1
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICACELSO SUCKOW DA FONSECA
UnED Itaguaí
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICACURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA: Processos de Fabricação II
PROFESSOR: Humberto Farneze
PARTE 2PROCESSOS DE SOLDAGEM
2
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
Processo de soldagem - grande impulso durante a II Guerra Mundial
- fabricação de navios e aviões soldados, apesar de o arco elétrico
ter sido desenvolvido no século XIX
3
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
Cada processo de soldagem deve:
1- Gerar energia capaz de unir os dois metais, similares ou não
2- Remover contaminações das superfícies a serem unidas
3- Evitar que o ar atmosférico contamine a região
4- Propiciar o controle de transformação da fase - propriedades
desejadas
4
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
►Fluxo geral de calor na soldagem por fusão
A soldagem por fusão é realizada pela aplicação de energia concentrada em uma parte da
junta (região da(s) peça(s) onde a solda será realizada) de forma a conseguir a sua fusão
localizada, de preferencia afetando termicamente ao mínimo o restante da(s) peça(s).
A fonte transfere energia à junta através
da área de contato (A0) entre a fonte e a
peça, causando o aquecimento do material
adjacente até a sua fusão.
5
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
►Fluxo geral de calor na soldagem por fusão
Assim, para ser efetiva na soldagem por fusão, a fonte deve fornecer energia a
uma taxa suficientemente elevada e em uma área suficientemente pequena para
garantir a fusão localizada do metal de base na região adjacente à área de contato,
antes que o calor se difunda em quantidades apreciáveis para o restante da peça.
Para caracterizar este processo, define-se a potência específica (Pesp) de uma
fonte de energia como:
6
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
►Fluxo geral de calor na soldagem por fusão
Por exemplo, seja uma operação de soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) em que
se esteja usando uma corrente de 120A e uma tensão de 10V. Considerando-se
que o rendimento térmico deste processo seja cerca de 50% e que o diâmetro do
arco junto a peça valha cerca de 3mm, a potência específica nestas condições
seria:
7
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
►Fluxo geral de calor na soldagem por fusão
De uma forma geral, para ser útil na soldagem por fusão, uma fonte precisa ter uma potência
específica entre cerca de 106 e 1013W/m2 .
8
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
Máquina de Soldagem CC ou CAFonte de energia e controles
Tocha ou Garra
Eletrodo
Arco
Peça de trabalho
Cabo de circuito
►Circuito básico de soldagem
9
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
►Circuito básico de soldagem
• Fonte (CA ou CC) – controla os parâmetros
• Cabos – conectam a fonte à tocha e a peça à fonte
• Tocha – faz contato elétrico com eletrodo (consumível
ou não)
• Eletrodo – conduz a eletricidade gerando o arco que
funde o metal da peça de trabalho ou do próprio eletrodo
10
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
►Equipamentos
11
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
►Fontes de Energia
Requisitos Básicos das Fontes:
• produzir saídas de corrente e tensão nos valores desejados e com características
adequadas para o processo de soldagem;
• permitir o ajuste destes valores de corrente e/ou tensão para aplicações específicas;
• variar a corrente e tensão durante a operação de acordo com os requerimentos do
processo de soldagem e aplicação;
• estar em conformidade com exigências de normas e códigos relacionados com a
segurança e funcionalidade;
• possuir controles/interface do usuário de fácil compreensão e uso;
• quando necessário, ter interface ou saída para sistemas de automação.
12
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
► Características Estáticas:
13
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
► Características Estáticas:
14
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
►Fontes de Energia
15
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
►Fontes de Energia
16
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
►Fontes de Energia
Transformador
• Monofásico e trifásico - transformação da corrente da rede em corrente de
soldagem - redução da tensão da rede em tensão de soldagem e pelo
aumento de intensidade de corrente para a intensidade de corrente de
soldagem
O Transformador sO Transformador sóó CACA
17
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
Transformador CA
18
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
Transformador CA
19
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
Retificador CC
20
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
Fonte Inversora
21
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
Vantagens dos Inversores
n Menor DIMENSÃO e PESO dos equipamentos
n PORTABILIDADE
n Menor consumo de Energia Elétrica
n Menor relação entre custo / benefício
n Redução dos custos operacionais e manutenção
n Melhor sistema de SEGURANÇA OPERACIONAL
22
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
CONFRONTO
23
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
Física do Arco Elétrico - Conceitos Fundamentais
Condutor gasoso que transforma energia elétrica em calorífica
Estabelecido através de uma descarga elétrica entre dois eletrodos a qual é
mantida devido ao desenvolvimento de um meio gasoso condutor
Catodo - Eletrodo a partir do qual
são emitidos os elétrons que
passam através do gás
Anodo – Eletrodo para o qual os
elétrons e íons negativos se
encaminham
24
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
25
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
►SOPRO MAGNÉTICO
O campo magnético induzido pela corrente tende a se distribuir uniformemente em
torno do arco . Quando esta distribuição é perturbada, levando a uma maior
concentração do campo magnético em um dos lados do arco, as forças magnéticas,
que antes geravam o movimento de gases apenas no sentido do eixo do arco,
passam a possuir uma componente transversal que tende a empurrar lateralmente o
arco. Como resultado a arco passa de defletir lateralmente, tendo este efeito a
aparência similar de um leve sopro sobre a chama de uma vela. Este efeito, sopro
magnético, reduz o controle que se tem sobre o arco, dificultando a soldagem e
aumentando a chance de formação de descontinuidades no cordão.
26
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
►SOPRO MAGNÉTICO
27
O sopro magnético pode ser minimizado por medidas como:
• Inclinar o eletrodo para o lado em que se dirige o arco,
• Reduzir o comprimento do arco,
• Balancear a saída de corrente da peça, ligando-a à fonte por mais de um cabo,
• Reduzir a corrente de soldagem e
• Soldar com corrente alternada, pois, com esta, o sopro magnético é sempre
menor.
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
►SOPRO MAGNÉTICO
28
I - FUNDAMENTOS
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
29
II – CARACTERÍSTICAS DE APLICABILIDADE
II.1 – Versatilidade
➣➣➣➣ Soldagem em locais internos e externos;
➣➣➣➣ Facilidade de deslocamento ao local de soldagem: os cabos podem ser longos;
➣➣➣➣ Equipamentos simples e portáteis;
➣➣➣➣ Acessividade à juntas difíceis;
II.2 – Qualidade da Junta
➣➣➣➣ Propriedades equivalentes e na maioria das vezes superiores à do metal base.
II.3 – Metais Soldáveis
➣➣➣➣ Aços ao carbono;
➣➣➣➣ Aços de baixa liga;
➣➣➣➣ Aços inoxidáveis;
➣➣➣➣ Ligas resistentes ao calor;
➣➣➣➣ Aços temperáveis;
➣➣➣➣ Ferro fundido;
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
30
➣➣➣➣ Ligas de cobre;
➣➣➣➣ Ligas de níquel;
➣➣➣➣ Ligas de alumínio.
II.4 – Faixas de espessuras soldadas
➣➣➣➣ Usualmente entre 3 e 40 mm, em aços
II.5 – Limitações
���� Baixa produtividade: taxa de deposição 1,0 a 2,55 Kg/h; reposição sistemática;
remoção de escória.
���� Exige muita habilidade operatória;
���� Sua automação é difícil: executa-se a soldagem por gravidade
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
31
���� Exige muita habilidade operatória;
➣➣➣➣ Sua automação é difícil: executa-se a soldagem por gravidade
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
32
III – EQUIPAMENTOS
III.1 – Conjunto
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
33
III.2 – Fonte de Energia
➣➣➣➣ Geradores ou retificadores
● Corrente contínua – Polaridade direta (CC-)
● Corrente contínua – Polaridade inversa (CC+)
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
34
���� Transformadores
● Corrente alternada (CA)
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
Influência do tipo de corrente e polaridade na geometria do cordão
O suprimento de energia pode ser tanto corrente alternada (CA) como corrente
contínua com eletrodo negativo (CC-) (polaridade direta), ou corrente contínua com
eletrodo positivo (CC+) (polaridade inversa ou reversa), dependendo das exigências de
serviço e do tipo de eletrodo
35
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
Influência do tipo de corrente e polaridade na geometria do cordão
CC+: O bombardeio de elétrons dá-se na alma do eletrodo. Com este tipo de conexão,
a taxa de fusão do eletrodo é baixa e elevadas penetrações são normalmente obtidas.
É geralmente aceito que as gotas de metal fundido ejetadas da ponta do eletrodo em
direção a poça de fusão encontram os elétrons em contracorrente causando um
superaquecimento das mesmas. Estas gotas de metal superaquecido ao atingirem a poça
de fusão entregarão parte da energia térmica adquirida durante sua passagem através
do arco elétrico para a poça fundida causando maior penetração.
36
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
Influência do tipo de corrente e polaridade na geometria do cordão
CC-: O bombardeio de elétrons dá-se na peça. Com este tipo de conexão, a taxa de
fusão do eletrodo é maior e a penetração é inferior àquela obtida em CC+
CA: Em cada meio ciclo o bombardeamento de elétrons se dá ora a peça e ora na ponta
do eletrodo. Obviamente, com este tipo de corrente as características de fusão do
eletrodo e de profundidade de penetração serão intermediárias àquelas observadas em
corrente continua polaridade reversa e polaridade direta
37
➣➣➣➣ Faixa de tensão em vazio: 50 a 100 Volts
➣➣➣➣ Faixa de tensão do arco: 17 a 36 Volts
➣➣➣➣ Faixa de corrente de soldagem: 75 a 300 A
➣➣➣➣ Fatores que influenciam na escolha dos cabos de soldagem:
● Corrente de soldagem;
● Ciclo de trabalho da máquina;
● Comprimento dos cabos.
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
38
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
39
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
►Características da Fonte
As correntes, CA ou CC, podem ser empregadas na soldagem com ER, dependendo exclusivamente do tipo de corrente fornecido pela fonte de energia e do eletrodo selecionado.
A Figura mostra uma característica estática típica para ambas as correntes. Uma fonte de energia deste tipo "característica estática tombante ou de corrente constante” é altamente recomendada para soldagem manual
40
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
►Características da Fonte
Alterações usuais na tensão de arco (mudanças no comprimento de arco durante a soldagem) gera pequenas variações na corrente de soldagem
Regulo a corrente de soldagem
Idem GTAW (TIG) e Plasma
Tensão Vazio
Tensão Operação
L+∆∆∆∆l
L-∆∆∆∆l
Campo de Trabalho
41
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
IV – CONSUMÍVEIS
IV.1 – Características
Vareta metálica (alma) recoberta por uma camada de fluxo:
● Ø entre 1,5 e 8 mm
● Comprimento entre 230 e 450 mm
IV.2- O Revestimento do Eletrodo
���� Funções
➣➣➣➣ Elétricas
● Isolamento elétrico;
● Facilitar a abertura e estabilidade do arco.
➣➣➣➣ Físicas e Mecânicas
● Formação de fumos mais densos que o ar – atmosfera protetora;
● Formação de escória: proteção, controle de resfriamento e acabamento;
● Aumentar a taxa de deposição.
42
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
IV – CONSUMÍVEIS
IV.1 – Características
Vareta metálica (alma) recoberta por uma camada de fluxo:
● Ø entre 1,5 e 8 mm
● Comprimento entre 230 e 450 mm
IV.2- O Revestimento do Eletrodo
���� Funções
➣➣➣➣ Elétricas
● Isolamento elétrico;
● Facilitar a abertura e estabilidade do arco.
➣➣➣➣ Físicas e Mecânicas
● Formação de fumos mais densos que o ar – atmosfera protetora;
● Formação de escória: proteção, controle de resfriamento e acabamento;
● Aumentar a taxa de deposição.
43
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
➣➣➣➣ Metalúrgicas
● Refinar a estrutura do metal depositado;
● Desoxidação
���� Materiais presentes
● Celulose (hidrocarbonetos)
● Carbonatos
● Dióxido de titânio (rutilo)
● Ferro-manganês e ferro-silício
● Pó de ferro
● Argilas
● Fluoreto de cálcio
● Silicatos
● Óxidos de ferro e manganês
44
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
���� Tipos de revestimentos
���� Oxidante – óxido de ferro e manganês: Pouco usado. (CC ou CA)
Ácido – óxido de ferro e manganês + sílica (CC ou CA)
● Alta taxa de fusão
● Poça de fusão volumosa
● Baixa resistência à formação de trincas
���� Rutílico – contém rutilo (CC ou CA)
● Média e baixa penetração
● Grande versatilidade
● Baixa resistência a fissuração a quente
���� Básico – quantidade apreciável de carbonato de cálcio e fluorita (CC ou CA)
● Soldas com baixo teor de hidrogênio
● Altamente hidroscópicos
45
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
���� Tipos de revestimentos
���� Oxidante – óxido de ferro e manganês: Pouco usado. (CC ou CA)
Ácido – óxido de ferro e manganês + sílica (CC ou CA)
● Alta taxa de fusão
● Poça de fusão volumosa
● Baixa resistência à formação de trincas
���� Rutílico – contém rutilo (CC ou CA)
● Média e baixa penetração
● Grande versatilidade
● Baixa resistência a fissuração a quente
���� Básico – quantidade apreciável de carbonato de cálcio e fluorita (CC ou CA)
● Soldas com baixo teor de hidrogênio
● Altamente hidroscópicos
46
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
➣➣➣➣ Celulósicos – Material orgânico (celulose) – (CC ou CA)
● Elevada penetração
● Fragilização pelo hidrogênio
● Soldagem fora da posição plana
● Passe de raiz em tubulações
47
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
IV.3 – A Especificação dos Consumíveis
48
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
Base da classificação dos eletrodos segundo a AWS A 5.1
● Tipo de corrente
● Tipo de revestimento
● Posição de soldagem
● Propriedades mecânicas do metal de solda
���� Sistemas de classificação
E X X X X1 2 3 4
● Dígito 1: designa um eletrodo.
● Dígito 2: Limite de resistência à tração mínimo do metal de solda em“ksi” (1 ksi = 1000 psi).
49
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
● Dígito 3: Posição de Soldagem
Plana, Horizontal e Vertical Descendente
50
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
● Dígito 4: Combinado com o dígito 3 – tipo de corrente e tipo de revestimento
���� Exemplo:
● Consumível E 6013
- Tipo: Eletrodo revestido
- Limite de resistência a tração: 60 ksi
- Posição de soldagem: todas as posições
- Tipo de corrente elétrica: CC+/- ou CA
- Tipo de revestimento: Rutílico
51
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
���� Catálogo de Fabricante
52
SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS - SMAW
53
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
I – FUNDAMENTOS
54
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
II – CARACTERÍSTICAS DE APLICABILIDADE
���� A soldagem MIG/MAG é um processo normalmente semi-automático
���� O diâmetro do eletrodo varia entre 0,8 e 2,4 mm.
���� Processo MAG (Metal Active Gas) ���� Materiais ferrosos: gás de proteção CO2 ou misturas ricas neste gás.
���� Processo MIG (Metal Inert Gas) ���� Aços inoxidáveis e metais não ferrosos como: alumínio, cobre, magnésio, níquel e suas ligas.
���� Pode ser usada em materiais numa ampla faixa de espessura.
55
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
� Vantagens em relação ao Eletrodo Revestido:
� Alta taxa de deposição
���� Alto fator de ocupação do soldador
���� Grande versatilidade quanto ao material e espessuras
���� Não existência de fluxos
���� Ausência de remoção de escória
���� Exigência de menor habilidade do soldador
���� Limitações:
� Maior sensibilidade à variação dos parâmetros elétricos
���� Maior custo do equipamento
���� Menor variedade de consumíveis
56
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
III – EQUIPAMENTOSIII.1 – Conjunto
57
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
III.2 - Alimentadores de Arame
58
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
III.4 - Tocha de Soldagem
59
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
O processo de soldagem GMAW pode ser utilizado nos modos semi-automático ou
automático, e permite soldar todos os metais vulgarmente utilizados em construção
soldada, como o aço carbono, aço de alta liga, aço inoxidável, alumínio, cobre, etc.
Semi-automático
60
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
Semi-automático
61
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
Automático
62
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
► Características da Fonte
Os equipamentos de soldagem GMAW convencionais têm uma característica tensão-corrente horizontal, de forma a manter o comprimento do arco constante, conhecida como “autoregulação”
Um aumento do comprimento do arco elétrico éacompanhado por uma redução da intensidade de corrente e conseqüentemente da taxa de fusão do arame, de forma a que “saia” mais arame até que o arco elétrico volte ao comprimento original
63
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
► Características da Fonte
64
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
IV - CONSUMÍVEIS
IV.1 – Principais: arame eletrodo, gás de proteção, líquido para proteçãoda tocha.
IV.2 – Arames para Soldagem
65
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
IV - CONSUMÍVEIS
O sistema de classificação de arames para soldagem de aços carbono,
segundo a American Welding Society - AWS A5.18 é dado por:
66
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
IV.3 – Gases e Misturas de Proteção
67
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
IV.3 – Gases e Misturas de Proteção
Problemas Relativos ao Emprego de CO2 Puro
• Elevada perda por salpicos
• Diminuição da eficiência do processo e da tocha de soldagem
•Possibilidade de entupimento do bico
68
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
IV.3 – Gases e Misturas de Proteção
Reações do CO2 no Arco Elétrico
CO2 CO + 1/2 O2
1/2 O2 + Fe FeO
CO2 + Fe FeO + CO (gás)
C + FeO Fe + CO (gás) (Reação de efervescência)
69
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
IV.3 – Gases e Misturas de Proteção
Adição de elementos desoxidantes
2FeO + Si SiO2+ 2Fe
FeO + Mn MnO+ Fe
SiO2 + MnO MnSiO3
70
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
Cuidados Especiais
71
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
►Modos de transferência metálica
• Os fatores que mais influenciam nos modos de transferência são:
– O tipo e a intensidade de corrente,
– O diâmetro e a composição do eletrodo,
– O “stick-out” (distância entre o bico e a peça) e
– O gás de proteção.
Por exemplo, uma liga de alumínio e um gás de proteção inerte, com intensidades de corrente baixas, a transferência se dará sob a forma de grandes gotas que se destacam do fio essencialmente devido à ação da gravidade. À medida que a intensidade de corrente é aumentada, a transferência varia abruptamente, parecendo um chuveiro de pequenas gotas que são projetadas ao longo da coluna de arco pela ação de forças eletromagnéticas
72
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
►Modos de transferência metálica
• Curto-Circuito
• Globular
• Aerossol “spray”
73
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
►Modos de transferência metálica – Curto-Circuito
– Eletrodos de diâmetros < que os convencionais (0,8 a 1,2mm), para
valores mais baixos que a transferência Globular (qualquer gás )
– Gota toca a poça de fusão, formando um curto-circuito e é puxada para a
poça de fusão pela tensão superficial desta (todas as posições)
– A quantidade de calor é bem menor que a globular (chapas finas)
– A penetração não é muito grande, existe respingo e instabilidade do arco
74
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
►Modos de transferência metálica – Globular
– Baixas densidades de corrente (qualquer tipo de gás – CO2 e hélio)
– A gota tem diâmetro maior que o eletrodo (difícil - fora de posição),
– Calor na peça tem um valor intermediário, pode gerar falta de penetração,
falta de fusão e/ou reforço de cordão de solda excessivo
75
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
►Modos de transferência metálica – Aerosol Spray
– Elevadas densidades de correntes (argônio ou misturas de argônio) e a gota tem
diâmetro < que o eletrodo e é axialmente direcionada
– Calor na solda é bastante elevado (chapas grossas)
– Na soldagem de aço-carbono (posições plana e horizontal - solda em ângulo)
– Penetração bem elevada e arco bastante suave. Para um dado diâmetro de arame, o
tipo de transferência muda de globular p/ pulverização axial. A essa chamamos de
corrente de transição globular/pulverização.
76
SOLDAGEM MIG / MAG - GMAW
– Pulverização axial com dois níveis de corrente
• De base (Ib) - baixa há somente o início da fusão do arame
• De pico (Ip), - superior a de transição - transferência de uma única gota.
• Solda todas as posições
Transferência com característica de pulverização e corrente média bem
menor
MENOR APORTE TÉRMICO
Arco Pulsado
77
SOLDAGEM COM ARAME TUBULAR - FCAW
I -FUNDAMENTOS
���� A Soldagem a Arco com Eletrodo Tubular (Flux Cored Arc Welding - FCAW) é um processo
no qual a coalescência dos metais é obtida pelo aquecimento destes por um arco entre um
eletrodo tubular contínuo e a peça. O eletrodo tubular apresenta internamente um fluxo que
desempenha funções similares ao resvestimento do eletrodo em SMAW, isto é, estabilização do
arco, ajuste de composição da solda, proteção, etc.
78
SOLDAGEM COM ARAME TUBULAR - FCAW
79
II – CARACTERÍSTICAS DE APLICABILIDADE
���� FCAW é utilizada para soldar aços carbono, baixa liga, inoxidáveis na construção de vasos de
pressão e tubulações para a indústria química, petrolífera e de geração de energia. Na indústria
automotiva e de equipamentos pesados, vem sendo usado na fabricação de partes de chassi, eixo
diferencial, cambagem de rodas, componentes de suspensão e outras partes. Arames tubulares
com diâmetros menores vêm sendo utilizados no reparo de chassis de automóveis.Este processo é
utilizado também na soldagem de algumas ligas de níquel.
SOLDAGEM COM ARAME TUBULAR - FCAW
80
III – EQUIPAMENTOS
SOLDAGEM COM ARAME TUBULAR - FCAW
���� Equipamentos para soldagem pelo
processo FCAW são similares aos
utilizados para na soldagem pelo
processo GMAW. Poucas mudanças
são necessárias na adequação de um
equipamento que está utilizando
arame sólido para utilizar arame
tubular, exceto na soldagem com
arame autoprotegido.
O equipamento para soldagem com
arames tubulares é constituído por
fonte de energia, sistema de
alimentação de arame e tocha.
81
IV – CONSUMÍVEIS
���� Arame tubular (Ø 0,9 a 3,2 mm), com fluxo e ou uma mistura de pó metálico.
���� Gás de proteção, se utilizado.
SOLDAGEM COM ARAME TUBULAR - FCAW
Coroa metálica
Fluxo inserido
82
IV – CONSUMÍVEIS
SOLDAGEM COM ARAME TUBULAR - FCAW
83
SOLDAGEM TIG ( Tungsten Inert gas ) - GTAW
I - FUNDAMENTOS
É um processo no qual a união é obtida pelo
aquecimento dos materiais por um arco
estabelecido entre um eletrodo não consumível
de tungstênio e a peça. A proteção do eletrodo e
da zona da solda é feita por um gás inerte,
normalmente o argônio, ou mistura de gases
inertes (Ar e He). Metal de adição pode ser
utilizado ou não.
84
SOLDAGEM TIG ( Tungsten Inert gas ) - GTAW
85
SOLDAGEM TIG ( Tungsten Inert gas ) - GTAW
II – CARACTERÍSTICAS DE APLICABILIDADE
���� A soldagem GTAW é mais utilizada para aços ligados, aços inoxidáveis e ligas não ferrosas. Um
uso comum, para aços estruturais, é a execução de passes de raiz na soldagem de tubulações,
com os outros passes sendo realizados com outro processo (SMAW ou GMAW).
86
SOLDAGEM TIG ( Tungsten Inert gas ) - GTAW
���� A soldagem TIG é usada principalmente na união de metais difíceis de serem soldados por outros
processos, em situações em que é necessário um controle rigoroso do calor cedido à peça e
principalmente em situações em que a qualidade da junta produzida é mais importante que seu
custo de produção.
87
SOLDAGEM TIG ( Tungsten Inert gas ) - GTAW
III – EQUIPAMENTOS
���� O seu equipamento básico consiste de uma fonte de energia (CC e/ou CA), tocha com eletrodo
de tungstênio, fonte de gás de proteção (Ar ou He) e um sistema para a abertura do arco
(geralmente um ignitor de alta frequência).
88
SOLDAGEM TIG ( Tungsten Inert gas ) - GTAW
III – EQUIPAMENTOS
���� Tochas
Gás
Tampão
Bocal cerâmico
Eletrodo de tungsteno
Difusor de gás
Circuito de refrigeração
Gás
Corpo de refrigeração
89
SOLDAGEM TIG ( Tungsten Inert gas ) - GTAW
IV – TIPOS DE CORRENTE
90
SOLDAGEM TIG ( Tungsten Inert gas ) - GTAW
IV – CONSUMÍVEIS
���� Os consumíveis principais na soldagem TIG são os gases de proteção, as varetas e arames de
metal de adição. Os eletrodos de tungstênio, apesar de serem ditos não consumíveis, se
desgastam durante o processo, devendo ser recondicionados e substituídos com certa freqüência,
e por isso serão tratados nesta seção. Bocais para tochas também se degradam com o uso e
precisam ser substituídos com alguma freqüência.
91
SOLDAGEM TIG ( Tungsten Inert gas ) - GTAW
Metais de Adição
Os metais de adição para o processo TIG são fornecidos, para soldagem manual, na forma de varetas com um metro de comprimento e em vários diâmetros,
sendo os de 1,6 a 6,4 mm os mais comumente utilizados
Estes metais seguem a classificação AWS
ER indica que o arame pode ser usado como eletrodo ou vareta
70 indica o limite mínimo de resistência à tração em 1000# (70000 PSI)
S indica arame sólido
3 dígito indicativo da composição química
92
SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO - SAW
I - FUNDAMENTOS
���� É um processo no qual a coalescência dos metais é produzida pelo aquecimento destes com um arco
estabelecido entre um eletrodo metálico contínuo e a peça. O arco é protegido por uma camada de material fusível
granulado (fluxo) que é colocado sobre a peça enquanto o eletrodo, na forma de arame, é alimentado
continuamente. O fluxo na região próxima ao arco é fundido, protegendo o arco e a poça de fusão e formando,
posteriormente, uma camada sólida de escória sobre o cordão. Este material pode também ajudar a estabilizar o
arco e desempenhar uma função purificadora sobre o metal fundido. Como o arco ocorre sob a camada de fluxo,
ele não é visível, daí o nome do processo.
93
SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO - SAW
94
SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO - SAW
95
SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO - SAW
Características:
• Altas correntes 400-1000A
• Alta produtividade
– 2 a10 kg/hora
– Até 2m/min
• Seções grossas (6mm e acima)
• Arco não é visível
96
II – CARACTERÍSTICAS DE APLICABILIDADE
���� A soldagem a arco submerso é usada em uma larga faixa de aplicações industriais. Soldas de
alta qualidade, altas taxas de deposição, penetração profunda e adaptação à automação tornam o
processo adequado para a fabricação em larga escala, encontrando grande aplicação em estaleiros,
caldeira rias de médio e grande porte, mineradoras, siderúrgicas, fábricas de perfis e estruturas
metálicas etc., sendo usado na fabricação de vasos de pressão, navios e barcos, vagões, tubos no
revestimento ou recuperação de peças que necessitam de ligas com propriedades específicas
como resistência ao desgaste abrasivo e tenacidade. entre outras.
SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO - SAW
97
III – EQUIPAMENTOS
���� O equipamento básico para a soldagem a arco submerso consiste de uma fonte de energia, tocha
de soldagem, alimentador de arame, sistema de controle, dispositivo para alimentação do fluxo e
cabos elétricos.
SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO - SAW
98
SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO - SAW
O processo de soldagem por arco submerso admite diversas variações, que têm por objetivo aumentar a produtividade e facilitar certas aplicações específicas. Algumas destas variações são:
Soldagem com vários arames simultaneamente, em geral dois ou três, que podem ser colocados um atrás do outro (“tandem arc”), visando aumentar a produtividade
99
SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO - SAW
O processo de soldagem por arco submerso admite diversas variações, que têm por objetivo aumentar a produtividade e facilitar certas aplicações específicas. Algumas destas variações são:
O processo “twin arc” tem a finalidade de produzir um cordão mais largo, adequado para operações de revestimento
100
SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO - SAW
O processo de soldagem por arco submerso admite diversas variações, que têm por objetivo aumentar a produtividade e facilitar certas aplicações específicas. Algumas destas variações são:
Soldagem com eletrodo em forma de fita, com espessura, em geral, da ordem de 0,5 mm e largura de 15 a 90 mm, utilizada com sua largura perpendicular à direção de soldagem, resultando em cordões largos e com baixa diluição, bastante adequados para operações de revestimento
101
SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO - SAW
102
SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO - SAW
103
IV – CONSUMÍVEIS
���� Os consumíveis usados na soldagem a arco submerso são os eletrodos e os fluxos de
soldagem, sendo que a combinação destes determina, juntamente com o metal de base e o
procedimento de soldagem, as propriedades mecânicas do cordão de solda. Os eletrodos podem
ser arames sólidos, tubulares ou fitas e são fornecidos na forma de carretéis ou bobinas, em
diferentes dimensões e quantidades. Os arames sólidos normalmente são cobreados, exceto
aqueles para soldagem de materiais resistentes à corrosão ou para aplicações nucleares.
SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO - SAW
104
SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO - SAW
O esquema de designação do par arame-fluxo adotado pela especificação A 5.17 é apresentado a seguir:
105
I – FUNDAMENTOS
SOLDAGEM A GÁS OXI-COMBUSTÍVEL - OFW
���� A soldagem a gás oxi-combustível (Oxy-Fuel Gas
Welding - OFW) ou simplesmente soldagem a gás é
um processo no qual a coalescência ou união dos
metais é obtida pelo aquecimento destes até a fusão
com uma chama de um gás combustível e oxigênio.
O metal de adição, se usado, também é fundido
durante a operação.
106
SOLDAGEM A GÁS OXI-COMBUSTÍVEL - OFW
107
SOLDAGEM A GÁS OXI-COMBUSTÍVEL - OFW
Soldagem Oxi- Acetilênica
Conhecida como soldagem a gás, é um processo que
depende da combustão do oxigênio e acetileno.
Quando se mistura, dentro de uma tocha manual,oxigênio e acetileno em proporções corretas
uma chama de 3.200ºC é produzida.
A ação química da chama de acetileno pode ser
ajustada pela mudança da razão de volume entre o Oxigênio e Acetileno.
108
SOLDAGEM A GÁS OXI-COMBUSTÍVEL - OFW
II – CARACTERÍSTICAS DE APLICABILIDADE
���� Apesar de sua simplicidade e versatilidade, a soldagem a gás tem uso restrito na indústria atual,
devido à sua baixa produtividade, sendo utilizada principalmente em casos onde se exige um
ótimo controle do calor cedido e da temperatura das peças, como na soldagem de chapas finas e
de tubos de pequeno diâmetro, em operações de brasagem e na soldagem de reparo, devido à sua
portabilidade.
109
SOLDAGEM A GÁS OXI-COMBUSTÍVEL - OFW
III - EQUIPAMENTOS
���� O equipamento básico para a soldagem oxi-gás consiste basicamente de cilindros de oxigênio e
gás combustível, reguladores de pressão, mangueiras e maçarico ou tocha de soldagem.
110
SOLDAGEM A GÁS OXI-COMBUSTÍVEL - OFW
IV - CONSUMÍVEIS
���� Os consumíveis normalmente usados na soldagem a gás são os gas.es (combustível
e oxigênio), os metais de adição e os fluxos de soldagem, se usados. A tabela abaixo apresenta as
características de combustão de alguns gases usados industrialmente.
111
I – FUNDAMENTOS
OXI-CORTE - Oxi-Fuel Gas Cutting - OFC
���� O processo oxi-corte ou corte a gás (Oxi-Fuel Gas Cutting
- OFC) é um processo no qual o corte do metal é obtido pela
reação do oxigênio puro com o metal, a alta temperatura.
Esta alta temperatura é conseguida inicialmente com o uso
de uma chama oxigênio-gás combustível. Para o corte de
metais resistentes à oxidação, a reação é auxiliada pela
adição de fluxos e pós metálicos. O metal a ser cortado é
aquecido por uma chama de pré-aquecimento pelo menos
até a temperatura em que ocorre a reação do metal com o
oxigênio, chamada de "temperatura de ignição", sendo, a
seguir, exposto a um jato de oxigênio de alta pureza. A
oxidação do metal produz uma quantidade de calor
suficiente para fundir o óxido formado, que é expulso pelo
jato de oxigênio, ocorrendo, assim, o corte e o aquecimento
do metal de base adjacente.
112
• Similar a soldagem por oxiacetileno, mas calor é utilizado para remover matéria
• Conveniente para aços, onde o corte é obtido pela oxidação(queima)
• Calor é provido principalmente por reações entre o Oxigênio e Fe, onde preaquecimento é necessário.
• Quanto mais alta a concentração de Carbono, mais alta a temperatura de corte
• A espessura cortada depende dos gases utilizados.
• Este processo pode ser automatizado realizando múltiplos cortes
OXI-CORTE - Oxi-Fuel Gas Cutting - OFC
113
Corte por Oxi-Gas
OXI-CORTE - Oxi-Fuel Gas Cutting - OFC
114
OXI-CORTE - Oxi-Fuel Gas Cutting - OFC
II – CARACTERÍSTICAS DE APLICABILIDADE
���� O corte a gás é um processo com diversas aplicações industriais em vários segmentos e, devido
à sua versatilidade, é usado tanto na fabricação quanto na montagem e desmontagem de
estruturas e peças metálicas. Na desmontagem, ele é usado na separação de uniões mecânicas em
geral, através de rebites, parafusos, pinos, soldas, etc, bem como no corte de peças e chapas. Na
montagem, o processo é usado para a preparação de chapas, permitindo dar-Hle formas
adequadas para sua utilização posterior.
115
OXI-CORTE - Oxi-Fuel Gas Cutting - OFC
Corte por Oxi-Gas
Este processo gera um defeito, superfície corrugada, similar ao padrão produzido por serras
116
OXI-CORTE - Oxi-Fuel Gas Cutting - OFC
III – EQUIPAMENTOS
���� O equipamento usado para o corte a gás é basicamente o mesmo usado na soldagem a gás,
diferenciando-se apenas pelo tipo de bico, que é próprio para operações de corte. Este possui as
partes essenciais de um maçarico de solda e uma tubulação extra para o oxigênio de corte, dotada
de uma válvula de acionamento rápido.
117
OXI-CORTE - Oxi-Fuel Gas Cutting - OFC
IV – CONSUMÍVEIS
���� Os consumíveis do processo oxi-corte são o oxigênio, o gás combustível e os fluxos
e pós utilizados para corte de metais em que o corte convencional é insatisfatório. O oxigênio
usado ha operação de corte deve ser de pureza elevada, maior ou igual a 99,5%. Um decréscimo de
1% nesta pureza pode resultar em um decréscimo de até 15% na velocidade de corte e um
aumento de até 25% no consumo de oxigênio. Além disso, a qualidade do corte é pior e ocorre
maior aderência dos resíduos do corte nas faces da peça. Para purezas inferiores a 95%, a ação de
corte é extinguida.
118
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
�������� O QUE O QUE ÉÉ PLASMA?PLASMA?
● É um gás formado por íons carregados positivamente e elétrons.
● Quarto estado da matéria
119
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
Ionização de um Gás
A perda de elétrons ioniza os átomos de um gás. A ionização se mantém porque o gás:
� é muito quente, tal que as colisões entre átomos são suficientemente intensas para que os
elétrons sejam arrancados dos mesmos,
� é muito rarefeito, de maneira que os elétrons, uma vez removidos, raramente encontrarão um íon
com o qual possam se recombinar,
���� está sujeito a fontes externas de energia, tais como campos elétricos intensos ou radiações
capazes de arrancar os elétrons dos átomos.
120
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
���� Plasma Natural
Aurora BorealAurora Boreal RelâmpagosRelâmpagos
ChamaChama Ventos SolaresVentos Solares
121
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
���� O arco elétrico utilizado nos processos de soldagem é um fluxo de corrente elétrica através de
uma coluna de gás ionizado (plasma).
122
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
SOLDAGEM PLASMA
I - FUNDAMENTOS
● O processo de soldagem plasma é considerado como um aperfeiçoamento do processo TIG (GTAW). Foi introduzido
industrialmente no início da década de 60.É um processo que produz união por fusão das partes a serem unidas através de um arco elétrico estabelecido entre um
eletrodo de tungstênio, não consumível, e a peça ou um bocal constritor. O processo de soldagem a arco plasma difere do processo TIG principalmente pelo fato de o arco estar restringido por um bocal constritor que limita seu diâmetro e aumenta consideravelmente a intensidade da fonte de calor. Na soldagem a arco plasma são utilizados dois fluxos de gases, iguais ou diferentes. O primeiro circunda o eletrodo e sai por um orifício no bocal constritor, na forma de um jato de gás fortemente aquecido, chamado gás de plasma. Este gás deve ser inerte e freqüentemente éusado o argônio. O segundo fluxo serve para proteção e passa por um bocal externo, concêntrico ao bocal constritor. Este gás pode ser inerte ou uma mistura de gases.
123
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
���� Efeito da constrição na temperatura e perfil de arco
● Alta qualidade de cordão
● Baixa produtividade
● Alta qualidade de cordão
● Maior capacidade de fusão (aumento da
produtividade);
● Maior rigidez de arco;
● Maior complexidade e custo da tocha e
respectivos consumíveis;
● Maiores dificuldades operacionais.
124
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
II – CARACTERÍSTICAS DE APLICABILIDADE���� A soldagem a plasma pode ser feita em qualquer posição, com velocidade elevada e, em geral, com menor
energia de soldagem e maior razão penetração/largura do cordão. Isso pode resultar em vantagens significativas na
soldagem de materiais de má soldabilidade ou em aplicações em que se deseja uma alta produtividade ou maior
precisão dimensional da peça soldada, como, por exemplo, fabricação de tubos com costura de parede fina de
alumínio, titânio ou aço inoxidável e soldagem em passe único, sem metal de adição, até espessuras em torno de 12
mm.
A alta estabilidade do arco permite o uso de intensidade de corrente muito baixa, na faixa de uns poucos Amperes,
situação adequada para soldagem de peças de pequena espessura, inferior a um milímetro, difíceis ou mesmo
impossíveis de serem soldadas por outro processo a arco.
O processo plasma pode ser utilizado para realizar soldas de alta qualidade sobre ferrosos, não ferrosos, materiais
altamente reativos, e bem como com baixo ponto de fusão, tais com prata e ouro.
TIG PlasmaTIG Plasma
125
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
III – EQUIPAMENTOS
� O equipamento básico usado consiste de uma fonte de energia, sistema para abertura do arco,
uma tocha de soldagem plasma, fonte de gases e sistema de controle. Diversos dispositivos
auxiliares podem ser usados na soldagem mecanizada.
A fonte de energia usada é do tipo corrente constante.
126
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
IV – CONSUMÍVEIS
� Os consumíveis usados na soldagem plasma são os gases de plasma e de proteção e os metais
de adição. Os eletrodos de tungstênio, apesar de ditos não consumíveis, se desgastam durante o
processo.
���� O Argônio é mais usado como gás de plasma, devido ao seu baixo potencial de ionização,
que facilita a abertura do arco, particularmente, em equipamentos que utilizam o arco-piloto.
Normalmente é usado na soldagem de aços carbono, aços de alta resistência e metais reativos,
como o titânio e o zircônio.
���� Para gás de proteção utiliza-se o Argônio ou misturas Argônio / Hidrogênio / Hélio
127
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
CORTE PLASMA
I – FUNDAMENTOS���� O princípio de funcionamento do corte a plasma é o mesmo da soldagem a plasma, tendo sido introduzido em
1955, na substituição de outros processos como corte por serra, prensa, tesouras e corte com chama e adição de
pós, particularmente para metais não ferrosos e aços inoxidáveis.
O jato de plasma funde e expulsa o metal de base com grande eficiência, resultando em uma superfície com
excelente acabamento, precisão dimensional. pouca ou nenhuma distorção e pequena zona afetada pelo calor.
128
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
II – CARACTERÍSTICAS DE APLICABILIDADE
���� O processo de corte a plasma pode ser usado na maioria dos metais comerciais. Em muitos
casos há uma vantagem considerável em relação ao oxi-corte de aços carbono, particularmente em
cortes longos e de muitas peças. Em relação ao oxi-corte de aço inoxidável com pós, as vantagens
são bem mais sensíveis.
Em termos práticos, o processo é aplicável a aços carbono com espessura de até 50 mm e aços
inoxidáveis e alumínio com espessura até 250 mm. Bons resultados são também obtidos no corte
de magnésio, cobre e algumas de suas ligas.
129
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
III – EQUIPAMENTOS
���� O equipamento usado no corte a plasma é similar ao usado na soldagem, consistindo de uma
fonte de energia, tocha de corte, fonte de gases e de água e unidade de controle.
No caso de corte mecanizado, dispositivos de deslocamento da tocha são necessários e, em geral,
são similares aos usados no corte oxi-gás.
130
SOLDAGEM E CORTE A PLASMA
IV – CONSUMÍVEIS
���� Os consumíveis usados no processos de corte a plasma são os gases, escolhidos em função do
material a cortar. Os eletrodos de tungstênio se desgastam durante o processo e devem ser
substituídos eventualmente.
Para o corte de aços carbono, os melhores resultados são obtidos usando-se misturas nitrogênio-
oxigênio. Pode-se usar também o ar atmosférico. A presença de oxigênio na atmosfera do plasma
reduz a vida do eletrodo e, às vezes, a injeção de oxigênio se faz através de um bocal especial, após
a passagem do gás de plasma pelo eletrodo de tungstênio. A qualidade de corte é semelhante
quando se usam misturas de gases ou o ar atmosférico.
No corte de não ferrosos e de aço inoxidável, usa-se, geralmente, misturas argônio - hidrogênio
ou nitrogênio-hidrogênio.