1. Introduo Dentre os mais variados processos de soldagem, apresentaremos aqui um resumo dos processos de soldagem a exploso, soldagem por atrito (frico), soldagem por ultra-som e soldagem por presso a frio. A soldagem a exploso um processo de soldagem em estado slido, que produz uma solda pelo impacto em alta velocidade das peas em trabalho, como resultado de uma detonao controlada. A soldagem por frico um processo de soldagem em estado slido que produz soldas pela rotao ou movimento relativo de duas peas sob foras compressivas produzindo calor e deslocando plasticamente material nas superfcies de atrito. A soldagem por ultra-som tem como objetivo unir peas por vibraes mecnicas na faixa ultra-snica associada com presso, sendo feita no estado slido sem fuso de material base. A soldagem por presso a frio, em condies normais de ambiente causa destruio da superfcie, camadas de materiais metlicos na rea da solda. Esta expe superfcies de metal limpo nos dois componentes a serem soldados, nos quais devem ser usadas dentro de cada um deles um contato para gerar foras interatmicas, necessrias para formar a solda. 2. Processo de soldagem por Exploso Soldagem a exploso um processo de soldagem em estado slido, que produz uma solda pelo impacto em alta velocidade das peas em trabalho, como resultado de uma detonao controlada. A exploso acelera o metal a uma velocidade que produz uma adeso metlica entre eles aps a coliso. A solda produzida em uma frao de segundo sem adio de metal. essencialmente um processo a temperatura ambiente em que no ocorre um grande aquecimento das peas em trabalho. As superfcies de contato, entretanto, so aquecidas pela energia de coliso, e a soldagem conseguida pelo fluxo plstico do metal em suas superfcies. A solda executada progressivamente junto com a exploso e as foras criadas avanam de uma extremidade da junta a outra. As deformaes da soldagem variam com o tipo da junta. So conseguidas deformaes imperceptveis em vrias soldas, e sem perda mensurvel de metal. A soldagem normalmente executada ao ar livre, mas tambm pode ser executada em outras atmosferas ou em vcuo quando as circunstancias o exigirem. Muitas soldas so executadas em sees relativamente grandes em rea, porm existem aplicaes com pequenas superfcies com sucesso. 2.1.1. Princpios do processo

Fundamentalmente existem trs componentes: 1- Metal base 2- Metal primrio ou de caldeamento 3- Explosivo O componente base permanece estacionrio enquanto o primrio soldado a ele. O componente base pode ser suportado por uma base ou matriz, particularmente quando ele relativamente delgado. A componente base / apoio deve possuir massa suficiente para minimizar as distores durante o processo de soldagem por exploso. O componente primrio posicionado usualmente paralelo ao componente base; porm para aplicaes especiais ele pode estar a um pequeno angulo em relao ao componente base. No arranjo paralelo, os dois so separados por uma distancia especificada, que se refere como distancia de afastamento (standoff distance). No arranjo angular o afastamento pode ser ou no utilizado no vrtice do angulo. A exploso localizada dobra e acelera o componente primrio atravs do afastamento, a alta velocidade, para que ele colida sob um certo ngulo com o componente base e seja soldado a ele. frente de coliso e solda progride atravs da juno conforme a exploso avana. O explosivo, normalmente em forma granular, distribudo uniformemente sobre a superfcie superior do componente primrio. A fora que a exploso exerce sobre o componente primrio depende das caractersticas da detonao e da quantidade de explosivo. Um separador de um material tipo neoprene, entre o componente primrio e o explosivo, pode ser necessrio para proteo do componente da eroso provocada pela detonao do explosivo. 2.1.2. Detonao do explosivo

A maneira na qual o explosivo detonado extremamente importante. A detonao deve ser efetuada progressivamente atravs da superfcie do componente primrio. A velocidade da detonao determina a velocidade na qual a coliso progride atravs da rea de juno. conhecido que a velocidade de coliso uma das variveis importantes do processo. A seleo de um explosivo que produza uma velocidade de detonao requerida da maior importncia para que se consiga por consequncia uma boa solda. Alem disso o explosivo deve providenciar uma exploso uniforme para que a velocidade de coliso seja uniforme do incio ao fim da solda.

2.1.3.

Velocidade e ngulo do componente primrio

Enquanto a detonao se move atravs da superfcie do componente primrio, ambas as intensas presses, a da frente de exploso e a gerada pela expanso dos gases imediatamente abaixo da frente de exploso aceleram o componente primrio a um certo angulo e velocidade. Este angulo e velocidade dependem do tipo e quantidade do explosivo, da espessura de parede e propriedades mecnicas do componente primrio, e da distancia de afastamento (standoff distance) empregada.

2.1.4. Coliso, jato e soldagem.As seguintes variveis inter-relacionadas so importantes para o processo de soldagem a exploso: 1- Velocidade de coliso 2- Angulo de coliso 3- Velocidade do componente primrio A intensa presso necessria para se produzir a soldagem gerada no ponto de coliso quando duas destas variveis estejam entre limites perfeitamente definidos. Estes limites so determinados pelas propriedades dos materiais a serem soldados. As presses foram as superfcies dos dois componentes a um intimo contato e causa um fluxo plstico localizado na rea imediatamente prxima ao ponto de coliso. Ao mesmo tempo o jato formado no ponto de coliso. O jato varre para fora da superfcie original de cada componente qualquer filme de contaminao que possa estar presente. Isto limpa o metal como requerido para se obter uma soldagem metalrgica forte. Presses residuais no sistema so mantidas o suficiente aps a coliso para permitir a liberao do contato ntimo dos componentes metlicos e para completar a solda. 2.1.5. Natureza da adeso

A interface entre os dois componentes de uma soldagem a exploso normalmente como uma onda em uma microescala, o tamanho da onda depende das condies de coliso encontradas na soldagem. Muitas soldas com uma interface em onda contm pequenas bolsas de material do jato localizadas normalmente a frente e atrs dos picos das ondas (no declive). Estes materiais so compostos da combinao dos dois metais parentes, e uma parcial ou completa fuso dos materiais geralmente ocorre. As bolsas podem ser dcteis quando a combinao dos metais formam solues slidas, mas podem ser frgeis ou podem conter descontinuidades em suas combinaes, formando compostos intermetlicos. Bolsas de outros materiais podem no ser prejudiciais, caso sejam bem pequenas. Uma boa prtica de soldagem produzem pequenas bolsas. Grandes bolsas, por outro lado, ocorrem devido a excessivas condies de coliso (velocidade do material primrio, velocidade de coliso e angulo de coliso), ou podem produzir falhas contnuas de soldagem. Grandes bolsas e falhas de soldagem contnuas podem conter um substancial nmero de vazios por enrugamento e outras descontinuidades que reduzem a resistncia e ductilidade. Elas so normalmente prejudiciais para sua integridade e utilizao da solda. Por estas razes prticas de soldagem que produzam tamanhos excessivos de onda ou falhas contnuas de soldagem devem ser evitadas. Em certas ocasies, uma interface plana da solda formada quando a velocidade de coliso est abaixo do valor crtico para a particular combinao dos metais utilizados na solda. Soldas deste tipo normalmente possuem propriedades mecnicas satisfatrias, mas a regra no utilizar esta prtica. Pequenas variaes nas condies de coliso podem produzir falta de adeso. 2.1.6. Propriedades dos materiais explosivos

Os explosivos utilizados para soldagem a exploso So normalmente granulares, e sua composio normalmente baseada em Nitrato de Amnia como componente principal. Isto permite que sua detonao ocorra em uma faixa de velocidade entre 2000 a 3000 m/s, necessria para alcanar no ponto de coliso, as condies necessrias para uma tima soldagem. Em geral, a velocidade de detonao do explosivo depende da sua composio, espessura e embalagem ou densidade obtida. 2.1.7. Afastamentos para arranjos paralelos e angulares.

Dois tipos de afastamentos podem ser utilizados na soldagem a exploso: paralelo ou angular. O uso de um ngulo, pr-determinado est normalmente restrito a pequenas reas ou soldas curtas tais como solda de tubo a espelho (trocadores de calor e caldeiras), soldas em dobra (angulo) entre chapas ou componentes tubulares, ou outras pequenas reas de soldas especiais. O afastamento paralelo, ou constante, utilizado para grandes reas de soldagem, e constituem a maior aplicao da soldagem por exploso. Para outra operaes, tal como revestimento de chapas planas (cladding), a geometria do afastamento e quantidade de explosivo deve ser previsto no projeto dos componentes para a soldagem. A distancia de afastamento empregada na preparao da soldagem por exploso ter muita influencia no tamanho da onda na interface. Aumentos na distancia de afastamento aumenta o angulo de coliso entre os componentes primrio e base acima do limite do angulo de dobramento dinmico no qual o explosivo utilizado capaz de acelerar o componente de revestimento. O

tamanho da onda da interface aumenta com o acrscimo do angulo de coliso. Em termos gerais, a distancia de afastamento em uma soldagem paralela normalmente entre a metade e uma vez a espessura do componente de revestimento que ser acelerado pelo explosivo. No arranjo angular, o angulo est tipicamente entre um e oito graus. 2.1.8. Qualidade da adeso

A qualidade de uma soldagem a exploso depende apenas da natureza da interface, e dos efeitos que o processo causou nas propriedades dos componentes metlicos. As propriedades dos metais incluem resistncia, maleabilidade e ductilidade. Os efeitos da soldagem nestas propriedades podem ser determinadas por comparao dos resultados de trao, impacto, dobramento e ensaios de fadiga na solda e materiais base. Procedimentos de teste das normas ASTM podem ser utilizados. A qualidade da adeso pode ser determinada por ensaios destrutivos e no-destrutivos. Caso o tamanho das amostra de teste sejam limitadas pela espessura dos componentes e a solda plana e na essncia no h espessura, teste especiais destrutivos so utilizados para avaliao da Adeso. Os ensaios devem refletir as condies que a solda vai sofrer em servio.

2.1.9. Ensaios No-destrutivosDevido a natureza da soldagem a exploso, a inspeo no-destrutiva est restrita quase na totalidade a inspeo ultra-snica. Inspeo radiogrfica somente aplicada a soldas entre metais com uma significante diferena entre suas densidades e uma interface com um padro de ondas grandes. 2.1.10. Ensaios destrutivos Os ensaios destrutivos so usados para determinar a resistncia da solda e o efeito do processo nas propriedades dos metais base. Tcnicas de teste normalizadas podem se usadas, mas ensaios especialmente projetados, s vezes so necessrios para determinar a resistncia da adeso para vrias configuraes.

2.1.11. Ensaio de tenso de cisalhamentoEste ensaio projetado para se determinar a tenso de cisalhamento da solda. prefervel espessuras iguais dos dois componentes. O comprimento da zona de cisalhamento pode ser definida a menor possvel, ou no haver dobramento em cada componente. A falha pode ocorrer por cisalhamento, paralelo a linha de solda. Caso a falha ocorra em um dos metais base, a resistncia ao cisalhamento da solda obviamente maior do que a do metal base. Em qualquer evento, os resultados so teis para efeito de comparao somente, utilizando-se um corpo de prova comum. 2.1.12. Ensaio de trao Um ensaio de trao de ruptura de anel pode ser usado para avaliao da resistncia a trao de soldas por exploso, o corpo de prova desenvolvido para submeter a interface da solda a um esforo de trao. A rea da seo de corte do corpo de prova o anel entre o dimetro interno e o externo. Um corpo de prova tpico possui um pequeno comprimento na regio a ser tracionada, na inteno de causar a ruptura na interface da solda ou imediatamente adjacente. Caso a ruptura ocorra em um dos metais base, o ensaio mostra que a solda mais forte do que o metal base. O ensaio executado posicionando o corpo de provas no bloco de base com o mandril no furo. Uma tenso de compresso ento aplicada entre o mandril e a base. A tenso da fratura ento registrada. 2.1.13. Ensaio metalogrfico A Metalografia pode fornecer informaes teis sobre a qualidade das soldas a exploso. A amostra para o exame metalogrfico deve ser obtida de modo que a interface possa ser examinada em um plano paralelo a direo de detonao e normal a superfcie dos componentes soldados. Uma boa formao, uma boa definio do padro de onda geralmente uma boa indicao de uma boa solda. Dependendo da combinao dos materiais a serem avaliados, a amplitude e freqncia da onda pode variar alguma coisa sem uma influencia significante na resistncia da solda. Bolsas pequenas e isoladas de fundio resultantes dos vrtices do jato usualmente no prejudicam a qualidade da solda. Grandes bolsas contendo vazios ou microtrincas indicam que o angulo de coliso e a energia esto muito altos e a solda esta ruim. Condio de coliso excessiva entre os metais como Titnio, ligas de alta resistncia de Nquel, e aos martensticos podem produzir faixas de tenso surgindo da interface das linhas da onda, resultando em cisalhamento localizado. Condies prprias de soldagem devem ser empregadas para minimizar a ocorrncia destas faixas e os potenciais efeitos prejudiciais na performance do produto caldeado. Amostras para o exame metalogrfico dever ser retiradas em uma rea que seja representativa da solda inteira. Efeitos de borda podem resultar em reas sem uma boa qualidade de solda ao longo das bordas da solda. Amostras destas regies no so representativas do resto da solda.

2.1.14. Tipos de juntas Soldas a exploso possuem uma limitao a juntas de superposio ou com superfcies que se ajustam. No caso de revestimento, as superfcies dos dois componentes possuem a mesma geometria, e um dos componentes sobrepe o outro. Em juntas tubulares de transio e de topo, uma superposio utilizada normalmente. A superposio e a soldagem nestas juntas devem ser longas o suficiente para se obter uma garantia de no haver falha em servio por cisalhamento ao longo da interface.

2.1.15. Preparao da superfcieAs superfcies a serem soldadas devem ser limpas e livres de imperfeies grosseiras par se obter soldas homogneas, resistentes e dcteis. A rugosidade necessria depende dos metais a serem soldados. Em geral a superfcie com acabamento de 0,5 microns, ou melhor, necessrio para se obter soldas de alta qualidade. 2.1.16. Fixao e preservao Para uma qualidade consistente, as condies de soldagem devem ser uniformes sobre a rea total a ser aderida. Isto inclui a distancia de afastamento para componentes paralelos ou angulo inicial para componentes inclinados e uma rigidez suficiente para suportar o componente base. Para caldeamento em componentes relativamente finos, espaadores ou suportes para manter a distancia de afastamento exigida, so normalmente posicionados ao longo das arestas externas da chapa a se caldeada, onde normalmente os efeitos de borda so normalmente removidos. Quando o componente primrio ou de revestimento to fino, e a deflexo nele provocada pelo seu peso combinado com o peso do explosivo no topo, pode provocar problemas em se manter a distancia de afastamento necessria, suportes adicionais de afastamento podem ser exigidos nas reas centrais. Tipicamente, materiais de pequeno peso tais como blocos de espuma ou de madeira balsa estrategicamente distribudos abaixo de reas centrais da chapa de revestimento. Eles so normalmente consumidos no processo de soldagem e tem um efeito mnimo no resultado da solda. Durante o revestimento de chapas com uma base espessa ou de componentes de base, a base posicionada diretamente no solo. Caso a base seja relativamente fina ou sujeita a excessiva deformao durante o processo de soldagem a exploso, necessrio que seja suportada uniformemente de modo mais rgido, um suporte macio para minimizar a deflexo. Para revestimento de tubos ou unio de tubulaes, um mandril interno ou externo necessrio para preservar o componente base. 2.1.17. Capacidades e limitaes Um atributo do processo de soldagem a exploso a capacidade da unio de grande variedade de metais similares ou no. As combinaes de materiais dissimilares que podem ser unidos pelos outros processos de soldagem tal como ao carbono com ao inoxidvel se juntam aos que so metalurgicamente incompatveis para soldas por fuso, tais como alumnio ou titnio ao ao. O processo pode ser utilizado para juntar componentes de umas grande faixa de tamanhos. reas de superfcie menores que 6,5 cm a acima de 37 m podem ser soldadas. Desde que o componente base esteja estacionrio durante a soldagem, no h limites superiores para sua espessura. A espessura do componente primrio pode variar de 0,25 a 31,8 mm ou mais, dependendo do material. Configuraes geomtricas podem ser soldadas por exploso caso se consiga uma progresso uniforme da frente de exploso. Isto inclui chapas planas tais como estruturas cilndricas ou cnicas. Soldas podem ser executadas em algumas configuraes complexas, mas este trabalho requer um conhecimento completo e um controle preciso do processo. 2.1.18. Metais Soldveis Como regra geral, qualquer metal pode ser soldado por exploso caso possua suficiente resistncia e ductilidade para suportar a deformao exigida na alta velocidade associada com o processo. Metais que sofrem fratura quando expostos a choques associados com a detonao do explosivo e a coliso dos dois componentes no podem se soldados por exploso. Metais com Alongamento de no mnimo 5 a 6% [em 2 polegadas (51 mm) de comprimento de medio] e Resistncia ao Impacto (Charpy entalhe em V) de 13,6 J ou melhor podem ser soldados por este processo. Em casos especiais, metais com baixa ductilidade podem ser soldados com um praquecimento do componente, a uma temperatura ligeiramente elevada at a um ponto em que se tenha uma resistncia ao impacto adequada; porm, o uso de explosivos em conjunto com componentes em temperaturas elevadas requer cuidados especiais de segurana. Enquanto a soldagem por exploso no produz mudanas nas propriedades de massa, ela produz vrias mudanas notveis nas propriedades mecnicas e na dureza dos metais, particularmente nas reas adjacentes a interface. Em geral o severo fluxo de deformao plstica localizada ao longo da interface durante a soldagem, aumenta a dureza e a resistncia do material nesta regio. Com isto a ductilidade diminui. Seus efeitos podem ser eliminados por um posterior tratamento trmico. Porm, o tratamento trmico particular aplicado, deve ser tal que no reduza a ductilidade da solda por uma desfavorvel difuso ou formao de compostos intermetlicos frgeis na interface.

2.1.19. Revestimento de chapasO revestimento de chapas planas constitui a maior aplicao comercial da soldagem por exploso. normal se utilizar a chapa revestida nas condies de aps soldagem, porque o endurecimento ocorre imediatamente adjacente a interface, e normalmente no provoca um efeito significante nas propriedades de trabalho de deformao posteriores da chapa. A despeito disto, vrios servios posteriores exigem tratamento trmico. Chapas revestidas normalmente se deformam durante a soldagem por exploso e devem ser desempenadas para atender as especificaes de empeno. O desempeno usualmente efetuado por prensas ou rolos de desempeno. Cabeas de vasos de presso e outros componentes podem ser fabricados de chapas caldeadas por exploso por tcnicas convencionais a quente ou a frio. Conformao a quente deve se feita de acordo com as propriedades metalrgicas dos materiais, e com a possibilidade de uma indesejvel difuso que pode ocorrer na interface. Titnio revestindo ao, em qualquer instncia, no pode ser conformado a temperaturas superiores a 760C para prevenir a formao de intermetlicos indesejveis que podem provocar falhas por fragilidade na solda. Reduzir a espessura por laminao um meio conveniente e econmico de se produzir chapas bimetlicas com a parede exigida para o prximo processo. 2.1.20. Segurana Essa soldagem s deve ser executado por pessoas capacitadas e treinadas, em virtude da natureza do processo. Principalmente porque todo o explosivo controlado pelo governo, e seu armazenamento inspira cuidados (normas para estoque e armazenamento e detonao). 2.1.21. Histrico Durante a 1 Guerra Mundial, era observado que partes metlicas de projteis e de estilhaos quando colidiam com outras superfcies metlicas, em determinadas circunstncias, eram soldadas. Porm, este processo, foi relatado de forma cientfica somente em 1944, quando em um experimento foi observado que dois discos metlicos ligados a um detonador, aps exploso, foram soldados no estado slido e apresentaram uma interface ondulada. Em 1957, obteve-se a soldagem por exploso de uma chapa de Alumnio a um perfil de ao. Ento, grande interesse foi despertado por este processo e muitos pases comearam a pesquis-lo e a encontrar muitas aplicaes industriais para a soldagem por exploso. 3. Processo de soldagem por Frico (Atrito) A soldagem por frico um processo de soldagem em estado slido que produz soldas pela rotao ou movimento relativo de duas peas sob foras compressivas produzindo calor e deslocando plasticamente material nas superfcies de atrito. Enquanto considerado um processo em estado slido, sob algumas circunstncias um filme fundido pode ser produzido na interface. Porm, as caractersticas finais da solda no devem exibir evidncia de um estado fundido por causa do extenso trabalho a quente a que submetido o material durante a fase final do processo. A solda produzida caracterizada pela ausncia de uma zona de fuso, por uma estreita zona termicamente afetada e pela presena de material deformado plasticamente em torno do colar. A qualidade da solda dependente do tipo de material, das caractersticas da junta, dos parmetros de soldagem e dos tratamentos ps -soldagem. 3.1.1. Mtodos de fornecimento de energia

De acordo com as normas AWS includas no manual de soldagem, existem dois mtodos gerais de fornecimento de energia em soldagem por frico: 1-O mtodo direto, s vezes chamado soldagem por frico convencional; 2-Soldagem por frico por Inrcia, tambm chamada de soldagem por inrcia. 3.1.2. Soldagem por frico convencional

Neste processo, uma das peas presa a uma unidade motora, enquanto a outra restringida de rotao. A pea ento gira a uma velocidade predeterminada. Para serem soldadas as peas so colocadas em contato e ento uma fora axial aplicada. Calor gerado assim que as superfcies de atrito (superfcies de frico) entram em contato. Isto continua por um tempo predeterminado, ou at que uma quantidade de deslocamento, tambm predeterminada, seja atingida. Ento, a unidade motora desacoplada, e a pea posta em repouso pela atuao de um freio ou por sua prpria resistncia rotao. A fora de frico mantida ou aumentada (fora de forjamento) durante um tempo predeterminado depois da rotao cessar. A solda est assim completa. Em soldagem por frico direta existem dois mecanismos diferentes de controle para determinar o fim do ciclo de soldagem. Por um lado, o processo pode ser finalizado quando um tempo predeterminado de soldagem atingido. Por outro lado, a quantidade total de deslocamento pode ser usada para determinar o trmino do

processo. Mais adiante um terceiro mtodo para controlar o processo de soldagem, o controle de temperatura, ser apresentado. 3.1.3. A soldagem por frico por inrcia

Neste processo, uma das peas conectada a uma roda de inrcia, enquanto a outra restringida de rotao. A roda de inrcia acelerada a uma velocidade rotacional predeterminada, armazenando a energia exigida. O motor de passo desacoplado e as peas so postas em contato. Este contato gera um atrito entre as superfcies sob foras compressivas. A energia cintica armazenada na roda dissipada como calor por frico na interface de solda a medida que a velocidade vai diminuindo. Um aumento da fora de frico pode ser aplicada (fora de forjamento) antes de a rotao parar. A fora de forjamento mantida por um tempo predeterminado depois de a rotao cessar. Neste ponto a solda est ento completa. Ambos os processos (por inrcia e convencional) produzem soldas de excelente qualidade. Existem diferenas ou vantagens sutis de um processo em relao ao outro dependendo da aplicao (tamanho das peas, combinao de materiais, consideraes de geometria, etc.). 3.1.4. Parmetros relevantes

Existem pelo menos dez parmetros de processo importantes em soldagem por frico. Os mais importantes so: A velocidade relativa das superfcies A presso normal tempo de aquecimento deslocamento e a taxa de deslocamento A temperatura das superfcies de frico A natureza do material A presena de filmes na superfcie A rigidez e elasticidade das superfcies de frico tempo requerido para parar o fuso A durao da fora de forjamento Embora todos os parmetros sejam relevantes, os primeiros quatro so os mais importantes. 3.1.5. A velocidade relativa das superfcies de atrito

A velocidade rotacional relativa o parmetro de processo menos sensvel. Praticamente, ela pode variar dentro de uma grande faixa sem influenciar a qualidade do cordo de solda. Do ponto de vista de uma intensificao do processo e aperfeioamento da qualidade de solda desejvel o uso de velocidades relativamente baixas. A eficincia do processo aperfeioada como resultado da reduo da perda de calor, o que reduz a quantidade de energia usada para soldagem. Altas velocidades rotacionais podem ser usadas para soldar aos maleveis. Na prtica, o tempo de aquecimento (para uma dada quantia de deslocamento) usualmente controlado pela variao da presso de soldagem. 3.1.6. A presso normal

Embora este parmetro varie amplamente durante os estgios de aquecimento e de forjamento, ele controla o gradiente de temperatura na interface de solda, a potncia requerida, e a reduo axial. A presso axial deve ser alta suficiente para colocar as superfcies de atrito em contato ntimo, para manter as substncias estranhas fora da interface de solda e para evitar a oxidao. Porm, deve ser notado que altas presses causam aquecimento local e consequentemente rpida reduo axial (alta taxa de deslocamento) o que poderia ser incontrolvel. 3.1.7. Tempo de aquecimento

O tempo de aquecimento determina as condies de temperatura do processo, mantendo em mente que a deformao plstica das peas derivada das condies de temperatura. O tempo de aquecimento significativamente influenciado pela presso axial e pela velocidade rotacional. Reduz quando a presso aumentada e quando a velocidade rotacional decresce. Para uma dada presso, o tempo de aquecimento aumenta com o aumento da velocidade rotacional. O tempo de aquecimento especialmente importante para uma baixa taxa de deslocamento porque ele no s define a microestrutura da interface, mas controla tambm a profundidade de aquecimento no material consumvel. 3.1.8. Deslocamento / taxa de deslocamento

Esta varivel no somente usada para controlar o ciclo de soldagem, mas ela tem tambm uma influncia significativa nas propriedades da junta. A presso e velocidade aplicadas influenciaro o tempo necessrio para atingir a quantidade de deslocamento preestabelecida. O tempo desde o contato inicial das superfcies at o fim

do processo se torna menor com um aumento de presso e uma velocidade mais baixa resulta em uma taxa de deslocamento maior para a mesma presso nominal. 3.1.9. Vantagens e Limitaes

Como todos os processos de soldagem, a Soldagem por Frico apresenta vantagens e desvantagens. Por ser um processo em estado slido, esse tipo de operao apresenta mais vantagens que limitaes. 3.1.10. Vantagens Ateno Especial com a limpeza da superfcie no necessria, uma vez que a soldagem por frico tende a romper, deslocar, e finalmente remover os filmes de superfcie no flash ("colar") da solda Metal de enchimento, fluxo, e gs protetor no so requeridos. Diferentemente dos processos por fuso, a soldagem por frico no pe em risco a sade do operador alm de mais seguro, porque no existem fascas, radiao, fumaa, ou risco de problemas eltricos envolvendo alta voltagem Defeitos associados a fenmenos de solidificao, como porosidade e segregao, no esto presentes em soldagem por frico, uma vez que ele um processo em estado slido possvel de se fazer juntas de metais dissimilares que so difceis ou at impossveis de serem soldadas por outros processos (por exemplo, metais refratrios e exticos) Baixos custos, simplicidade de operao, instalaes simples, baixo consumo de energia, e um curto ciclo de soldagem fazem do processo efetivo para componentes normalmente produzidos por outros processos de fabricao; processo facilmente automatizado para reproduzir soldas de alta qualidade. O equipamento atual pode ser operado a at quatro quilmetros, sendo adequado para aplicaes distantes em ambientes perigosos baixo calor introduzido e os rpidos ciclos de soldagem fazem com que o processo seja adequado para aplicaes em oleodutos operantes, linhas de gs e linhas de metanol Estreita zona termicamente afetada associada ao processo consumvel adequado para uso dentro de atmosferas explosivas sem risco de ignio. Isto permite que a soldagem seja seguramente executada em reas de instalaes petroqumicas sem necessidade do desligamento do equipamento Habilidades manuais no so exigidas Na maioria dos casos, a resistncia da solda igual ou maior que a dos materiais a serem unidos. 3.1.11. Limitaes A rea de pelo menos uma pea deve ser simtrica, de forma que a parte poa girar sobre o eixo do plano de rotao. As geometrias tpicas que podem ser soldadas por frico so: barra com barra, barra com tubo, barra com chapa, tubo com tubo e tubo com chapa processo normalmente limitado a fazer juntas de topo planas e angulares (ou cnicas) material de pelo menos um componente deve ser plasticamente deformvel sob as dadas condies de soldagem Preparao e alinhamento das peas podem ser crticas para o desenvolvimento uniforme do atrito e aquecimento Capital de equipamento e custos com ferramentas so altos Ligas usinadas so difceis de serem soldadas 3.1.12. Defeitos Comuns Em soldagem por frico, os principais defeitos associados ao processo envolvem a deformao dos componentes, a falta de fuso dos materiais, a incluso de filmes estranhos ao processo, a abertura de trincas mesmo durante o resfriamento da junta e finalmente a deflexo horizontal dos componentes que esto sendo soldados. 4. Processos de soldagem por Ultra-som A energia do ultra-som tem se mostrado uma ferramenta til em uma larga variedade de aplicaes. A unio de metais, especificamente metais no ferrosos usados em conexes eltricas, uma aplicao particularmente til desta tecnologia. A soldagem por ultra-som de metais no ferrosos, em conexes eltricas, tem demonstrado eliminar a maioria, se no todos, os problemas associados a soldagem por fuso. De fato, a soldagem por ultrassom de metais est se tornando rapidamente o processo escolhido por engenheiros industriais. Aplicaes atuais e comparaes de custos operacionais ilustram o grau de aceitao e as vantagens inerentes da soldagem por ultra-som de fios e unies eltricas. A energia do ultra-som usada para melhorar a estrutura metalrgica dos materiais. O nico resultado da soldagem de metais por ultra-som a baixa radiao de calor sem fuso da massa. O processo determinado por alguns parmetros de soldagem que podem ser facilmente monitorados e controlados eletronicamente, que um pr-requisito para um processo seguro e de qualidade. A

soldagem por ultra-som pertence a categoria da soldagem sob presso e utiliza o deslocamento e a energia cintica para a unio das peas. A soldagem por ultra-som uma combinao de soldagem sob presso a frio e soldagem por frico, por causa do modo da ao. 4.1.1. Baixa presso de soldagem

Durante a soldagem de metais por ultra-som, o movimento de rotao substitudo pela vibrao mecnica linear. As superfcies de soldagem so esfregadas periodicamente durante o processo. Isto reduz a presso exigida se comparada a soldagem por frico, e o valor final somente cerca de somente 1% do que requerido para a soldagem sob presso a frio. Quando se une completamente um material por ultra-som, a energia requerida vem em forma de vibraes mecnicas. A ferramenta de soldagem (sonotrode ou horn) junta-se a uma das partes a serem soldadas e move-se na direo longitudinal. A outra parte permanece imvel. Agora as partes a serem unidas so simultaneamente pressionadas. A ao simultnea das foras estticas e dinmicas causam a fuso das partes sem ter que usar um material de adio. Este procedimento usado em escala industrial para unio de plsticos e metais. 4.1.2. Soldagem por ultra-som de plsticos As oscilaes so introduzidas verticalmente (figura 5a). A soldagem Ultra-snica de plsticos uma tecnologia que tem sido usada a vrios anos. Quando se solda termoplsticos, a elevao trmica na regio da solda produzida pela absoro das vi braes mecnicas, da reflexo das vibraes na rea da solda e da frico das superfcies. As vibraes so introduzidas verticalmente. Na rea de contrao, o calor da frico produzido assim que o material plastificado, forjando uma conexo insolvel (que no se pode separar) entre as partes, dentro de um curto perodo de tempo. O pr-requisito que ambas as partes trabalhadas tenham pontos de fuso equivalentes. A qualidade da unio mais uniforme porque a transferncia de energia e o calor interno liberado permanecem constantes e est limitado : 1-Bigorna 2-Partes a serem soldadas 3-Ferramenta (sonotrode ou horn) 4-Oscilao do ultra-som rea de unio. A fim de obter um timo resultado, as superfcies das peas so preparadas para serem adequadas a unio por ultra-som. Alm da soldagem de plsticos, o ultra-som tambm pode ser usado para rebitar ou embutir peas de metal em plstico. 4.1.3. Soldagem de metais por ultra-som Direo horizontal da oscilao, enquanto que na soldagem de plstico, vibraes verticais de alta freqncia (20 a 70kHz) so usadas para aumentar a temperatura e plastificar o material, a juno de metais um processo completamente diferente. Ao contrrio de outros processos, as partes a serem soldadas no so aquecidas at o ponto de fuso, mas so unidas aplicando presso e vibraes mecnicas de alta -frequncia. Em contraste com a soldagem de plsticos, as vibraes mecnicas usadas durante soldagem de metais so introduzidas horizontalmente. A ferramenta (sonotrode ou horn) no martela o material para elevar sua temperatura e plastifica-lo, mas esfrega as partes a serem soldadas, uma sobre a outra, sob presso. 4.1.4. Os mecanismos durante a soldagem de metais por ultra-som Durante a soldagem por ultra-som, um complexo processo iniciado envolvendo foras estticas, foras de cisalhamento e um moderado aumento de temperatura na rea de soldagem. O valor destes fatores depende: 1-Ferramenta (sonotrode ou horn) 2-Partes a serem soldadas 3-Bigorna 4-rea de soldagem espessura da pea, da estrutura da superfcie e de suas propriedades mecnicas. As peas so colocadas entre os suportes da mquina, isto , a bigorna e a ferramenta (sonotrode ou horn), que oscila horizontalmente a altas freqncias (usualmente 20, 35 ou 40 kHz) durante o processo de soldagem. muito comum utilizar a freqncia de oscilao (freqncia de trabalho) de 20 kHz. Esta freqncia est acima da audio humana e, alm disso, permite o melhor uso possvel da energia. Para processos de soldagem, que requerem somente uma pequena quantidade de energia, podem ser usadas as freqncias de trabalho de 35 ou 40 kHz. 4.1.5. Superfcies irregulares evitam o deslizamento

As superfcies da ferramenta (sonotrode ou horn) e da bigorna, ferramentas de soldagem, so usualmente irregulares ou tm uma estrutura frisada ou estriada para segurar as peas a serem soldadas e evitar o indesejvel deslizamento. 4.1.6. Deformaes do metal limitada localmente

A presso esttica aplicada entre as superfcies de soldagem num ngulo de 90. A fora (presso esttica) sobreposta com a fora de cisalhamento de alta freqncia de oscilao. Enquanto as foras no interior das peas estiverem abaixo do limite de elasticidade linear, as peas no deformaro. Se as foras ultrapassarem um determinado valor limite, deformaes locais no material logo vo ocorrer. Estas foras de cisalhamento, a alta freqncia, quebram e removem os contaminantes e produzem uma ligao entre as superfcies dos metais. A oscilao adicional faz a deformao das faces aumentar at que uma grande rea de soldagem tenha sido produzida. 4.1.7. Aumento de temperatura na rea de soldagem

A soldagem de metais por ultra-som local e limitada s foras de cisalhamento e ao deslocamento das camadas intermedirias. Contudo, no ocorrer a fuso se a fora (presso), a amplitude e o tempo de soldagem forem ajustados corretamente. Anlises microscpicas, utilizando microscpios pticos e eletrnicos, mostram a recristalizao, a difuso e outros fenmenos metalrgicos. Porm, elas no fornecem nenhuma evidncia de fuso entre as superfcies. O uso de dispositivos sensveis variaes de temperatura, instalados nas camadas intermedirias, mostram que, durante o curto perodo de tempo de soldagem, h um rpido aumento com uma posterior queda constante da temperatura. 4.1.8. Unies homogneas e estveis

A soldagem de metais por ultra-som no caracterizado por adeso superficial ou junes colados. provado que as junes so slidas, homogneas e estveis. Por exemplo, se uma folha fina de alumnio soldada por ultra-som a uma folha fina de cobre, pode ser facilmente verificado que depois de um certo perodo de tempo de solda, partculas de cobre aparecem no outro lado da folha de alumnio. Ao mesmo tempo, partculas de alumnio aparecem no outro lado da folha de cobre. Isto mostra que os materiais penetraram uns nos outros num processo que chamado de difuso. Este processo ocorre dentro de fraes de segundo.

4.1.9. Foras entre 700N e 3000NCom um fornecimento de presso de aproximadamente seis bar, a fora exercida estar na faixa de aproximadamente 700N a 3000N. A presso pneumtica pode ser regulada, para um determinado valor, com o auxlio de um manmetro. O movimento vertical da ferramenta deve ser ajustvel a fim de evitar uma indesejvel deformao das partes a serem soldadas. 4.1.10. O equipamento A energia do ultra-som a energia de vibrao mecnica que opera em freqncias alm do som audvel, ou seja, 18 kHz (18 kHz o limiar superior da faixa de audio humana normal). Trs freqncias bsicas so usadas; 20, 35 e 40 kHz, dependendo da aplicao. A seleo baseada nos nveis de potncia exigidos, na amplitude de vibrao requerida e no tamanho da ferramenta de ultra-som a ser usado. A freqncia importante porque atua diretamente na potncia disponvel e no tamanho da ferramenta. fcil de gerar e controlar altos nveis de potncia baixa freqncia. Alm disso, as ferramentas do ultra-som so membros ressonantes cujo tamanho inversamente proporcional freqncia operacional delas. A gerao de energia do ultra-som comea com a converso de 50 ou 60 Hz da energia eltrica convencional para 20 ou 40 kHz da energia eltrica do power supply (fornecedor de potncia). O power supply (fornecedor de potncia) tambm controla a amplitude e a freqncia das vibraes. A alta freqncia da energia eltrica transmitida a um conversor eletro-mecnico ou transducer onde a energia eltrica convertida em vibraes mecnicas. Estas vibraes so ento ampliadas por um transformador de amplitude (amplificador) (booster) e pela ferramenta do ultra-som (sonotrode ou horn) antes de serem aplicadas na pea. A amplitude tpica de produo da ferramenta de de superfcie de trabalho 0,0025 polegadas (0,0635mm) a 20 kHz. 4.1.11. Explicao do processo O processo para soldagem de metais que usa a energia do ultra-som simples. O principal motivo dos metais no aderirem simultaneamente porque eles so cobertos com um xido, como resultado de sua exposio na atmosfera. O alumnio, por exemplo, forma um camada de xido duro dentro de milsimos de segundo, quando exposto ao oxignio. Mais adiante veremos que as complicaes no processo de unio dos metais so comuns em superfcies contaminadas com leo ou outros materiais. Se as superfcies dos metais no tivessem xidos, sujeiras ou leos lubrificantes a maioria das mquinas deixariam de funcionar porque superfcies iguais seriam soldadas. Aplicando vibrao, fora e tempo um soldador realiza uma soldagem por ultra-som. Ento, o soldador inicia o processo pressionando e esfregando as peas a serem soldadas, no mesmo ponto, a fim de separar e dispersar os xidos e contaminantes das superfcies. A conseqncia da limpeza das superfcies dos metais mant-las firmemente unidas. Considerando que a soldagem por ultra-som no depende de alcanar a fuso dos metais, as temperaturas de fuso e as condutividades trmicas no so fatores do processo. O processo de soldagem inteiro realizado em aproximadamente 250 milsimos de segundos.

4.1.12. Segurana O que a soldagem de metais por ultra-som faz em uma nica operao os outros processos necessitam de vrias etapas para realizar. Alm disso, elimina materiais de adio, no requer preparao da solda ou limpeza aps a solda, usa muita pouca energia (1/30 da soldagem por fuso), no usa nenhuma substncia qumica perigosa, no gera nenhum fumo nocivo e pode ser precisamente controlado e monitorado para assegurar resultados consistentes e de alta qualidade. Finalmente, um processo a baixa temperatura. Tipicamente, o calor gerado pela frico no eleva a temperatura das partes soldadas mais do que, aproximadamente, um tero de suas temperaturas de fuso. Considerando que um pequena quantia de calor gerado no exigida gua de refrigerao para a ferramenta e no h nenhum derretimento ou amolecimento das partes soldadas. Os operadores podem, freqentemente, tocar a pea imediatamente aps a solda. 4.1.13. Aplicaes Os metais mais adequados para a soldagem por ultra-som so os metais no ferrosos e algumas de suas ligas. Ento, aplicaes que envolvem materiais como cobre, alumnio e lato so muito comuns. Materiais contendo chumbo, zinco e estanho no so recomendados para serem soldados por ultra-som. Estes materiais agem como lubrificantes e no permitem a abraso exigida para realizao da soldagem.

4.1.14. Vantagens do processo1-Unies de metais no-ferrosos; 2-Baixo perodo de tempo de soldagem (