Soldagem – Wikipédia, a enciclopédia livre

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Apostila basica sobre solda

Apostila basica sobre solda
Disciplina Produção Mecânica
Professor Wendel Silva
Sumário
1 Introdução à solda elétrica 03
2 Noções de elétrica aplicadas à soldagem 04
3 Acessórios e ferramentas para soldagem 10
4 Terminologia de Soldagem 15
5 Processos de Soldagem 19
6 Soldagem com eletrodo revestido 20
7 Funções do revestimento 23
SOLDA ELÉTRICA
1 - Introdução
O progresso alcançado no campo da soldagem, bem como o desenvolvimento de processos e tecnologias avançadas nos últimos anos, é de tal ordem que todo aquele que não possuir uma mentalidade aberta, capaz de assimilar novas idéias, será ultrapassado e incapacitado para o atual ritmo do progresso industrial.
E em todos os setores relacionados com o trabalho industrial, o profissional deve estar consciente de suas atividades como um todo, bem como dos riscos decorrentes da utilização dos equipamentos manuseados.
É desejável, ainda, que possa adotar medidas capazes de minimizar acidentes, permitindo o desempenho do trabalhado de forma segura e eficaz.
Este fascículo se destina ao acompanhamento das aulas, quando haverá oportunidade de complementar o texto, apresentado sob forma de itens, ilustrações, tabelas e exemplos. Através dele são apresentados os perigos envolvidos na soldagem, descrevendo as principais medidas de segurança que devem ser adotadas, no sentido de prevenir acidentes e como tratá-los, caso ocorram.
2 - Noções de eletricidade aplicada à soldagem
2.1 Corrente elétrica
Dá-se o nome de corrente elétrica ao movimento ordenado de cargas elétricas de um corpo.
Há dois tipos de corrente elétrica : contínua e alternada.
a) Corrente contínua ( = )
É aquela que circula sempre no mesmo sentido. A fonte fornecedora de corrente (gerador de solda ou bateria) mantém constante sua polaridade, ou seja, o borne será sempre negativo e o borne será sempre positivo;
Corrente alternada (- )
É aquela que passa através de um corpo sofrendo inversão de sentido em intervalos regulares de tempo, caminhando primeiro num sentido e depois no outro.
Cada borne ora será negativo, ora será positivo.
As figuras 4 e 5 mostram o sentido da corrente em um transformador.
2.2 Intensidade da corrente elétrica
A corrente elétrica, seja ela alternada ou contínua, pode ter sua intensidade medida. Para medir a intensidade da corrente, usa-se a unidade de medida chamada ampére, que é representado pela letra A.
Portanto é correto dizer que, num determinado instante, a intensidade da corrente circulante pelo eletrodo e de 200 A.
2.3 Tensão elétrica
Já foi visto que corrente elétrica é um movimento ordenado de cargas elétricas através de um corpo. Essas cargas, porém, não se movem sem que haja uma força atuando sobre elas, fazendo-as circularem. A essa força atuante, dá-se o nome de tensão elétrica.
Portanto, tensão elétrica é a força que movimenta as cargas elétricas através de um corpo e que tem, como unidade de medida, o volt, que é representado pela letra V.
2.4 - Resistência elétrica
É a dificuldade que um corpo oferece à passagem da corrente elétrica. Sua unidade de medida é o ohm, que é representado pela letra grega .
Ao atravessar um corpo, a corrente elétrica encontra dificuldade e gera calor. Esse calor pode ser desejável, como é o caso do chuveiro elétrico, ou indesejável, como no caso de um mau contato numa conexão elétrica.
Na soldagem elétrica, deve-se evitar o aquecimento indesejável em :
a) mau contato entre o grampo-terra e a massa;
b) mau contato entre o cabo elétrico e o porta-eletrodo;
c) mau contato entre terminais do cabo elétrico e os bornes da máquina;
d) corte parcial dos cabos elétricos
e) Grampo-terra danificado
Observação: Ao fazer uma conexão elétrica, deve-se ter o cuidado de executá-la corretamente, para que não ocorra mau contato e conseqüente perda de energia elétrica, gerando aquecimento indesejável.
2.5 - Materiais condutores
São corpos que permitem a passagem da corrente elétrica com relativa facilidade.
Os mais usados são o cobre e o alumínio.
2.6 - Materiais isolantes
São corpos que, dentro de uma determinada faixa de tensão, não permitem a passagem da corrente elétrica. Os mais usados são a borracha, a mica, a porcelana e a baquelita.
2.7 - Arco elétrico
É a passagem da corrente elétrica de um pólo (peça) para outro (eletrodo), desde que seja mantido entre eles um afastamento conveniente. Esse afastamento, chamado de comprimento do arco, deve ter aproximadamente o diâmetro do núcleo do eletrodo.
O calor intenso produzido pelo arco elétrico funde a ponta do eletrodo e a parte da peça tocada por este, formando a solda.
Além de seu papel de fonte de calor, o arco elétrico ainda conduz as gotas de metal, depositando-as de encontro à peça, o que permite executar soldas na posição sobrecabeça.
2.8 - Obtenção da corrente elétrica
Nas soldagens, a corrente elétrica pode ser obtida por meio de :
a) máquina de solda geradora;
b) máquina de solda transformadora;
c) máquina de solda retificadora.
Atualmente, existem máquinas de solda que podem trabalhar como transformadora ou retificadora, bastando, simplesmente, mudar seus pólos de ligação.
2.9 - Efeito da tensão na soldagem
A tensão faz com que a corrente elétrica prossiga circulando mesmo depois que o eletrodo é afastado da peça, fazendo com que o arco elétrico se mantenha. O arco produz alta temperatura, fundindo o material do eletrodo e da peça, formando a solda.
2.10 - Sentido de circulação da corrente elétrica
A corrente circula do pólo negativo ( - ) para o pólo positivo ( + ).
2.11 - Polaridades
No processo de soldagem, quando a máquina de solda está operando, a corrente elétrica sai pelo borne A, desloca-se pelo cabo até a peça que está sendo soldada e provoca a fusão do material da peça com o material do eletrodo através do arco elétrico. Em seguida, passa pelo eletrodo e retorna ao borne B através do cabo, entra novamente na máquina e, pelo circuito interno, torna a sair pelo borne A.
2.12 - Sopro magnético
Nas soldagens, quando se trabalha com altas amperagens em corrente contínua, ocorre o efeito chamado sopro magnético, que provoca o desvio das gotas de metal fundido para um dos lados da peça que está sendo soldada.
O desvio é feito para o lado onde for maior a força do campo magnético, provocada pela falta de uniformidade da distribuição desse campo.
Este problema pode ser resolvido de várias formas. Exemplificando, pode-se neutralizar o sopro magnético:
* mudando o ângulo do eletrodo;
* deslocando a fixação à terra;
* colocando, como terra, um material de maior condutibilidade elétrica (cobre);
* gerando um campo magnético maior no sentido oposto ao sopro;
* usando o transformador.
3 - Acessórios e ferramentas para soldagem
Além da fonte de energia, chamada de máquina de soldar, outros acessórios e ferramentas são utilizados para executar as operações de soldagem. Uns servem para transportar a corrente da fonte até o local de soldagem, outros para preparação da solda e outros para limpeza durante a execução da solda.
São necessários, nas operações de soldagem, os seguintes acessórios:
*cabo de solda
*porta-eletrodo
*grampo-terra (ligação à massa).
a)Cabo de solda
Este acessório é constituído de um núcleo formado de grande quantidade de fios de cobre e recoberto com material isolantes. Essa grande quantidade de fios permite-lhe maior flexibilidade nos movimentos executados nas operações de soldagem. Seu diâmetro depende da intensidade da corrente a ser utilizada e da distância entre a máquina e o posto de soldagem.
Serve para fazer a ligação do porta-eletrodo e do grampo-terra à fonte de energia.
Conhecendo-se a distância entre a m quina e o posto de trabalho e a intensidade da corrente a usar, recorre-se à tabela seguinte, para encontrar a bitola conveniente do cabo, evitando, com isso, perda de corrente, aquecimento ou superdimensionamento do cabo.
Encontrada a bitola do cabo, obtém-se outra características através da seguinte
tabela:
b) Porta eletrodo
Conhecido também como alicate porta eletrodo e pinça-porta eletrodo, este acessório, que é feito de cobre, tem suas partes externas totalmente isoladas e seu tamanho e isolação variam de acordo com a intensidade da corrente a ser utilizada.
Serve para prender o eletrodo através de suas garras de contato;
c) Grampo-terra
É um acessório de conexão do cabo-terra à peça, feito de cobre ou alumínio, sendo também chamado de grampo-massa.
As principais ferramentas utilizadas nas operações de soldagem são:
*martelo picador
*gabarito
*escova de aço
*tenaz
a)Martelo picador
Usado para remover a escória e os respingos de solda. Também conhecido como picadeira e martelo bate-escória
Observação: Em grandes empresas, para remover escória, usam-se dispositivos pneumáticos. Ao usar esses dispositivos, deve-se tomar o cuidado de eliminar toda a água que esteja contida no ar comprimido;
b) Gabarito
É uma ferramenta construída de chapa de aço, de forma geométrica variável de acordo com o tipo de trabalho a ser executado. São utilizados em substituição a instrumentos de precisão, para padronizar dimensões de cordões, filetes, verificação de esquadro, ângulos de chanfros, etc.
As figuras seguintes mostram os principais tipos de gabaritos utilizados nas operações de soldagem e suas aplicações;
c) Escova de aço
A escova de aço é usada para remover o óxido de ferro (ferrugem) das chapas a serem soldadas e também para fazer uma melhor limpeza nos cordões de solda;
d) Tenaz
Ferramenta semelhante a um alicate, porém, com cabos mais longos.
Serve para segurar peças quentes.
5 - Processos de Soldagem
1 - Processos de Soldagem por Fusão
Existe um grande número de processos por fusão que podem ser separados em sub-grupos, por exemplo, de acordo com o tipo de fonte de energia usada para fundir as peças. Dentre estes, os processos de soldagem a arco (fonte de energia: arco elétrico) são os de maior importância industrial na atualidade. Devido à tendência de reação do material fundido com os gases da atmosfera, a maioria dos processos de soldagem por fusão utiliza algum meio de proteção para minimizar estas reações. A tabela 1 mostra os principais processos de soldagem por fusão e suas características principais.
Tabela 1 Processos de soldagem por fusão.
6 - Soldagem a arco elétrico com eletrodos revestidos
Soldagem é o processo de união de materiais usado para obter a coalescência (união) localizada de metais e não metais, produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a utilização de pressão e/ou material de adição" (American Welding Society - AWS).
A soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido (Shielded Metal Arc Welding SMAW), também conhecida como soldagem manual a arco elétrico, é o mais largamente empregado dos vários processos de soldagem. A soldagem é realizada com o calor de um arco elétrico mantido entre a extremidade de um eletrodo metálico revestido e a peça de trabalho (veja a ). O calor produzido pelo arco funde o metal de base, a alma do eletrodo e o revestimento. Quando as gotas de metal fundido são transferidas através do arco para a poça de fusão, são protegidas da atmosfera pelos gases produzidos durante a decomposição do revestimento.
A escória líquida flutua em direção à superfície da poça de fusão, onde protege o metal de solda da atmosfera durante a solidificação. Outras funções do revestimento são proporcionar estabilidade ao arco e controlar a forma do cordão de solda.
- Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido
O eletrodo é formado por um núcleo metálico ("alma"), com 250 a 500mm de comprimento, revestido por uma camada de minerais (argila, fluoretos, carbonatos, etc) e/ou outros materiais (celulose, ferro ligas, etc), com um diâmetro total típico entre 2 e 8mm. A alma do eletrodo conduz a corrente elétrica e serve como metal de adição. O revestimento gera escória e gases que protegem da atmosfera a região sendo soldada e estabilizam o arco. O revestimento pode ainda conter elementos que são incorporados à solda, influenciando sua composição química e características metalúrgicas.
Os equipamentos e materiais de um posto de soldagem com eletrodos revestidos compreendem, em geral: mesa de soldagem, fonte de energia (CC ou CA) com controle do nível de corrente de soldagem, cabos, porta-eletrodo, eletrodos, ferramentas e material de segurança (figura 2). A fonte de energia pode apresentar diversas variações, em termos de projeto e características operacionais, de acordo com o seu fabricante e capacidade. Contudo, esta deve saída do tipo corrente constante com capacidade e tipo de corrente adequados para os eletrodos utilizados. Os cabos, o porta eletrodo e a lente de proteção também devem adequados para o nível de corrente utilizado.
A correta seleção dos parâmetros de soldagem é essencial para a obtenção de uma junta soldada de qualidade. O termo parâmetro de soldagem abrangerá neste documento todas as características do processo de soldagem necessárias para a execução de uma junta soldada de tamanho, forma e qualidade desejados que são selecionadas pelo responsável pela especificação do procedimento de soldagem. Na soldagem manual com eletrodos revestidos, estas características compreendem, entre outras, o tipo e diâmetro do eletrodo, o tipo, a polaridade e o valor da corrente de soldagem, a tensão e o comprimento do arco, a velocidade de soldagem e a técnica de manipulação do eletrodo.
Para um dado tipo de eletrodo, o seu diâmetro define a faixa de corrente em que este pode ser usado. A seleção deste diâmetro para uma dada aplicação depende de fatores sensíveis à corrente de soldagem, como a espessura do material e a posição de soldagem, e de fatores que controlam a facilidade de acesso do eletrodo ao fundo da junta, como o tipo desta o e chanfro sendo usado.
7 - As funções do revestimento são:
Proteção do metal de solda - a função mais importante do revestimento é proteger o metal de solda do oxigênio e do nitrogênio do ar quando ele está sendo transferido através do arco, e enquanto está no estado líquido. A proteção é necessária para garantir que o metal de solda seja íntegro, livre de bolhas de gás, e tenha a resistência e a ductilidade adequadas. Às altas temperaturas do arco, o nitrogênio e o oxigênio prontamente se combinam com o ferro e formam nitretos de ferro e óxidos de ferro que, se presentes no metal de solda acima de certos valores mínimos, causarão fragilidade e porosidade. O nitrogênio é o mais relevante, visto que é difícil controlar seu efeito uma vez que ele tenha entrado no depósito de solda. O oxigênio pode ser removido com o uso de desoxidantes adequados. Para evitar a contaminação da atmosfera o fluxo de metal fundido precisa ser protegido por gases que expulsem a atmosfera circundante do arco e do metal de solda fundido. Isso é conseguido usando-se no revestimento materiais que gerem gases e que se decomponham durante as atividades de soldagem e produzam a atmosfera protetora.
Estabilização do arco - um arco estabilizado é aquele que abre facilmente, queima suavemente mesmo a baixas correntes e pode ser mantido empregando-se indiferentemente um arco longo ou um curto.
Adições de elementos de liga ao metal de solda - uma variedade de elementos tais como cromo, níquel, molibdênio, vanádio e cobre podem ser adicionados ao metal de solda incluindo-os na composição do revestimento. É freqüentemente necessário adicionar elementos de liga ao revestimento para balancear a perda esperada desses elementos da vareta durante a atividade de soldagem devido à volatilização e às reações químicas. Eletrodos de aço doce requerem pequenas quantidades de carbono, manganês e silício no depósito de solda para resultar em soldas íntegras com o nível desejado de resistência. Uma parte do carbono e do manganês provém da vareta, mas é necessário suplementá-la com ligas ferro-manganês e em alguns casos com adições de ligas ferro-silício no revestimento.
Direcionamento do arco elétrico - o direcionamento do fluxo do arco elétrico é obtido com a cratera que se forma na ponta dos eletrodos (veja a a). O uso de aglomerantes adequados assegura um revestimento consistente que manterá a cratera e dará uma penetração adicional e melhor direcionamento do arco elétrico.
Função da escória como agente fluxante - a função da escória é (1) fornecer proteção adicional contra os contaminantes atmosféricos, (2) agir como purificadora e absorver impurezas que são levadas à superfície e ficam aprisionadas pela escória, e (3) reduzir a velocidade de resfriamento do metal fundido para permitir o escape de gases. A escória também controla o contorno, a uniformidade e a aparência geral do cordão de solda. Isso é particularmente importante nas juntas em ângulo.
Características da posição de soldagem - é a adição de certos ingredientes no revestimento, principalmente compostos de titânio, que tornam possível a soldagem fora de posição (posições vertical e sobre cabeça). As características da escória principalmente a tensão superficial e a temperatura de solidificação determinam fortemente a capacidade de um eletrodo ser empregado na soldagem fora de posição.
Controle da integridade do metal de solda - a porosidade ou os gases aprisionados no metal de solda podem ser controlados de uma maneira geral pela composição do revestimento. É o balanço de certos ingredientes no revestimento que tem um efeito marcante na presença de gases aprisionados no metal de solda.
O balanço adequado desses ingredientes é crítico para a integridade que pode ser obtida para o metal de solda. O ferro manganês é provavelmente o ingrediente mais comum utilizado para se conseguir a fórmula corretamente balanceada.
Propriedades mecânicas específicas do metal de solda propriedades mecânicas específicas podem ser incorporadas ao metal de solda por meio do revestimento. Altos valores de impacto a baixas temperaturas, alta ductilidade, e o aumento nas propriedades de escoamento e resistência mecânica podem ser obtidos pelas adições de elementos de liga ao revestimento.
Isolamento da alma de aço - o revestimento atua como um isolante de tal modo que a alma não causará curto-circuito durante a soldagem de chanfros profundos ou de aberturas estreitas; o revestimento também serve como proteção para o operador quando os eletrodos são trocados.