Soldas com pequenas poas de fuso podem ser inclinadas por at 15 da
horizontal sem grande dificuldade. Se o tamanho dos passes for
limitado, soldas horizontais podem ser executadas em superfcies
verticais, desde que seja providenciado um suporte adequado para o
fluxo.
Vantagens do processoelevada velocidade de soldagem; maiores
taxas de deposio; boa integridade do metal de solda; processo de
fcil uso; melhor ambiente de trabalho e maior segurana para o
operador.
Limitaes do processoO processo de soldagem por arco submerso
limitado s posies de soldagem plana e horizontal em ngulo.
3
FLUXOS OK
Elementos da soldagem por arco submersoCinco elementos esto
presentes na execuo de uma solda por arco submerso: calor gerado
pela passagem de uma corrente eltrica atravs de um arco; arame para
soldagem consumvel; as peas a serem soldadas; fluxo para arco
submerso - um composto mineral granulado para soldagem; o movimento
relativo entre o cabeote de soldagem e as peas de trabalho.
Seqncia geral de atividadesReduzindo a soldagem por arco
submerso aos seus termos mais simples, considerando o equipamento j
montado e em uso, a seqncia geral de atividades para fazer uma
solda por arco submerso a seguinte:
Ajuste do equipamento de soldagemPara os detalhes descritos a
seguir, veja a Figura 1. O cabeote de soldagem deve ser montado em
conformidade com as instrues fornecidas. 4
FLUXOS OK O cabeote, o painel de controle e o carretel so
montados em um dispositivo mvel. O caminho a ser percorrido pelo
equipamento deve estar livre e disponvel. A fonte de soldagem
conectada rede eltrica. So conectadas, atravs de cabos eltricos, a
fonte de soldagem ao cabeote e pea de trabalho.
Figura 1 - Equipamento de soldagem
Preparao das peas de trabalhoPara os detalhes descritos a
seguir, veja a Figura 2. Determina-se o tipo de junta mais adequado
para a solda a ser executada. Preparam-se e limpam-se as regies a
serem soldadas. Se aplicvel, coloca-se o cobre-juntas. As peas a
serem soldadas so colocadas em posio para soldagem. Normalmente
elas so ponteadas ou presas por dispositivos auxiliares para
mant-las na posio desejada.
5
FLUXOS OK
Figura 2 - Preparao das peas de trabalho
Preparao para a soldagemPara os detalhes descritos a seguir,
veja a Figura 3. Cada elemento da soldagem por arco submerso tem um
efeito sobre a solda concluda. Os valores para a tenso e corrente
de soldagem, a composio e o dimetro do arame de soldagem para o
tipo de junta escolhida e o material a ser soldado so determinados
das tabelas aplicveis. responsabilidade do operador ajustar e
verificar as condies adequadas de soldagem e ajustar o equipamento
para manter as condies pr-ajustadas e produzir a solda. A bobina de
arame de soldagem instalada no carretel. A extremidade da bobina
inserida nas roldanas do dispositivo de alimentao de arame e
alimentada at alcanar as peas de trabalho. O cabeote de soldagem
ento posicionado de forma que o arame fique pronto para iniciar a
solda. O fluxo requerido colocado no silo do cabeote de soldagem.
Uma quantidade do fluxo depositada at cobrir a regio de soldagem no
ponto inicial da solda. Os controles so ajustados para estabelecer
as condies adequadas de soldagem: corrente, tenso e velocidade de
soldagem.
6
FLUXOS OK
Figura 3 - Preparao para a soldagem
A atividade de soldagemQuando o equipamento de soldagem ajustado
para operao, vrios fatos ocorrem em uma rpida seqncia: um arco
eltrico estabelecido quando a corrente flui entre o arame e a pea;
o dispositivo de alimentao do arame comea a empurrar o arame a uma
velocidade de alimentao controlada; o carro inicia seu deslocamento
ao longo do cordo de solda (manual ou automaticamente); o fluxo
para soldagem por arco submerso alimentado atravs do tubo do silo e
distribui-se continuamente sobre o cordo de solda por uma pequena
distncia frente da regio de soldagem. 7
FLUXOS OK O enorme calor desenvolvido pela passagem da corrente
de soldagem atravs da zona de soldagem funde a extremidade do arame
e as bordas adjacentes das peas de trabalho, criando uma poa de
metal fundido. Esta poa est em um estado lquido bem fluido e
turbulenta. Por essas razes, qualquer escria ou quaisquer bolhas de
gs so prontamente varridas para a superfcie. O fluxo para soldagem
por arco submerso protege completamente a regio de soldagem do
contato com a atmosfera. Uma pequena quantidade de fluxo se funde.
Essa poro fundida tem vrias funes: ela cobre completamente a
superfcie da solda, evitando a contaminao do metal de solda por
gases atmosfricos; dissolve e portanto elimina as impurezas que se
separam do metal fundido e flutuam em sua superfcie; e tambm pode
ser o agente de adio de certos elementos de liga. A combinao de
todos esses fatores resulta em uma solda ntegra, limpa e
homognea.
Figura 4 - O processo de soldagem por arco submerso
medida que o cordo de solda constitudo, a parte fundida do fluxo
se resfria e endurece, formando um material duro e vtreo, que
protege a solda at seu resfriamento, sendo normal seu completo
destacamento da solda. 8
FLUXOS OK Desde que adequadamente executadas, as soldas por arco
submerso no apresentam fagulhas, tornando desnecessrios
equipamentos de proteo contra a radiao. No h respingos a serem
removidos.
Princpios bsicos - teoria de controle de alimentao do arame de
soldagemAs altas velocidades de soldagem e altas taxas de deposio
que so caractersticas do processo de soldagem por arco submerso
requerem um controle automtico do motor que alimenta o arame de
soldagem solda. Nenhuma mo de soldador seria capaz de alimentar
suavemente o arame de soldagem a velocidades comparveis s de uma
mquina de soldagem por arco submerso. Tampouco ele poderia manter o
controle preciso das mesmas condies de soldagem. O sistema de
controle automtico e a fonte de energia empregados na soldagem por
arco submerso atuam para manter constantes a tenso e a corrente de
soldagem.
Relao entre a tenso de soldagem e a distncia entre o arame e a
pea de trabalhoA tenso de soldagem proporcional ao comprimento do
arco: se a distncia entre o arame e a pea aumentar, a tenso de
soldagem aumentar; se a distncia entre o arame e a pea diminuir, a
tenso de soldagem diminuir;
9
FLUXOS OK se a distncia entre o arame e a pea se mantiver
constante, a tenso de soldagem permanecer constante;
Taxa de fuso versus taxa de alimentao do arameFonte de corrente
constante se, por um curto perodo de tempo, a corrente fluindo
atravs da regio de soldagem fundir o arame a uma taxa maior que a
de sua alimentao, a distncia entre o arame e a pea aumentar e a
tenso de soldagem aumentar; inversamente, se, por um curto perodo
de tempo, o arame for alimentado mais rapidamente que sua taxa de
fuso, a distncia entre o arame e a pea diminuir e a tenso de
soldagem diminuir; uma tenso de soldagem constante pode ser mantida
se for empregada uma unidade de controle que automaticamente varie
a taxa de alimentao do arame medida que a tenso de soldagem se
altere. Fonte de tenso constante com uma fonte de tenso constante,
a tenso do arco mantida pela fonte. A corrente do arco controlada
pela velocidade de alimentao do arame, de modo que um aumento nesse
parmetro produzir um aumento da corrente; portanto, o sistema de
alimentao do arame simplificado para um dispositivo de velocidade
constante e o controle do arco realizado pela fonte de energia.
10
FLUXOS OK Captulo 2
Seleo do arame e do fluxo
O processo de soldagem por arco submersoDois materiais devem ser
escolhidos para a soldagem por arco submerso: o arame de soldagem e
o fluxo, os quais devem satisfazer em termos de qualidade e de
economia aos requisitos das soldas a serem executadas (veja a
Figura 5).
Figura 5 - Seleo do arame e do fluxo
11
FLUXOS OK Dois fatores influenciam a escolha do fluxo:
caractersticas de desempenho; propriedades mecnicas. Para muitas
soldas, as caractersticas de desempenho ditam que fluxos podem ser
empregados. As caractersticas de desempenho incluem facilidade de
remoo da escria, capacidade de remoo de xidos e carepa, capacidade
de conduo de corrente eltrica, possibilidade de uso de vrios arames
e possibilidade de aplicao de corrente alternada. As propriedades
mecnicas so de importncia primria para muitas aplicaes crticas tais
como vasos de presso e servios a baixas temperaturas. Para essas
soldas, deve haver um compromisso das caractersticas de desempenho
para satisfazer s propriedades mecnicas requeridas. O principal
fator que governa a escolha do arame de soldagem sua influncia na
composio qumica e propriedades mecnicas da solda. As propriedades
mecnicas e qumicas de uma solda por arco submerso so determinadas
principalmente por quatro fatores: a composio do metal de base; a
composio do arame empregado; o fluxo empregado as condies de
soldagem. A composio do metal de base o fator mais importante em
quatro a cinco passes, j que a razo entre o metal de base fundido e
o metal de adio pode ser to alta como 2:1 (veja a Figura 6). Na
maioria dos outros processos de soldagem por fuso, os procedimentos
de soldagem multipasse devem ser empregados, minimizando a
influncia da composio qumica do metal de base. Fluxos para soldagem
por arco submerso so escolhidos para muitos trabalhos por suas
caractersticas de desempenho, isto , faci12
FLUXOS OK lidade de remoo da escria, capacidade de remoo de
xidos e carepa, capacidade de conduo de corrente eltrica,
possibilidade de uso de vrios arames e bons resultados no emprego
de corrente alternada. Para algumas aplicaes crticas e para a
maioria das soldas multipasse em peas com espessuras acima de 25
mm, as propriedades mecnicas so prioritrias, obrigando ao uso de
uma classe determinada de fluxos.
Figura 6 - Composio do metal de solda
Arames para soldagem por arco submerso so escolhidos por sua
influncia nas propriedades mecnicas e/ou na composio qumica
requerida para o metal de solda.
Fluxos para soldagem por arco submersoOs fluxos para soldagem
por arco submerso so compostos minerais granulares e fusveis que
cobrem o arco e produzem proteo, limpeza e controle da geometria do
cordo de solda. Eles influenciam fortemente a usabilidade e as
propriedades mecnicas do metal de solda. Muitos fluxos diferentes
esto disponveis, cada um oferecendo suas caractersticas peculiares
de desempenho, permitindo otimizaes de processo para os diferentes
requisitos de aplicao. 13
FLUXOS OK
Fluxos aglomeradosOs fluxos aglomerados so fabricados atravs da
mistura seca de seus ingredientes, que so aglomerados com uma soluo
aquosa de silicato de sdio e/ou de potssio (veja a Figura 7). A
massa resultante pelotizada, seca e reduzida mecanicamente a
partculas que so peneiradas e classificadas para obter: melhor
desempenho na remoo de xidos e carepa; menor consumo de fluxo 30 -
40% menor que fluxos fundidos; baixo custo de fabricao; bom
desempenho sobre uma gama de aplicaes com uma nica distribuio
granulomtrica; podem ser ligados; soldas livres de porosidade mesmo
com xidos e carepa.
Figura 7 - Aspecto dos gros de fluxos aglomerados
14
FLUXOS OK
Figura 8 - Fbrica de fluxos aglomerados
Figura 9 - Fluxograma de fabricao de fluxos aglomerados
Como as partculas dos fluxos aglomerados no so quimicamente
homogneas, a remoo de finos pode alterar a composio qumica do metal
depositado e conseqentemente suas propriedades mecnicas. 15
FLUXOS OK
Fluxos fundidosOs fluxos fundidos so fabricados atravs da
mistura seca de seus ingredientes, que so ento fundidos em um forno
eltrico (veja a Figura 10). O banho vazado e sofre um choque
trmico, que reduz o fluxo a partculas de tamanhos variados (veja a
Figura 11), que so peneiradas e classificadas para obter (veja a
Figura 12): composio qumica apropriada (requerida); material
(produto) homogneo; custo de fabricao elevado; no higroscpico (no
contm gua quimicamente ligada); soldas mais consistentes com menor
risco de trincas por hidrognio; maior estabilidade do arco, mesmo
em correntes elevadas; maiores velocidades de soldagem e
possibilidade de reciclagem.
Figura 10 - Forno eltrico para a fabricao de fluxos fundidos
16
FLUXOS OK
Figura 11 - Forno eltrico e mesa resfriadora empregados na
fabricao de fluxos fundidos
Figura 12 - Aspecto dos gros de fluxos fundidos
17
FLUXOS OK
Fluxos neutros x fluxos ativosAs expresses neutro e ativo so
freqentemente utilizadas para descrever o comportamento do fluxo e
geralmente referem-se ao teor de mangans e/ou de silcio que ser
transferido do fluxo para o metal de solda (veja a Figura 13).
Esses so termos relativos que dependem da composio do fluxo, da
composio qumica do arame e da razo entre a escria e o arame
fundido.
Figura 13 - Fluxo ativo x fluxo neutro
Fluxos neutros so definidos pelo ASME/AWS como "aqueles que no
produzem alteraes significativas na composio qumica do metal
depositado como resultado de grandes mudanas na tenso do arco e,
portanto, no comprimento do arco". Conseqentemente, a resistncia
mecnica do depsito de solda no significativamente alterada pela
quantidade fundida de fluxo, que varia com a tenso de soldagem. O
uso principal dos fluxos neutros em soldas multipasse 18
FLUXOS OK de peas com espessuras acima de 25 mm. Esses fluxos
apresentam maior sensibilidade porosidade e s trincas. Fluxos
ativos so definidos pelo ASME/AWS como "aqueles que contm pequenas
quantidades de mangans, silcio ou ambos, que so desoxidantes
adicionados ao fluxo para melhorar a resistncia porosidade e a
trincas causadas pelos contaminantes no metal de base ou dele
provenientes". Normalmente, o uso desses fluxos fica restrito a
peas com espessuras menores que 25 mm, sendo aplicvel a soldas
monopasse ou com poucos passes. Maiores tenses de soldagem causam
aumento significativo do consumo de fluxo, aumentando os teores de
mangans e/ou de silcio no depsito de solda e, conseqentemente,
aumentando tambm sua resistncia mecnica e dureza e diminuindo sua
tenacidade.
Fluxos ligadosFluxos ligados podem ser definidos como aqueles
que contm, alm de mangans e silcio, elementos de liga tais como:
cromo nquel molibdnio cobre As principais aplicaes dos fluxos
ligados so aos de baixa liga e revestimento duro.
19
FLUXOS OK
Classificao quanto neutralidadeOs fluxos aglomerados fabricados
pela ESAB so classificados quanto neutralidade conforme a Tabela
I:FLUXO OK 10.35H OK 10.35 OK 10.60 OK 10.81W OK 10.92B OK 10.61B
OK 10.62B OK 10.70B OK 10.71 OK 429 OK 10.81 OK 10.81B OK 10.82B OK
350 Tabela I - Classificao de fluxos OK quanto neutralidade ATIVO
NEUTRO LIGADO NEUTRALIDADE
20
FLUXOS OKATENO: Todas as recomendaes de seleo de consumveis so
baseadas em uma avaliao de propriedades mecnicas, parmetros tpicos
de procedimento e na experincia. responsabilidade do usurio
determinar a adequao dos consumveis sua aplicao, considerando os
procedimentos particulares a serem aplicados e os requisitos do
trabalho especfico.
Classificao quanto basicidadendice de basicidade (IB) Os fluxos
tambm so classificados pelo IIW (International Institute of
Welding) quanto composio qumica pelo ndice de basicidade, calculado
pela Equao [1][1] IB =CaO + CaF2 + MgO + BaO + SiO + Li2O + K 2O +
Na2O + 12 (MnO + FeO) SiO2 + 12 (Al2O3 + TiO2 + ZrO2 )
fluxos cidos: IB < 1,0 fluxos semi-bsicos: 1,0 IB < 1,5
fluxos bsicos: IB 1,5
Arames de soldagemUma vez que o fluxo foi escolhido por suas
caractersticas de desempenho, pode ser selecionado um arame de
soldagem para obteno das propriedades mecnicas requeridas para a
solda. Para algumas aplicaes crticas as propriedades mecnicas
governam a escolha do par arame-fluxo. A seleo da combinao cor-
21
FLUXOS OK reta pode determinar apenas um arame e um fluxo que
atendam a todas as necessidades. A Tabela II mostra a composio
qumica tpica e as especificaes aplicveis dos arames ESAB.Arame OK
Autrod 12.10 12.20 EL12 0,10 0,04 0,44 0,26 0,95 0,16 0,34 AWS C Si
Mn Cr Ni Mo Cu V Nb N
EM12K 0,11
OK Tubrodur 35 40 0,10 0,12 0,06 0,12 0,05 0,23 0,80 2,00 2,50
0,40 2,90 3,00 0,40 1,00 13,00 4,50 0,45 1,25 12,00 2,30 0,50 1,30
12,00 4,50 0,50 1,25 12,50 0,20 0,60 0,80 1,00 1,25 1,00 0,20 0,25
0,22 0,08 0,08 0,065
410 NiMo 410 M 412 N 420 OK Tubrod B2 B2 M WS M2 316 L 430 S ECW
ECM2 -
0,13 0,08 0,06
0,40 1,00 1,40 0,50 1,10 1,10 0,40 1,00 0,55 1,20 0,65 1,90
0,50 0,50 0,70 0,55 0,20
0,075 0,45 1,40 0,35 0,03 0,05
0,50 0,90 18,50 11,50 2,70 0,50 1,20 16,50
Nota: arames tubulares - composio qumica do metal depositado com
a aplicao do fluxo OK 10.61B. Tabela II - Composio qumica de arames
OK
22
FLUXOS OK
Escolha de combinaes arame-fluxoArames para soldagem por arco
submerso so escolhidos primeiramente por sua influncia nas
propriedades mecnicas e/ou na composio qumica requerida para o
metal depositado. Carbono e mangans so os elementos de liga mais
comuns, com adies de Si, Mo, Ni, Cr, Cu e outros elementos
adicionados para aumentar a resistncia mecnica e controlar as
propriedades mecnicas a altas ou baixas temperaturas. Adies de
mangans e silcio tambm auxiliam na eliminao da porosidade gerada
pelo gs CO. Os fluxos para soldagem por arco submerso so escolhidos
para satisfazer aos requisitos de propriedades mecnicas em conjunto
com um arame particular e tambm para atender s necessidades de
desempenho de cada aplicao.
Classificaes AWS / ASMEAs classificaes da AWS (American Welding
Society) para combinaes arame-fluxo auxiliam na escolha dos
consumveis adequados para cada aplicao. A AWS classifica arames de
ao carbono e de baixa liga para soldagem por arco submerso pelas
normas AWS A5.17 (ou ASME SFA5.17) e AWS A5.23 (ou ASME SFA5.23)
pela faixa de composio qumica. Como as propriedades do metal de
solda depositado pelo processo de arco submerso so afetadas pelo
tipo de fluxo empregado, necessrio aplicar uma classificao separada
para cada combinao arame-fluxo. Um arame pode ser classificado com
vrios fluxos. 23
FLUXOS OK A seguir so mostrados os dois sistemas de classificao
de combinaes arame-fluxo da norma AWS:
24
FLUXOS OK
25
FLUXOS OK
Efeito da diluio da solda e dos parmetros de soldagemPara
atender aos requisitos de uma norma de fabricao, as propriedades
mecnicas mnimas dos consumveis so usualmente bem definidas. No
entanto, quando exigida uma conformidade com uma norma especfica
como, por exemplo a AWS D1.1 Structural Code, as listas de
conformidade dos produtos ESAB devem ser estudadas. Quando sua
aplicao diferir das condies do corpo de prova em itens como aporte
trmico, diluio (veja a Figura 14), espessura da pea ou tratamento
trmico, seus efeitos nas propriedades mecnicas podem ser estimados.
Como uma regra geral, quando o aporte trmico ultrapassa o valor de
2,3 kJ/mm empregado nos testes conforme a norma AWS, a tenacidade e
a resistncia da solda ficaro menores que os valores publicados nos
catlogos. Quando so empregadas altas correntes, o aumento da diluio
do metal de base em mais de 20% tambm diminuir a tenacidade da
solda relativamente aos dados de catlogo.
Figura 14 - Diluio
26
FLUXOS OK O comprimento do cordo e a taxa de resfriamento,
medidos atravs do aporte trmico definido pela Equao [2],[2]Aporte
Trmico (kJ/mm) = Tenso do Arco Corrente 60 Velocidade de Soldagem
(mm/min) 1000
tm um efeito maior nas propriedades mecnicas. Em aplicaes
crticas, portanto, normalmente necessrio avaliar o desempenho do
material, empregando a condio de soldagem em servio ou atravs de um
teste de um procedimento de soldagem previamente executado.
Escolhendo arames e fluxos para usos especficosQuando se escolhe
uma combinao arame-fluxo para uma determinada aplicao, as
caractersticas de desempenho desejadas devem ser atendidas:
facilidade de remoo da escria; capacidade de soldar sobre xidos e
carepa; possibilidade de soldar a altas velocidades; desempenho com
vrios arames; preo e consumo de fluxo com as propriedades mecnicas
necessrias. Em muitos casos, deve existir um compromisso a combinao
arame-fluxo que atender s propriedades mecnicas requeridas com o
melhor desempenho possvel na soldagem. Essa a razo pela qual a
combinao de catorze fluxos e catorze arames da ESAB pode tornar
esse compromisso o mais aceitvel! 27
FLUXOS OK A combinao do desempenho com a maioria das
propriedades mecnicas abrangendo a maior parte das indstrias, tais
como caldeiraria, naval, e automotiva, pode ser simplificada. O
exemplo seguinte ilustra o que pode ser feito com a pr-seleo de
combinaes simplificadas de arame-fluxo.
Seleo simplificada de arame-fluxo3 fluxos + 1 arame
Figura 15 - Consumveis OK para a soldagem por arco submerso
28
FLUXOS OK
Combinao de arame-fluxo pr-escolhida para a maioria das
aplicaesCom catorze fluxos e catorze arames de diferentes tipos, a
escolha de produtos para uma nova aplicao pode ficar confusa. No
entanto, a seleo pode ainda ser simples para a maioria das aplicaes
de soldagem de alta qualidade de aos carbono. OK Flux 429 + OK
Autrod 12.20 ou OK Flux 10.71 + OK Autrod 12.20 ou o o OK Flux
10.70B + OK Autrod 12.20 (com t t )
Figura 16 - Combinaes de arames OK com fluxos OK neutros
OK Flux 10.81B + OK Autrod 12.20 ou OK Flux 10.81 + OK Autrod
12.20
Figura 17 - Combinaes de arames OK com fluxos OK ativos
29
FLUXOS OK OK Flux 350 + OK Autrod 12.20 ou OK Flux 10.82B + OK
Autrod 12.20
Figura 18 - Combinaes de arames OK com fluxos OK ativos de
caractersticas de desempenho especiais
30
FLUXOS OK Captulo 3
Projeto e preparao da junta
O projeto e a preparao da junta so dois dos fatores mais
importantes na execuo de uma solda por arco submerso. Para usufruir
totalmente das vantagens da soldagem por arco submerso, a junta
deve ser adequadamente projetada e preparada e deve estar
razoavelmente uniforme ao longo dos cordes de solda. Caso contrrio,
o operador de solda ter que fazer tentativas para compensar as
irregularidades.O tempo despendido na preparao adequada da junta
mais que compensado pelas maiores velocidades de soldagem e soldas
de melhor qualidade.
Definio de termosPenetrao da junta a profundidade de fuso medida
da superfcie original do metal de base (veja a Figura 19). algumas
vezes expressa como um percentual da espessura da junta.
Figura 19 - Penetrao da junta
31
FLUXOS OK Reforo da solda o metal de solda excedendo a
quantidade necessria para o preenchimento da junta soldada (veja a
Figura 20).
Figura 20 - Reforo da junta
Linha de fuso a juno do metal de solda com o metal de base (veja
a Figura 21).
Figura 21 - Linha de fuso
Zona termicamente afetada uma parte do metal de base adjacente
solda que no foi fundido, porm teve sua microestrutura ou suas
propriedades mecnicas alteradas devido ao calor (veja a Figura
22).
Figura 22 - Zona termicamente afetada
32
FLUXOS OK
Suporte para o metal de solda fundidoNecessidade de suporte para
o metal de solda fundidoA soldagem por arco submerso forma um
grande volume de metal fundido que permanece fluido por um perodo
de tempo considervel. essencial que esse metal fundido seja
suportado e contido at sua completa solidificao.
Uso de cobre-juntas para assegurar o suporte ao metal
fundidoExistem cinco modos comumente empregados para suportar o
metal de solda fundido: cobre-juntas no consumvel; cama de fluxo;
junta sem abertura de raiz; passe de selagem; cobre-juntas metlico
consumvel. Os dois primeiros empregam cobre-juntas temporrios que
so removidos aps o trmino da soldagem. Nos outros trs, o
cobrejuntas torna-se parte integrante da junta soldada.
Cobre-juntas no consumvelO cobre-juntas de cobre freqentemente
utilizado como cobrejuntas no consumvel na soldagem dos aos.
empregado quando o metal de base no tem massa suficiente para
prover um suporte 33
FLUXOS OK adequado ao metal de solda ou quando deve ser obtida
uma penetrao completa em apenas um passe. O cobre-juntas de cobre
particularmente til na soldagem de peas de pequena espessura. Vrios
tipos de cobre-juntas de cobre so mostrados na Figura 23.
Figura 23 - Diversos tipos de cobre-juntas no consumveis de
cobre
Como o cobre um excelente condutor de calor, ele resfria
rapidamente o metal de solda fundido, fornecendo ao metal de solda
o suporte necessrio sem ser fundido por ele. Foram feitas algumas
tentativas para substituir o cobre por ligas de cobre e por alumnio
e suas ligas, porm os resultados no foram satisfatrios tanto no
aspecto econmico quanto na qualidade do metal de solda produzido.
Esse insucesso resulta da condutibilidade trmica apreciavelmente
menor e tambm do menor calor latente de fuso das ligas alternativas
em relao ao cobre. Por isso as ligas de cobre e o alumnio e suas
ligas no conseguem suportar as altas temperaturas de solda34
FLUXOS OK gem e se deterioram rapidamente em servio, mesmo que
possuam inicialmente uma resistncia abraso maior. essencial que o
cobre-juntas de cobre seja pressionado contra a base da junta para
evitar que o metal de solda escorra por entre a raiz da junta e o
cobre-juntas. O cobre-juntas de cobre deve ser entalhado ou
rebaixado para facilitar a penetrao do metal de solda na raiz da
junta (veja a Figura 24). Na prtica, o entalhe no usado em chapas
com espessura abaixo de 10 MSG para no reduzir a capacidade de
resfriamento rpido do cobre. Para chapas com espessura acima de 10
MSG, as dimenses do entalhe variam de 0,5 mm a 2,0 mm de
profundidade e de 6,5 mm a 20 mm de largura, sendo que as dimenses
do entalhe aumentam com a espessura. Os cantos do entalhes podem
ser arredondados. O entalhe maior para as chapas mais espessas para
evitar que a capacidade de resfriamento do cobre dificulte uma
penetrao completa e para permitir um reforo adicional na raiz da
junta. Entalhes mais largos permitem maiores desalinhamentos nas
peas, o que conveniente para a soldagem de peas de grande
comprimento.
Figura 24 - Cobre-juntas de cobre entalhado
A vida da pea de cobre depende do cuidado no uso,
particularmente contra danos mecnicos e superaquecimento devido a
uma montagem deficiente da junta. Se as superfcies de contato do
cobrejuntas ficarem com um aspecto corrodo, podem ser usinadas
nova35
FLUXOS OK mente, porm um cobre-juntas no deve ser usinado com
muita freqncia sob pena de perder a capacidade de resfriamento. O
cobre-juntas de cobre tender a empenar e a tornar-se menos
resistente abraso se for excessivamente aquecido. Uma das causas
mais comuns de aquecimento excessivo so montagens deficientes, que
permitem o contato de um volume muito grande de metal fundido com a
pea de cobre. Quando forem utilizadas sapatas de cobre como
cobre-juntas, o calor produzido durante a soldagem aplicado
continuamente na mesma seo de cobre, enquanto que com uma barra
comprida o calor aplicado progressivamente ao longo de seu
comprimento total. Desse modo, quando se emprega a mesma pea de
cobre diversas vezes sem permitir seu resfriamento completo, h uma
reduo de sua capacidade de resfriamento. Nesse caso, pode ser
necessrio um resfriamento suplementar com gua atravs de tubos de
cobre achatados e inseridos em rebaixos previamente usinados na
parte inferior do cobre-juntas, veja a Figura 25a. Pode ser
minimizado o empeno do cobre-juntas por meio de uma restrio
mecnica, veja a Figura 25b. Quando o cobre-juntas de cobre for
empregado para soldas monopasse em juntas em ngulo com penetrao
total, Figura 25c, os cantos devem ser chanfrados pelos menos 3 mm
para permitir que algum metal de solda penetre na junta e produza
um pequeno filete na raiz. Isso d uma resistncia adicional solda e
evita falhas causadas pela concentrao de tenses devido ao efeito de
entalhe que ocorrem algumas vezes em juntas desse tipo que so
soldadas sem penetrao adequada.
36
FLUXOS OK
Figura 25a - Resfriamento de cobre-juntas de cobre
Figura 25b - Evitando o empeno do cobre-juntas de cobre
Figura 25c - Cobre-juntas de cobre para juntas em ngulo
37
FLUXOS OK
Cama de fluxoEmbora todos os tipos de fluxo da ESAB possam ser
usados como cobre-juntas, o fluxo OK Flux 350, o mais adequado para
uso como cama de fluxo. A cama de fluxo deve ser pressionada
uniformemente contra a base da junta por uma mangueira inflada com
gua ou ar comprimido. O fluxo depositado sobre a mangueira (veja a
Figura 26).
Figura 26 - Cama de fluxo
Com o uso da cama de fluxo podem ser toleradas maiores
irregularidades de montagem que com outros tipos de cobre-juntas
porque o material granulado conformar-se- melhor base da pea.
Presso excessiva para manter o fluxo granulado contra a base da
junta tende a produzir concavidade na raiz.
Junta sem abertura de raiz e passe de selagemJuntas sem abertura
de raiz e passes de selagem so os mtodos mais empregados para obter
suporte para o metal de solda. 38
FLUXOS OK Em uma junta sem abertura de raiz, o nariz deve ser
espesso o suficiente para suportar o primeiro passe de solda sem
perfurar o chanfro e alcanando a penetrao requerida. Essa tcnica
empregada em juntas de topo (com ou sem chanfro) e juntas em ngulo
(inclusive juntas sobrepostas e em T). Algumas vezes, so usados
cobre-juntas suplementares. da maior importncia que as faces da
junta estejam fortemente pressionadas no ponto de mxima penetrao da
solda. O passe de selagem pode ser realizado por outros processos
de soldagem, empregando arames tubulares OK Tubrod ou eletrodos
revestidos OK (veja a Figura 27). Os passes subseqentes ao passe de
selagem podem ser executados do mesmo lado (para espessuras abaixo
de 12,5 mm) ou do lado oposto nos demais casos.
Figura 27 - Passe de selagem
Eletrodos revestidos OK so freqentemente empregados em passes de
selagem, quando no for conveniente aplicar outras tcnicas de
cobre-juntas devido inacessibilidade, preparao ou montagem
deficiente da junta ou mesmo dificuldade de girar o conjunto (veja
a Figura 28). O cordo soldado com eletrodo revestido OK pode
permanecer como parte integrante da junta se atender aos requisitos
de qualidade ou pode ser removido por goivagem, lixamento ou
usinagem aps execuo da solda por arco submerso. Quando a solda
39
FLUXOS OK realizada com eletrodo revestido OK tem que ser
removida, depositase posteriormente um cordo permanente com arco
submerso. Para passes de selagem, recomendado um eletrodo revestido
OK de baixo hidrognio como o OK 48.04. No devem ser empregados para
passes de selagem eletrodos revestidos do tipo E6012 e E6013 porque
eles tendem a causar porosidade na solda permanente realizada por
arco submerso.
Figura 28 - Diversos tipos de passe de selagem
importante que o passe de selagem por solda manual seja de boa
qualidade, livre de poros e de incluses de escria. Caso contrrio, a
solda final por arco submerso poder conter tambm esses defeitos, se
estes forem absorvidos da refuso de parte do passe de selagem. Deve
ser mantida a abertura da raiz.
40
FLUXOS OK
Cobre-juntas metlico consumvelNesta tcnica, a solda penetra e
funde o material do cobrejuntas, que se torna temporria ou
permanentemente parte integrante do conjunto. Podem ser empregadas
tiras de material compatvel com o metal a ser soldado veja a Figura
29a ou a junta pode ser localizada de tal modo que uma parte da
estrutura forme o cobre-juntas veja a Figura 29b. importante que as
superfcies de contato estejam limpas e coladas uma outra, de modo a
evitar porosidade e vazamento de metal lquido.
Figura 29 - Cobre-juntas metlicos consumveis
Preparao da junta por biselamentoEfeito do ngulo do biselO
efeito do ngulo do bisel controlar a altura do reforo de solda. A
penetrao da solda tambm afetada por alteraes na profundidade do
bisel e no volume da solda resultante. Para soldas mul41
FLUXOS OK tipasses de topo e em ngulo, a largura mxima da solda
deve ser um pouco maior que sua profundidade. A razo largura /
profundidade da solda mais adequada deve ficar entre 1,25 e 1,50
para reduzir a possibilidade de fissurao no centro da solda. Uma
preparao adequada dos bisis da junta e uma escolha adequada dos
parmetros de soldagem ajudam a obter essa relao. Como exemplo, veja
a Figura 30a, a Figura 30b e a Figura 30c.
Figura 30 - Efeito do ngulo do bisel
42
FLUXOS OK
Quando biselarO biselamento particularmente desejvel para juntas
de topo mais espessas que 16 mm. O biselamento algumas vezes
empregado em peas de espessura 6,5 mm, onde o bisel pode auxiliar
como guia para o cordo de solda. Em juntas em T onde desejada uma
penetrao total na raiz, a pea superior geralmente biselada se a
profundidade de penetrao requerida para cada solda exceder 10
mm.
Efeito da dimenso do narizO nariz no biselado deve ser espesso o
suficiente para a solda fundi-lo, mas no atravess-lo. Se a
espessura do nariz for inadequada, no haver massa de metal
suficiente para absorver o calor do metal fundido, podendo escorrer
para a parte inferior da junta. Como exemplo, veja a Figura 31a e a
Figura 31b.
Figura 31 - Efeito da dimenso do nariz
43
FLUXOS OK
Tcnicas de preparao do biselCorte a plasma ou por maarico Pode
ser executado manualmente ou com equipamentos de corte. Procure a
Filial ESAB mais prxima para uma descrio das tcnicas de preparao de
bisis e dos equipamentos fornecidos pela ESAB. Toda borra e carepa
resultantes do corte devem ser removidas antes da montagem e da
soldagem. No necessrio remover o filme de xido formado no bisel
durante o resfriamento se a pea vai ficar estocada algum tempo
antes da soldagem. Essa prtica evita a oxidao grosseira da pea aps
o corte. Usinagem A tcnica de usinagem do bisel depende da
disponibilidade dos equipamentos, tipo de corte requerido, etc.. No
caso do uso de guilhotinas ou tesouras de corte, deve ser removida
toda a oxidao grosseira antes do corte para evitar que alguma
partcula de xido fique entranhada no bisel aps o corte. Todo o leo
residual deve ser removido com um desengraxante que evapore
facilmente. Lixamento manual Essa tcnica algumas vezes empregada em
vez de corte a chama ou usinagem. A preciso da preparao do bisel
depende da habilidade do operador. Forjamento, laminao e fundio
Essa tcnica algumas vezes empregada para conformar o bisel desejado
para peas forjadas, laminadas ou fundidas.
44
FLUXOS OK
Limpeza da juntaIntroduo de fundamental importncia que a junta
esteja limpa. Qualquer material que produza gases quando aquecido
pelo calor da soldagem como leo, graxa, gua, tinta, xidos ou carepa
deve ser removido. A carepa de usina ou mesmo marcas de lpis trmico
ou marcadores podem causar problemas. A limpeza particularmente
importante na soldagem de peas de pequena espessura a altas
velocidades de soldagem.
Mtodos de limpezaLimpeza a chama Empregado para remover xidos,
carepa e umidade, um dos mais eficientes meios de eliminar
porosidade na soldagem por arco submerso. J que no h aquecimento
pela radiao do arco precedendo a solda e as velocidades de soldagem
so muito altas, a limpeza a chama mesmo mais importante que em
processos por arco aberto. Em algumas aplicaes, uma tocha de
aquecimento montada diretamente no equipamento de solda. A seo mais
aquecida do ncleo da chama deve atuar no cordo de solda. A regio de
solda iminente deve ser aquecida a uma temperatura acima de 200C
para evitar a condensao de umidade proveniente dos gases evoludos
na junta. Lixamento Pode ser empregado para remover a carepa de
usina ou xidos grosseiros. As lixadeiras podem ser operadas
manualmente ou por equipamentos semi-automticos. Devem sempre ser
usados culos 45
FLUXOS OK de proteo e tambm essencial que seja escolhido o disco
abrasivo adequado para a velocidade qual a lixadeira vai operar.
Escova rotativa til na remoo de finas camadas de xido e alguma
sujeira. Alguns tipos de tinta podem ser removidos com a escova
rotativa, mas geralmente so necessrios um removedor, limpeza a
chama ou lixamento. Removedores Devem ser aplicados em superfcies
pintadas, seguidos de escovamento e lavagem com um solvente voltil.
Deve ser observado o perigo do manuseio de solventes. Tintas podem
ser algumas vezes removidas com escova, mas as superfcies devem ser
cuidadosamente examinadas para garantir que a tinta tenha sido
totalmente removida. Jateamento Remove prontamente xidos
grosseiros, carepa de usina e tintas. Bordas cortadas no so limpas
satisfatoriamente com esse mtodo. Devem ser asseguradas aos
operadores ventilao adequada e proteo para os olhos. Decapagem Pode
ser empregada para remover carepa de usina e oxidao grosseira. O
banho decapante deve conter inibidores e deve ser aplicado um
agente apassivador para evitar a absoro de hidrognio. Desengraxe
Aplicado especialmente na limpeza de peas conformadas a frio.
46
FLUXOS OK
Tipos bsicos de juntasIntroduoO tipo de junta escolhido para
qualquer atividade de soldagem pode afetar: a qualidade e a
resistncia da solda; o custo da mo-de-obra e de materiais; o tempo
e as despesas envolvidas na preparao, nos dispositivos e no
posicionamento das peas. A escolha do tipo de junta adequado
depende de vrios fatores, tais como: espessura e material da junta;
propriedades fsicas almejadas na junta; tamanho das peas sendo
soldadas; acessibilidade da junta; ajuste a ser obtido; equipamento
disponvel para a preparao do bisel; nmero de peas a serem soldadas;
especificaes ou cdigos aplicveis. Sero descritos a seguir alguns
tipos de juntas empregadas na soldagem por arco submerso.
47
FLUXOS OK
Juntas de topoa) Junta topo-a-topo Soldas monopasse de boa
qualidade podem ser executadas em peas com espessura at 16 mm
empregando-se juntas topo-a-topo sem abertura de raiz e com um
cobre-juntas adequado. O reforo de solda, que tende a se tornar
excessivo em soldas mais espessas, pode ser controlado ajustando-se
a abertura da raiz (veja a Figura 32). Irregularidades na abertura
da raiz, no alinhamento do arame de solda com a junta e na
quantidade requerida de metal de solda geralmente limitam a
espessura desse tipo de junta a 20 mm.
Figura 32 - Junta topo-a-topo
Dois passes de solda so executados sem abertura de raiz at uma
espessura de 16 mm. essencial em soldas de dois passes que as faces
estejam bem encostadas, j que no usado cobre-juntas. A abertura
mxima permitida para a raiz de 0,8 mm, a menos que a junta seja
suficientemente suportada para evitar que o metal fundido escorra
atravs da abertura da raiz. Com tais suportes, podem ser usadas
maiores aberturas de raiz. Quando a abertura de raiz exceder 1,6
mm, contudo, ela deve ser rigorosamente preenchida com fluxo frente
da solda. A abertura mxima de raiz de 3,2 mm, por causa da
dificuldade de refuso do fluxo de soldagem na base do primeiro
passe de solda. Se a abertura de raiz for mantida constante por
todo o cordo de solda, peas com espessura at 20 mm podem ser
soldadas com juntas topo-a-topo. O primeiro passe constitui o passe
de se48
FLUXOS OK lagem, executado no lado oposto da junta. Vira-se a
pea e executase o passe de acabamento, que penetra e refunde parte
do passe de selagem para garantir uma boa continuidade do metal de
solda atravs de toda a espessura da pea. Uma tcnica satisfatria de
se conseguir a penetrao requerida para a solda sem reforo excessivo
no acabamento goivar um entalhe de profundidade 3,2 mm a 8 mm no
topo da junta depois de o passe de selagem ter sido executado.
Quando a goivagem for empregada, no necessria qualquer preparao ou
limpeza, exceto a remoo de toda e qualquer escria. A vantagem da
junta topo-a-topo que um mnimo de preparao ainda chega a produzir
soldas de boa qualidade com penetrao adequada. b) Juntas de topo em
"V" b1) Junta de topo em "V" com nariz Esse tipo de junta empregado
com cobre-juntas no consumveis para soldas de topo monopasse de
espessura 8 mm ou acima veja a Figura 33). Para a maioria das
aplicaes industriais, a espessura mxima de cerca de 32 mm a 38 mm.
A existncia do nariz traz diversas vantagens. As faces quadradas
simplificam a montagem. Penetrao e reforo excelentes podem ser
obtidos e as alteraes normais na tenso, na corrente e na velocidade
de soldagem causam danos mnimos ao nariz de suporte. Quantidades
relativamente pequenas de arame so consumidas porque o chanfro em
"V" d a penetrao desejada sem correntes excessivas e o volume do
"V" consideravelmente menor que o volume requerido por outras
tcnicas de soldagem. Com cobre-juntas no consumveis, a dimenso do
nariz de 3,2 mm a 1,6 mm. A abertura da raiz no deve exceder 1,6
mm. Cobre-juntas metlicos consumveis tambm so empregados com esta
preparao com uma abertura de raiz de pelo menos 3,2 mm. 49
FLUXOS OK
Figura 33 - Junta de topo em "V" com nariz
Juntas de topo em "V" com nariz e sem cobre-juntas externo so
tambm empregadas para soldas de dois passes onde a espessura das
peas excede 16 mm. O primeiro passe, normalmente o mais largo, o
passe de selagem depositado no lado do "V"; a pea ento virada e o
passe de acabamento depositado no lado plano. O passe de acabamento
penetra e refunde uma parte do passe de selagem para garantir a
penetrao completa (veja a Figura 34).
Figura 34 - Junta de topo em "V" com nariz - passes de selagem e
de acabamento
O nariz mede aproximadamente 10 mm para todas as espessuras de
peas comercialmente soldadas. O nariz das peas deve ser fortemente
pressionado (abertura mxima de 0,8 mm) como na junta topo-a-topo.
Quando existe algum suporte abaixo da junta, a abertura pode ser
ligeiramente aumentada; se a abertura exceder 1,6 mm, o fluxo deve
ser suportado frente da solda.
50
FLUXOS OK b2) Junta de topo em "V" sem nariz Juntas de topo em
"V" sem nariz so comumente empregadas em todas as espessuras quando
se usa uma cama de fluxo. No comumente usada em espessuras abaixo
de 10 mm j que penetraes adequadas podem ser obtidas para essas
espessuras sem necessidade de biselamento (veja a Figura 35).
Figura 35 - Junta de topo em "V" sem nariz
Juntas de topo em "V" sem nariz sempre devem ter passes de
selagem, visto que a massa de metal no nariz da junta no suficiente
para suportar o metal de solda fundido. Desalinhamentos razoveis na
montagem e variaes na abertura da raiz podem ser tolerados quando
se usa a cama de fluxo porque o material granular subir para
acomod-los. Cobre-juntas de cobre no so recomendados por causa de
sua tendncia de o metal de solda fundir no cobre-juntas. Por sua
vez, cobre-juntas metlicos consumveis so aceitveis se no houver
objeo a sua permanncia como parte integrante da junta soldada. c)
Junta de topo em duplo "V" Esse o projeto bsico de junta para
soldas de dois passes por arco submerso (veja a Figura 36).
comumente empregada para espessuras at 50 mm e at mesmo espessuras
maiores tm sido soldadas com sucesso. Para espessuras acima de 50
mm, contudo, a junta multipasses mostrada na Figura 38 na pgina 54
a recomendada. 51
FLUXOS OK
Figura 36 - Junta de topo em duplo "V"
Juntas de topo em duplo "V" so normalmente projetadas com um
nariz espesso para fornecer um suporte adequado para o passe de
selagem. O mximo desalinhamento permissvel na montagem de 25% do
nariz. O nariz deve ser fortemente pressionado ao longo de todo o
comprimento da junta. A abertura mxima de raiz de 0,8 mm. Se a
abertura de raiz for maior, deve ser evitado, ao se executar o
primeiro passe que o metal fundido escorra atravs da abertura de
raiz. Vrias tcnicas so empregadas. Um pequeno passe filetado pode
ser depositado manualmente na base do "V" sobre o qual a solda deve
ser executada. Um certo comprimento de arame pode ser ponteado no
chanfro em "V". O fluxo pode ser colocado na abertura de raiz
frente da solda. O cordo filetado, o arame ou o fluxo devem ser
removidos antes de executar o passe definitivo, se for requerida
uma junta de qualidade radiogrfica. Para garantir uma penetrao 100%
e a remoo de qualquer escria ou porosidade da base do passe de
selagem, o passe de acabamento deve penetrar e refundi-lo at uma
profundidade de 5 mm at 8 mm. J que essa junta muito usada na
fabricao de vasos de presso, deve ser observada uma limitao. Quando
se executam soldas circunferenciais, a razo da espessura para o
dimetro do vaso deve ser de pelo menos 1/25. Caso contrrio, a
grande poa de fuso ten52
FLUXOS OK der a escorrer, causando instabilidade na soldagem e
uma geometria indesejvel do cordo de solda. Passes de selagem
manuais so algumas vezes utilizados com juntas de topo em duplo
"V", quando a junta tem um nariz pequeno (mximo 3,2 mm) e uma
abertura de raiz de cerca de 3,2 mm. Se as condies requererem que o
passe de selagem por soldagem manual seja mais espesso que 10 mm,
contudo, a junta mostrada na Figura 37 preferencial.
Figura 37 - Junta de topo em "V" e em "U"
d) Junta de topo em "U" A junta de topo em "U" freqentemente
empregada em soldas multipasses por arco submerso. Peas de qualquer
espessura podem ser soldadas com esse projeto de junta (veja a
Figura 38). Um pequeno passe de selagem realizado freqentemente do
lado oposto da junta. Se no for executado o passe de selagem, os
narizes devem ser fortemente pressionados (abertura mxima de raiz
de 0,8 mm). Para peas extremamente espessas, juntas de topo em
duplo "U" podem ser empregadas. Elas so essencialmente duas juntas
de topo em "U" com uma raiz em comum. Se for realizado um passe de
selagem manual, pode ser necessrio remov-lo posteriormente se for
uma junta de qualidade radiogrfica.
53
FLUXOS OK
Figura 38 - Junta de topo em "U"
O uso de soldas semi-automticas com gs de proteo elimina a
necessidade de remoo do passe de selagem previamente soldagem por
arco submerso. Graas natureza livre de escria dos depsitos com gs
de proteo (com arames tubulares OK Tubrod ou com arames slidos
cobreados OK Autrod ), depsitos de solda subseqentes por arco
submerso de excelente qualidade podem ser produzidos sobre esses
passes de selagem.
Juntas sobrepostasa) Junta sobreposta simples ou dupla A
principal vantagem da junta sobreposta a simplicidade do ajuste e a
mnima preparao requerida para a borda (veja a Figura 39). A junta e
as superfcies sobrepostas devem estar limpas e secas. A junta em
ngulo assim obtida aps a soldagem utilizada principalmente onde o
lado interno no acessvel ou para servios onde apenas uma pequena
resistncia requerida para a junta, sendo a funo primria da solda
somente manter as peas juntas. 54
FLUXOS OK
Figura 39 - Junta sobreposta dupla
b) Junta sobreposta dupla de encaixe Essa junta tambm de fcil
ajuste e requer mnima preparao das bordas. Adicionalmente, possui
uma superfcie alinhada que a junta simples no tem (veja a Figura
40). A junta deve estar limpa e as superfcies sobrepostas secas e
firmemente ajustadas. Juntas sobrepostas simples de encaixe so
empregadas na fabricao de pequenos botijes de gs. Por sua vez,
juntas sobrepostas duplas de encaixe so extensivamente empregadas
na indstria naval para facilitar a ajuste e a soldagem da ltima de
uma srie de chapas unidas topo-atopo.
Figura 40 - Junta sobreposta dupla de encaixe
55
FLUXOS OK c) Junta sobreposta com solda passante Esse tipo de
junta muito usado na soldagem de chapas finas at 11 MSG. til na
unio ou na fixao de uma ou duas chapas finas a uma pea que serve de
cobre-juntas (veja a Figura 41). As superfcies sobrepostas devem
estar limpas, secas e em contato entre si.
Figura 41 - Juntas sobrepostas com solda passante
Juntas em nguloa) Introduo A profunda penetrao do processo de
soldagem por arco submerso resulta em uma economia substancial no
consumo de arame de soldagem quando comparado com outros processos
de soldagem, mesmo em juntas em ngulo. Clculos de projeto da
resistncia de juntas em ngulo so baseados na dimenso da garganta do
depsito de solda (veja a Figura 42). Para soldas convencionais por
arco eltrico, a dimenso da garganta obtida atravs da Equao
[3][3]
Garganta =
Perna 2 = Perna 0,707 2
j que a raiz da junta raramente penetrada. Nesse clculo,
considera-se a menor dimenso da perna. A maior penetrao das soldas
em ngulo feitas por arco submerso produz uma profundidade efetiva
da garganta de 20 a 30% maior que os processos por SMAW e GMAW.
56
FLUXOS OK
Figura 42 - Comparao entre as dimenses da garganta e da
perna
O tamanho do filete feito por arco submerso pode ser
consideravelmente reduzido e, ainda assim, atingir a mesma
resistncia da junta obtida com os processos SMAW e GMAW com pernas
maiores. Tem sido permitida uma reduo geral de 1,6 mm no tamanho da
perna em soldas executadas por arco submerso em relao ao limite
mnimo exigido para soldas manuais pelos cdigos aplicveis. Mesmo uma
pequena reduo no tamanho da perna acarretar numa diminuio aprecivel
do volume de depsito de solda requerido, visto que este varia
diretamente com o quadrado da dimenso da perna. A resistncia de uma
solda em ngulo fortemente influenciada pela penetrao da solda. Os
resultados de uma srie de testes realizados para determinar o
efeito da penetrao da solda nas tenses atuantes so mostrados
graficamente na Figura 43. Os dados representados por essa curva
foram obtidos de estudos foto-elsticos de modelos de tenso em um
modelo tpico de junta em ngulo cuja perna tinha a dimenso de 38,1
mm. O fator de concentrao de tenses a razo entre a tenso na raiz do
filete e a tenso mdia da junta (carga/rea). A penetrao da solda a
distncia da raiz do filete ao ponto em que cessa a fuso. A penetrao
da 57
FLUXOS OK solda pode ser positiva ou negativa em juntas em
ngulo, dependendo se a fuso se estende at o ponto A ou se apenas
chega ao ponto B (veja a Figura 44).
Figura 43 - Variao do fator de concentrao de tenses com a
penetrao da solda
Conforme mostrado pela curva, a concentrao de tenses no filete
diminui rapidamente medida que a penetrao aumenta. A concentrao de
tenses a uma penetrao de -6,5 mm 75% mais alta que a uma penetrao
de +6,5 mm. A concentrao de tenses a uma penetrao zero (a penetrao
normal em soldas manuais) aproximadamente 42% maior que a uma
penetrao de 10 mm (pene58
FLUXOS OK trao normal em uma solda feita por arco submerso do
tamanho usado nos testes).
Figura 44 - Penetrao positiva e negativa
b) Juntas em "T" na posio horizontal Soldas em filete monopasse
com perna at 8 mm (equivalente a soldas com perna at 10 mm feitas
por outros processos de soldagem) so utilizadas para fazer juntas
em "T" na posio horizontal. Se a espessura da alma no for maior que
10 mm, dois filetes de perna 8 mm interpenetrar-se-o na raiz, veja
a Figura 45a. Juntas em "T" necessitando de maior penetrao ou
soldas de filete mais largas podem ser executadas utilizando um
procedimento multipasse, veja a Figura 45b. As limitaes de tamanho
de soldas de filete monopasse horizontais so determinadas, no pela
capacidade do equipamento de arco submerso, mas pelo volume de
metal fundido que assegurar uma geometria favorvel, sem escorrer
excessivamente.
59
FLUXOS OK
Figura 45a - Solda em ngulo horizontal
Figura 45b - Solda com penetrao total, chanfro em "K"
c) Juntas em "T" na posio plana Filetes de pernas iguais podem
ser obtidos pelo posicionamento da junta a um ngulo de 45
(superfcie da solda plana). A profundidade de penetrao pode ser
aumentada ainda mais aumentando o ngulo da alma at 60 da vertical e
direcionando o arame para o lado da alma, veja a Figura 46a. Se a
espessura da alma exceder 19 mm e 60
FLUXOS OK se for almejada uma penetrao total, as bordas devem
ser biseladas, veja a Figura 46b.
Figura 46a - Solda de uma junta em ngulo na posio plana
Figura 46b - Preparao de junta em "T" com penetrao total na
posio plana para espessura superior a 19 mm
61
FLUXOS OK
Soldagem de juntas de cantoa) Junta de canto sem chanfro Juntas
de canto sem chanfro so recomendadas para espessuras at 12,5 mm.
Primeiramente, executa-se um filete de solda no canto interno da
junta e depois se deposita o passe final do outro lado. A solda de
topo deve penetrar o suficiente para refundir parcialmente o
primeiro passe, que serve como passe de selagem para o passe final.
Caso se deseje aumentar a largura do cordo de solda, a junta pode
ser colocada na posio plana para a execuo do primeiro passe. Se as
faces estiverem bem acopladas, pode ser dispensado o primeiro
passe, visto que no haveria necessidade de um passe de selagem. s
vezes, torna-se necessrio o uso de um cobre-juntas de cobre para
resfriar o canto exterior da pea vertical, de modo a evitar fuso
excessiva enquanto o passe final estiver sendo executado (veja a
Figura 47).
Figura 47 - Junta de canto sem chanfro
62
FLUXOS OK b) Junta de canto com chanfro em "V" Para juntas mais
espessas, recomendada uma preparao com chanfro em "V" para obter
uma penetrao adequada sem reforo excessivo. O chanfro em "V"
preferido relativamente ao meio "V" porque facilita a penetrao
total com um timo perfil de cordo. Primeiramente, executa-se o
passe de selagem e posteriormente a solda de topo do lado oposto.
Se o passe de selagem for depositado por arco submerso, deve ser
empregado um nariz profundo (veja a Figura 48). Para outros
processos de soldagem, a preparao deve resultar em um nariz fino e
uma abertura de raiz. Essas soldas em filete podem ser feitas tambm
sem nariz, porm nesse caso o uso de um cobrejuntas de cobre pode
ser til.
Figura 48 - Junta de canto com chanfro em "V"
c) Junta de canto com bisel em "J" Essas juntas com simples ou
com duplo "J" so empregadas para soldas multipasse de peas com
espessuras maiores que aquelas para as quais podem ser utilizadas
juntas com chanfro em "V". A tcnica de soldagem similar empregada
em juntas de topo com chanfro em "U". Freqentemente executa-se um
pequeno passe de selagem antes da soldagem multipasse feita por
arco submerso. Se no for aplicado o passe de selagem, a mxima
abertura de raiz 63
FLUXOS OK permissvel de 0,8 mm. Como apenas um lado da junta
preparado, o ngulo e o raio de curvatura devem ser mantidos
conforme especificado na Figura 49 para assegurar o acesso
suficiente para depositar os passes na regio da raiz da junta. d)
Junta de canto simples Juntas de canto com o cordo de solda em
filete do lado externo so teis em muitas aplicaes. A resistncia da
junta pode ser aumentada adicionando-se um segundo cordo de solda
ao lado interno da junta para formar uma junta de canto soldada de
ambos os lados. A junta de canto simples pode ter a vantagem de no
requerer qualquer cobre-juntas alm daquele j formado pela prpria
geometria da junta (veja a Figura 50). Observe que as superfcies em
contato devem estar limpas, secas e firmemente ajustadas.
Figura 49 - Junta de canto com bisel em "J"
64
FLUXOS OK
Figura 50 - Junta de canto simples
e) Junta de canto com cobre-juntas Podem ser empregadas
preparaes com ou sem chanfro com cobre-juntas para assegurar
penetrao total de um s lado da junta. Os requisitos dessa tcnica so
essencialmente os mesmos das juntas de topo com cobre-juntas (veja
a Figura 51).
Figura 51 - Junta de canto com cobre-juntas
f) Juntas tampo Juntas tampo so empregadas para unir duas peas
em que uma delas possui um furo, onde o metal de solda deve
assegurar uma boa ligao e encher o furo (veja a Figura 52a at
Figura 52d). importante que o furo seja largo o suficiente para
evitar contato do arame com a pea superior. A menos que o furo seja
biselado ou ado65
FLUXOS OK ado, seu dimetro no deve ser menor que a espessura da
pea superior. Se puder ser aplicada uma corrente de soldagem
suficiente para penetrar at a pea inferior e se for aceitvel um
excesso de metal de solda acima da superfcie, a soldagem pode ser
realizada sem o furo. Porm, isso s se torna prtico para soldar peas
relativamente finas. O tamanho do furo que pode ser empregado para
realizar uma solda tampo com fuso completa sem alterar a posio do
arame durante a soldagem ser determinado pela corrente que puder
ser aplicada. Um furo largo pode requerer movimentao do arame
durante a soldagem para assegurar fuso completa na regio da raiz da
junta.
Figura 52a - Solda tampo unindo duas chapas
Figura 52b - Solda tampo empregada para prender parafusos estojo
na fabricao de vasos de presso
66
FLUXOS OK
Figura 52c - Furo biselado quando a espessura da chapa for
superior a 25 mm e o dimetro do furo for inferior a 25 mm
Figura 52d - Reforo, com solda tampo, da junta previamente
soldada por soldas em ngulo
67
FLUXOS OK Captulo 4
Soldagem
Preparao para a soldagemTratamentos trmicosPr-aquecimento e
ps-aquecimento de aos de alto carbono ou de alta liga Tratamentos
trmicos raramente so requeridos para aos de baixo carbono ou
estruturais, embora sejam ocasionalmente empregados para evitar
empenamento ou para garantir baixa dureza para usinagem. Durante a
soldagem de aos de alto carbono ou de alta liga, no entanto, existe
o perigo de que o depsito de solda e a zona termicamente afetada
contenham altos percentuais de martensita, um constituinte duro do
ao. Tais soldas possuem alta dureza e baixa ductilidade e podem
mesmo vir a trincar durante o resfriamento. O objetivo do
pr-aquecimento e do ps-aquecimento manter o teor de martensita da
solda a um nvel mnimo. De ambos os tratamentos resultam melhor
ductilidade, baixa dureza e menor probabilidade de fissurao durante
o resfriamento. A martensita forma-se realmente durante o
resfriamento da solda e da zona termicamente afetada. A quantidade
de martensita formada pode ser limitada reduzindo-se a taxa de
resfriamento da solda. Os tratamentos trmicos aumentam a
temperatura do metal vizinho 68
FLUXOS OK solda, de tal modo que o gradiente de temperatura
entre a solda e sua vizinhana fica reduzido. O resultado que a zona
de soldagem aquecida resfria-se mais lentamente, visto que a taxa
de resfriamento diretamente proporcional diferena de temperatura
(ou gradiente de temperatura) entre as massas quente e fria. Se
esses tratamentos trmicos devem ou no ser aplicados depende do teor
de carbono e de outros elementos de liga no metal sendo soldado. Se
corpos de prova soldados sem tratamento trmico apresentarem baixa
ductilidade ou dureza muito alta, indicativo da necessidade de
pr-aquecimento ou ps-aquecimento. Pr-aquecimento Um mtodo simples
para determinar a necessidade de praquecimento de uma solda o do
carbono equivalente (Ceq). A temperabilidade de um ao est
relacionada ao seu teor de carbono acrescido dos teores de certos
elementos de liga. Determina-se o teor aproximado de outros
elementos de liga que produzem a mesma dureza que 1% de carbono.
Ento, uma indicao da temperabilidade, designada por carbono
equivalente (Ceq), pode ser calculada pela Equao [4]:[4]
C eq = %C +
%Mn %Ni %Mo %Cr %Cu + + + + 6 15 4 5 13
A Equao [4] vlida quando os teores esto dentro das faixas: %C
< 0,50 %Mn < 1,60 %Ni < 3,50 %Mo < 0,60 %Cr < 1,00
%Cu < 1,00 Outra equao para o carbono equivalente, a Equao [5],
largamente utilizada, dada pelo IIW (International Institute of
Welding): 69
FLUXOS OK[5]
C eq = %C +
%Mn %Cr + %Mo + %V %Ni + %Cu + + 6 5 15
A Tabela III fornece valores sugeridos de temperaturas de
praquecimento para diferentes valores de carbono
equivalente:Carbono equivalente (%) Pr-aquecimento recomendado at
0,30 0,30 - 0,45 acima de 0,45 opcional 100 - 200C 200 - 375C
Tabela III - Temperatura de pr-aquecimento x Carbono
equivalente
Alguns aos, particularmente aqueles possuindo carbono
equivalente maior que 0,45%, podem requerer, alm de pr-aquecimento,
ps-aquecimento. Esses tratamentos so especialmente recomendados
para a soldagem de sees espessas. Entretanto, para a maioria dos
aos carbono e de baixa liga, apenas o pr-aquecimento pode ser
necessrio de um modo geral. O pr-aquecimento a 120 - 150C
geralmente empregado na soldagem multipasse em sees de espessura
maior que 25 mm para reduzir a susceptibilidade da solda fissurao.
Ps-aquecimento Ps-aquecimento, dentro deste contexto, significa o
aquecimento da junta soldada imediatamente aps a solda ter sido
realizada. distintamente diferente de outros tratamentos executados
aps o resfriamento da solda, tais como alvio de tenses, revenimento
e recozimento. O ps-aquecimento tem a mesma funo do pr-aquecimento.
Mantm a temperatura da pea em um nvel suficientemente elevado de
tal maneira que a junta soldada resfrie lentamente. Assim como no
pr-aquecimento, o resultado uma ductilidade maior na regio da
70
FLUXOS OK solda. O ps-aquecimento raramente aplicado de forma
isolada; quase sempre conjugado com o pr-aquecimento. O
ps-aquecimento mais freqentemente empregado em aos altamente
temperveis, mas algumas vezes utilizado em aos menos temperveis se
for difcil a aplicao de um pr-aquecimento adequado devido dimenso
das peas sendo soldadas. Por essa razo, a Tabela IV pode ser
considerada confivel somente se o aquecimento for aplicado
imediatamente aps a solda ter sido executada. Essa tabela fornece
tempos e temperaturas de ps-aquecimento sugeridos aos aos para os
quais o tratamento conveniente. J que nem todos os aos dessa
categoria esto listados, podem ser feitas inferncias. Por exemplo,
na soldagem do ao SAE 1060 so aplicados o tempo e a temperatura do
ao SAE 1050; para o ao SAE 4145 so usadas as informaes para o ao
SAE 4130 e assim por diante.TEMPOS E TEMPERATURAS DE PS-AQUECIMENTO
SUGERIDOS PARA AOS TEMPERVEIS TPICOS Aplicar o ps-aquecimento
imediatamente aps o trmino da soldagem e antes que a junta resfrie
a menos de 300C Temperatura de ps-aquecimento (C) 315 535 370 535
315 535 315 535 315 535 370 480 Tempo de ps-aquecimento (minutos)
10 1 10 20 10 1 25 1 35 5 5 75 Dureza (HRc) 19 48 28 39 18 48 24 50
25 46 21 36 20 Dureza mxima de tmpera (HRc) 42 62 59 65 64 60
42
Ao SAE 1019 1050 1335 2160 2260 2340 2512
71
FLUXOS OKTEMPOS E TEMPERATURAS DE PS-AQUECIMENTO SUGERIDOS PARA
AOS TEMPERVEIS TPICOS Aplicar o ps-aquecimento imediatamente aps o
trmino da soldagem e antes que a junta resfrie a menos de 300C
Temperatura de ps-aquecimento (C) 370 535 315 425 595 370 480 370
425 315 370 260 345 650 370 480 315 480 315 535 315 535 315 480 260
425 315 425 315 650 315 425 Tempo de ps-aquecimento (minutos) 25 15
25 20 10 h 10 5 10 5 50 5h 10 h 50 h 75 10 10 25 25 15 25 25 25 15
25 5h 50 h 25 100 100 h 1 50 10 h Dureza (HRc) 48 21 43 38 23 41 25
44 37 48 40 54 48 26 38 26 48 23 50 26 51 33 46 27 52 34 49 30 50
35 50 33 Dureza mxima de tmpera (HRc) 60
Ao SAE
3140
3330 4037 4130 4340 4360 4615 4640 5140 6145 8630 8660 8745 9260
9440
57 56 56 62 64 45 60 62 61 53 64 61 65 60
72
FLUXOS OKTEMPOS E TEMPERATURAS DE PS-AQUECIMENTO SUGERIDOS PARA
AOS TEMPERVEIS TPICOS Aplicar o ps-aquecimento imediatamente aps o
trmino da soldagem e antes que a junta resfrie a menos de 300C
Temperatura de ps-aquecimento (C) 315 535 370 480 Tempo de
ps-aquecimento (minutos) 25 1 5 15 Dureza (HRc) 50 36 40 26 Dureza
mxima de tmpera (HRc) 65 45
Ao SAE
1060 8620
Tabela IV - Tempos de temperaturas de ps-aquecimento para aos
temperveis
Outros tratamentos trmicos Alm do pr-aquecimento e do
ps-aquecimento, vrios outros tratamentos trmicos so empregados em
juntas soldadas para influenciar nas propriedades do metal de
solda: alvio de tenses; recozimento pleno; normalizao. Esses
tratamentos so similares de dois pontos de vista. Primeiro,
usualmente requerem temperaturas mais altas que o praquecimento e o
ps-aquecimento. Segundo, embora sejam atividades de
"ps-aquecimento" no sentido de que so aplicados aps a solda ter
sido executada, diferem do ps-aquecimento no fato de que a solda
deixada resfriar antes que o tratamento seja iniciado. So
largamente utilizados em soldas de aos carbono e de aos de baixa
liga. Alvio de tenses no forno Seguindo a atividade de soldagem, o
resfriamento e a contrao do metal de solda originam tenses na solda
e nas regies adjacentes. O objetivo do alvio de tenses reduzir
essas tenses. Esse tra73
FLUXOS OK tamento leva a junta soldada a uma condio mais durvel;
a ductilidade aumentada sobremaneira, embora a resistncia mecnica
diminua ligeiramente. Certos cdigos permitem maiores tenses de
projeto, desde que seja aplicado o alvio de tenses. Tipicamente, o
alvio de tenses consiste no aquecimento da pea a uma temperatura em
torno de 600C e mant-la por uma hora para cada 25 mm de espessura
(veja a Tabela V). O conjunto ento resfriado lentamente em ar calmo
at 300C. Se temperaturas altas como 600C forem impraticveis, podem
ser empregadas temperaturas mais baixas com um tempo de
encharcamento mais longo.TEMPO E TEMPERATURA DE ALVIO DE TENSES
Temperatura (C) 595 565 535 510 480 Tempo (h/25 mm) 1 2 3 5 10
Tabela V - Tempo e temperatura de alvio de tenses
Recozimento pleno O recozimento pleno possui outra funo
adicional em relao ao alvio de tenses simples. Alm de levar a pea
soldada a uma condio sem tenses, o recozimento pleno assegura
ductilidade e baixa dureza da solda e da zona termicamente afetada.
Esse tratamento trmico consiste no aquecimento do conjunto at sua
faixa crtica (840C at 1.000C) e resfri-lo no forno. Normalizao Esse
tratamento na realidade uma outra forma de recozimento. As
temperaturas utilizadas so as mesmas que no caso do recozi74
FLUXOS OK mento, mas a normalizao pressupe resfriamento em ar
calmo at a temperatura ambiente em vez de resfriamento no forno. As
tenses internas so aliviadas, porm a solda no fica com as mesmas
ductilidade e baixa dureza obtidas com o recozimento pleno.
Posicionamento das peasMontagem e fixao da junta Para todas as
aplicaes de soldagem, a junta deve ser montada em uma ligao
adequada e deve ser mantida rgida para limitar os deslocamentos
causados pelo calor. Pontos, acopladores, dispositivos auxiliares
de fixao (conhecidos como cachorros) ou combinaes desses
dispositivos de fixao so normalmente necessrios. Quando so
fabricados conjuntos grandes e pesados, os pontos de solda so
suficientes para manter a junta adequadamente alinhada. O peso do
conjunto evita deslocamentos causados pelos efeitos do calor.
Conjuntos leves como chapas 10 MSG ou mais finas devem ser
rigidamente fixados. Os cachorros mantm o alinhamento, ajudam a
dissipar o calor e evitam o empenamento. O ponteamento desnecessrio
se a fixao com cachorros for adequada. Para espessuras
intermedirias, uma combinao entre cachorros e ponteamento pode ser
a opo mais econmica. Inclinao do conjunto A maior parte das soldas
por arco submerso executada na posio plana (veja a Figura 53a). No
entanto, algumas vezes torna-se necessrio ou desejvel soldar com o
conjunto ligeiramente inclinado. Por exemplo, na soldagem a altas
velocidades de chapas de ao 18 MSG, conseguem-se melhores
resultados na soldagem se o conjunto for inclinado de 15 a 18 e se
a soldagem for feita na progresso descendente. A soldagem com o
conjunto inclinado realizada tambm em sees conformadas, tais como
chapas de proa e de popa de navios. O ngulo de mxima inclinao
diminui medida que a 75
FLUXOS OK espessura da chapa aumenta. (Toda a soldagem
circunferencial na superfcie convexa de um conjunto girando em
torno de um eixo horizontal, sob o ponto de vista do cabeote de
soldagem, considerada como progresso descendente, embora o controle
do metal fundido determine a posio da poa de fuso).
Figura 53a - Solda nivelada em chapa de 12,5 mm
A soldagem na progresso ascendente afeta o perfil do cordo de
solda conforme mostrado na Figura 53b. A fora da gravidade faz com
que a poa de fuso flua para trs do arame de solda. As bordas da poa
de fuso perdem metal fundido, que flui para o meio. medida que o
ngulo de inclinao aumenta, a crista e a penetrao tambm aumentam e a
largura do cordo diminui (quanto maior a poa de fuso, tambm sero
maiores a crista e a penetrao). O ngulo limite de inclinao quando a
soldagem ocorre a correntes at 800 A de cerca de 6. Quando se
empregam correntes maiores, o ngulo de inclinao mximo diminui.
Inclinaes maiores que as recomendadas acima levam ao descontrole da
soldagem. A soldagem na progresso descendente afeta o perfil do
cordo de solda conforme mostrado na Figura 53c. A poa de fuso tende
a fluir frente do arame de solda e pr-aquece o metal de base,
particularmente em sua superfcie, produzindo uma zona fuso de
formato irregular, chamada de poa secundria. medida que o ngulo de
inclinao aumenta, a superfcie do meio do cordo sofre uma depresso,
a penetrao diminui e a largura do cordo aumenta. Observe que esses
efeitos so exatamente opostos aos produzidos pela soldagem na
progresso ascendente. 76
FLUXOS OK
Figura 53b - Solda ascendente (6 em chapa de 12,5 mm )
Figura 53c - Solda descendente (6 em chapa 12,5 mm )
A inclinao lateral da pea produz os efeitos mostrados na Figura
53d. O limite de inclinao lateral de aproximadamente 3. A inclinao
lateral permissvel varia sobremaneira, dependendo do tamanho da poa
de fuso.
Figura 53d - Solda com inclinao lateral em chapa de 12,5 mm
77
FLUXOS OK
Posicionamento do arameNa determinao da posio adequada do arame
de solda, trs fatores devem ser considerados: o alinhamento do
arame de solda em relao junta; o ngulo de inclinao nas direes
laterais, isto , a inclinao transversal da junta; o ngulo de ataque
do arame de solda. No ngulo de ataque puxando, o arame de solda faz
um ngulo obtuso com a solda executada. No ngulo de ataque
empurrando, o arame de solda faz um ngulo agudo com a solda
executada. Em geral, um ngulo de ataque puxando produz uma penetrao
maior e mais uniforme e tambm maior altura e menor largura do
reforo de solda. Por outro lado, um ngulo de ataque empurrando
resultar em menor penetrao com reforo de solda mais largo e mais
plano. Para cada um dos vrios tipos de soldagem, o posicionamento
do arame feito dos seguintes modos: Soldagem de juntas de topo
alinhamento - veja a Figura 54; inclinao lateral - nenhuma; ngulo
de ataque puxando ou empurrando. Pode ser obtida uma boa
estabilidade com o arame na vertical durante a soldagem de peas
espessas (espessuras iguais ou maiores que 12,5 mm). No entanto,
durante a soldagem de peas finas (14 MSG a 16 MSG), torna-se
necessrio aplicar um ngulo de ataque puxando de 25 a 45 para
estabilizar a tenso do arco.
78
FLUXOS OK
Figura 54 - Posicionamento do arame
79
FLUXOS OK Soldagem de juntas em ngulo Alinhamento A linha de
centro do arame no deve estar na linha de centro da junta, mas
abaixo, direcionada pea horizontal de uma distncia igual a a do
dimetro do arame (veja a Figura 55a). Utiliza-se uma distncia maior
quando se executam soldas em ngulo de perna mais larga
(aproximadamente 10 mm). Alinhamento descuidado ou impreciso causar
soldagem insatisfatria (veja a Figura 55b e a Figura 55c).
Figura 55a - Alinhamento do arame em juntas em ngulo
80
FLUXOS OK
Figura 55b - Mordedura causada por alinhamento de arame
inadequado
Figura 55c - Perfil de cordo desfavorvel causado por alinhamento
de arame inadequado
Inclinao lateral Ao se executar soldas horizontais em ngulo, o
arame inclinado entre 20 e 45 da vertical. O ngulo exato
determinado por um dos seguintes fatores ou por ambos: acesso para
o bocal, especialmente durante a soldagem de peas estruturais como
mostrado na Figura 56;
81
FLUXOS OK a espessura relativa das peas que formam a junta. Se
existir a possibilidade de furar alguma das peas, ser necessrio
direcionar o arame para a pea mais espessa.
Figura 56 - Inclinao lateral determinada pelo acesso do
bocal
ngulo de ataque A soldagem em ngulo horizontal pode ser
realizada igualmente bem com ngulo de ataque puxando, empurrando ou
com o arame na posio normal. Na soldagem com cordes largos, os
efeitos do ngulo de ataque so relativamente pequenos. O ngulo de
ataque torna-se importante quando se executam cordes pequenos em
soldagem a altas velocidades. Para depositar cordes a altas
velocidades de soldagem em chapas finas (14 MSG a 16 MSG), um ngulo
de ataque puxando, com um ngulo de 25 a 45 da vertical tem se
mostrado uma boa opo para manter estvel a tenso do arco. Soldagem
em ngulo na posio plana Alinhamento Veja a Figura 57a.
82
FLUXOS OK Inclinao lateral O arame normalmente mantido na posio
vertical (ngulo zero de inclinao lateral). Ocasionalmente, ao
depositar cordes em filete na posio plana onde almejada penetrao
total, o arame ligeiramente inclinado em relao vertical. Veja a
Figura 57b. ngulo de ataque Aplica-se o mesmo que na soldagem
horizontal em ngulo.
Figura 57 - Alinhamento do arame numa soldagem em ngulo na posio
plana
Juntas circunferenciais em conjuntos girantes Alinhamento Quando
se soldam conjuntos girantes, o arame de solda alinhado de modo
semelhante a uma soldagem normal em uma superfcie horizontal (veja
a Figura 58).
83
FLUXOS OK
Figura 58 - Posicionamento do arame
84
FLUXOS OK Adicionalmente, o arame usualmente posicionado frente
do ponto de tangncia horizontal para evitar os efeitos prejudiciais
da soldagem nas progresses ascendente e descendente. Algumas vezes,
quando se soldam peas de pequena espessura e quando se depositam
cordes em filete, esses efeitos das progresses ascendente e
descendente auxiliam na obteno do perfil desejado para o cordo de
solda. O exato posicionamento deve ser determinado por tentativas e
ajustes (veja a Figura 59a e a Figura 59b).
Figura 59a - Soldagem circunferencial externa
Inclinao lateral A soldagem circunferencial em peas girantes
usualmente no requer qualquer inclinao lateral do arame de
solda.
85
FLUXOS OK ngulo de ataque Proceder conforme mostrado na Figura
59a e na Figura 59b durante a soldagem circunferencial de peas
girantes.
Figura 59b - Soldagem circunferencial interna
Incio da soldagemA tcnica empregada para iniciar a soldagem em
uma aplicao particular depender de fatores como o tempo requerido
para o incio relativamente ao tempo total de ajustes e de soldagem,
do nmero de peas a serem soldadas e da importncia do incio da
soldagem em
86
FLUXOS OK um local particular da pea. As diversas tcnicas
disponveis so descritas abaixo. Observe que, nas descries, os
controles e chaves reais que so acionados para "iniciar a soldagem"
nem sempre so assim denominados, visto que sero diferentes
dependendo do tipo de equipamento em uso. As instrues fornecidas
com o equipamento indicaro quais os controles a serem usados para
fechar o contato, acionar o deslocamento do cabeote, etc. Partida
apontando o arame Com um alicate, corte o arame de solda e
alimente-o at encost-lo na pea. Adicione o fluxo e inicie a
soldagem. Partida arrastando o arame Alimente o arame de solda at
que ele fique em leve contato com a pea, adicione o fluxo, acione o
deslocamento do cabeote e ento aplique a corrente de soldagem. Por
causa do movimento do cabeote, o arame de solda no ir furar a pea.
Incios arrastando o arame so empregados quando a posio de incio no
for importante e quando o arco necessitar ser aberto com certa
freqncia, como em soldas circunferenciais em pequenos tanques ou em
tubulaes. Para tais atividades, o arame de solda pode ser
alimentado, com a pea girando, atravs da camada de fluxo granulado,
desde que seja aplicada uma densidade de corrente razoavelmente
alta. Partida com l de ao Coloque uma bola feita de l de ao com
dimetro 10 mm sobre a pea, bem abaixo do arame de solda. Alimente
lentamente o arame de solda em direo bola de l de ao at comprimi-la
aproximadamente a metade do dimetro. Adicione o fluxo e inicie a
soldagem.
87
FLUXOS OK Partida com material fundido Sempre que houver uma poa
de fluxo fundido, pode ser iniciada uma soldagem simplesmente
inserindo o arame de solda na poa e aplicando a corrente de
soldagem. Quando dois ou mais arames de solda forem alimentados
separadamente na poa de fuso, como o caso na soldagem com mltiplos
eletrodos (tandem arc), necessrio alimentar apenas um arame de
solda para iniciar a poa de fuso. Os outros arames iniciaro a
soldagem quando forem alimentados na poa de fuso. Partida com arame
retrtil Essa partida somente possvel quando o equipamento de
soldagem especificamente adaptado a este procedimento. empregado
quando tm que ser efetuadas partidas freqentes em um curto tempo de
soldagem e quando a posio de partida particularmente importante. A
prtica normal alimentar aos poucos o arame de solda at que ele
encoste a pea, certificando-se de que foi estabelecido um bom
contato eltrico. A ponta do arame de solda ento coberta com fluxo e
a corrente de soldagem ativada. Assim que o circuito fechar, o
arame de solda retrai-se acionado pelo dispositivo adaptado ao
equipamento e momentaneamente reverte o motor de alimentao,
evitando que o arame de solda fure a pea. Se a pea tiver pequena
espessura, as condies de partida tornam-se crticas. O arame de
solda deve ter o contato mais leve possvel que produza uma boa
condutividade eltrica. O cabeote de soldagem deve ser rigidamente
montado. A ponta do arame de solda deve estar limpa e seu dimetro
deve ser escolhido de modo a permitir altas densidades de corrente
j que, quanto maior a densidade de corrente, mais fcil ser a
partida.
88
FLUXOS OK
Variveis controlveis durante a soldagemConhecimento e controle
das variveis na soldagem por arco submerso so essenciais caso se
queira obter soldas de boa qualidade. As variveis, na ordem
aproximada de importncia, so: corrente de soldagem; tenso do arco;
velocidade de soldagem; largura e altura da camada de fluxo;
ajustes mecnicos. Essas variveis so discutidas no texto a
seguir.
Corrente de soldagemA corrente de soldagem a varivel mais
influente. Ela controla a taxa de fuso do arame de solda, a
profundidade de fuso e a quantidade de metal de base fundido. Se a
corrente for excessivamente alta, a fuso ser tambm excessivamente
profunda (excesso de penetrao) e o metal de solda fundido poder
vazar. Adicionalmente, o maior calor desenvolvido pode alargar
demais a zona termicamente afetada do metal de base. Correntes
muito altas significam tambm um desperdcio de energia e de arame de
solda no sentido de reforo excessivo. Por outro lado, se a corrente
for muito baixa, haver penetrao e reforo insuficientes.
89
FLUXOS OK
Tenso do arcoO mais prximo em importncia corrente de soldagem a
tenso do arco, que a diferena de potencial eltrico entre a ponta do
arame de solda e a superfcie do metal de solda fundido. A tenso de
soldagem varia com a distncia entre o arame de solda e a poa de
fuso (comprimento do arco). Se o comprimento do arco aumentar, a
tenso do arco aumenta; inversamente, se o comprimento do arco
diminuir, a tenso do arco diminui. A tenso do arco tem um pequeno
efeito na quantidade de arame de solda depositado, que determinada
majoritariamente pela corrente de soldagem. A tenso do arco
determina principalmente a geometria da zona de fuso e o reforo
(perfil do cordo de solda). Altas tenses do arco produzem cordes
mais largos, mais planos e menos profundos.
Velocidade de soldagemCom qualquer combinao de corrente-tenso de
soldagem, os efeitos de variao da velocidade de soldagem seguem um
modelo geral: Se a velocidade de soldagem aumentar: diminui o
aporte trmico (quantidade de calor transferido pelo arco por
unidade de comprimento de solda); diminui a quantidade de arame de
solda por unidade de comprimento de solda; conseqentemente, diminui
o reforo de solda. Se a velocidade de soldagem diminuir: aumenta o
aporte trmico;
90
FLUXOS OK aumenta a quantidade de arame de solda por unidade de
comprimento de solda; conseqentemente, aumenta o reforo de solda.
Adicionalmente a esse modelo, a velocidade de soldagem pode ter
outro efeito na solda acabada. Normalmente, apenas a corrente de
soldagem afeta a penetrao da solda. Entretanto, se a velocidade de
soldagem diminuir alm de um certo valor, a penetrao tambm diminuir.
Isso acontece porque uma boa parte da poa de fuso estar embaixo do
arame de solda e a fora de penetrao do arco ser atenuada pela poa.
Inversamente, se a velocidade de soldagem ultrapassar um certo
valor, a penetrao aumentar porque o arame de solda estar frente da
poa de fuso.
Largura e altura da camada de fluxoA largura e a altura da
camada de fluxo granulado influenciam a aparncia e a integridade do
cordo de acabamento bem como na soldagem propriamente dita. Se a
camada de fluxo granulado for muito alta, dever resultar em um
cordo spero e rugoso. Os gases gerados durante a soldagem no
conseguem escapar prontamente e a superfcie do metal de solda
fundido fica distorcida. Por outro lado, se a camada de fluxo
granulado for muito rasa, a zona de soldagem no estar inteiramente
submersa. Ocorrero centelhamento e respingos; o cordo de solda ter
uma aparncia ruim e poder apresentar porosidade. Para cada condio
de ajuste de parmetros de soldagem existe uma altura tima de fluxo
granulado. Essa altura pode ser estabelecida aumentando-se
lentamente a quantidade de fluxo granulado at que o arco esteja
submerso e que no ocorra mais centelhamento.
91
FLUXOS OK Os gases sero liberados sem turbulncia em torno do
arame de solda, algumas vezes havendo queima deles. Raramente
aplicada uma camada excessivamente estreita. O procedimento mais
seguro aplicar uma camada com largura trs vezes superior largura da
poa de fuso. Em cordes largos pode ser necessrio aplicar uma camada
mais larga. Uma camada de fluxo que esteja limitada por limitadores
muito estreitos interfere na fluidez lateral normal do metal de
solda fundido, resultando em um reforo estreito, com altura
desproporcionalmente maior que a largura e sem molhar
convenientemente o metal de base.
Ajustes mecnicosA posio do arame de solda deve ser mantida para
controlar a geometria do cordo e a profundidade de penetrao. O
arame pode ser guiado automaticamente ou ajustado manualmente
medida que a solda progride. Enquanto a solda estiver em andamento,
uma inspeo indicar se o cobre-juntas est pressionado contra o lado
inferior da junta. Se no estiver pressionado, muito metal poder
fluir nas folgas, resultando em um reforo de solda reduzido,
mordeduras e conseqentemente em uma solda perdida.
Variantes do processoA soldagem por arco submerso leva a uma
ampla variedade de combinaes de arame e fluxo, a arranjos de um e
de vrios arames e ao uso de fontes de soldagem CC ou CA. O processo
tem sido adaptado a uma gama de materiais e espessuras. Vrias
configura92
FLUXOS OK es de arcos mltiplos podem ser empregadas para
controlar o perfil do cordo de solda e aumentar as taxas de deposio
em relao soldagem com um nico arame. Os depsitos de solda podem
variar desde cordes largos com pouca penetrao para revestimentos at
cordes estreitos com penetrao profunda para juntas espessas. Parte
dessa versatilidade provm do emprego de CA. Os princpios que
favorecem o uso de CA para minimizar o sopro magntico na soldagem
com um nico arame so freqentemente aplicados na soldagem com arcos
mltiplos para criar uma deflexo favorvel do arco. A corrente que
flui nos eletrodos adjacentes gera campos magnticos interativos que
podem tanto aumentar quanto diminuir um ao outro. No espao entre os
arcos, esses campos magnticos so usados para produzir foras que iro
defletir os arcos (e, portanto, distribuir o calor) nas direes
benficas aplicao de soldagem pretendida. Vrios tipos de fontes de
soldagem e acessrios so projetados e fabricados especialmente para
a soldagem com arcos mltiplos. Esses equipamentos relativamente
sofisticados so projetados para a produo em larga escala de longos
cordes ou para aplicaes repetitivas. As configuraes seguintes so
tpicas do processo de soldagem por arco submerso empregadas
atualmente na soldagem de produo. Elas podem ser empregadas para a
soldagem de aos carbono e de baixa liga dentro das limitaes
anteriormente observadas.
Soldagem com um nico arameA soldagem com um nico arame a mais
comum dentre todas as configuraes, utilizando apenas um arame e uma
fonte de soldagem. normalmente aplicada com CC+, porm pode tambm
ser aplicada com CC- quando for requerida uma menor penetrao no
metal de base. O processo pode ser empregado no modo semi93
FLUXOS OK automtico, onde o soldador manipula o arame, ou no
modo automtico. Um nico arame freqentemente utilizado com
equipamentos de soldagem especiais para passes de acabamento em
juntas horizontais com chanfro em tanques de estocagem e vasos de
presso. O equipamento montado sobre o anel superior e solda a junta
circunferencial. Um dispositivo especial empregado para suportar o
fluxo contra os anis. Normalmente, ambos os lados da junta (interno
e externo) so soldados simultaneamente para reduzir o tempo de
fabricao.
Soldagem com chanfro estreitoConfiguraes com chanfro estreito so
freqentemente empregadas para a soldagem de peas com espessuras
acima de 50 mm, com aberturas de raiz entre 13 e 25 mm e um ngulo
total de chanfro de 0 a 8. Essa variante de processo normalmente
alimenta o arame com CC+ ou CA, dependendo do tipo de arame e do
fluxo sendo utilizados. essencial empregar fluxos especialmente
desenvolvidos para a soldagem em chanfro estreito por causa da
dificuldade de remoo da escria. Esses fluxos apresentam
caractersticas especiais que facilitam a remoo de escria em
chanfros estreitos.
Soldagem com arames mltiplosSistemas de arames mltiplos combinam
dois ou mais arames de soldagem alimentando a mesma poa de fuso. Os
arames podem ou conduzir corrente eltrica ou ser alimentados a
frio. Eles podem ser alimentados por uma ou por vrias fontes, que
podem ser CC ou CA ou ambos os tipos de corrente.
94
FLUXOS OK Sistemas de soldagem com arames mltiplos no s aumentam
a taxa de deposio do metal de solda como tambm melhoram a
flexibilidade operacional e proporcionam uma aplicao mais eficiente
do metal de solda. Esse controle melhorado da taxa de deposio tambm
pode levar a maiores velocidades de soldagem, at cinco vezes os
valores normalmente atingidos com um nico arame. Processo com
arames geminados (twin arc) Essa configurao usa dois arames
alimentados na mesma poa de fuso. Os dois arames so conectados a
uma nica fonte de soldagem e alimentador, e so normalmente
utilizados com CC+. Como os dois arames so fundidos, esse modo
proporciona taxas de deposio maiores quando comparadas com a
soldagem com um nico arame. O processo empregado no modo automtico
e pode ser aplicado em juntas com chanfro na posio plana ou em
juntas em ngulo na posio horizontal. a) Taxas de deposio A
Tabel
