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18/08/2022 1 MANUFATURA MECÂNICA: SOLDAGEM Aula 05 – Processos convencionais de soldagem fagner.coelho@kroton.com.br U2S2 - Processos convencionais de soldagem Soldagem oxiacetilênica, soldagem e corte a gás Soldagem a Gás - é um processo através do qual os metais são soldados por meio de aquecimento com uma chama de um gás combustível e oxigênio. Isso produz uma chama concentrada de alta temperatura que funde o metal base e o metal de adição, se ele for usado. Embora esse processo gere temperaturas elevadas, estas ainda são baixas se comparadas com as geradas pelo arco elétrico. Por causa disso, a velocidade de soldagem é baixa e, pesar da simplicidade e baixo custo, o uso em processos industriais da soldagem a gás é muito restrito. Assim, ela é usada apenas quando se exige um ótimo controle do calor fornecido e da temperatura das peças, como na soldagem de chapas finas e tubos de pequeno diâmetro e, também, na deposição de revestimentos com propriedades especiais na superfície das peças. Seu maior uso se dá na soldagem de manutenção. 1 2 18/08/2022 2 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Soldagem oxiacetilênica, soldagem e corte a gás A soldagem a gás oxi-combustível (Oxy-Fuel Gás 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. U2S2 - Processos convencionais de soldagem Soldagem oxiacetilênica, soldagem e corte a gás O processo oxi-gás é muito usado também para operações de pré e pós aquecimento das peças soldadas por outros processos e para manutenção da temperatura. O equipamento usado nessas operações é basicamente o mesmo usado na soldagem. Apenas o maçarico é diferente, em geral do tipo “chuveiro”. 3 4 18/08/2022 3 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Soldagem oxiacetilênica, soldagem e corte a gás Soldagem a Gás U2S2 - Processos convencionais de soldagem Soldagem oxiacetilênica, soldagem e corte a gás Soldagem a Gás 5 6 18/08/2022 4 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Soldagem oxiacetilênica, soldagem e corte a gás Soldagem a Gás No dardo ocorre uma combustão dita “primaria” e no penacho ocorre a combustão secundaria. Na solda oxi-gas, temos as seguintes possibilidades: • Combustível: acetileno, hidrogênio, propano (ou GLP – Gás Liquefeito de Petróleo). • Comburente: oxigênio. A regulagem da chama ( a ) e dada por: Em que Vc e o volume de comburente (oxigênio) e Vcb e o volume do combustível (gás). U2S2 - Processos convencionais de soldagem Soldagem oxiacetilênica, soldagem e corte a gás Soldagem a Gás 7 8 18/08/2022 5 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Soldagem oxiacetilênica, soldagem e corte a gás Soldagem a Gás - As temperaturas mais altas na chama oxiacetilênica ocorrem na ponta do cone interno, que deve ser posicionada próximo à superfície a ser fundida. U2S2 - Processos convencionais de soldagem Soldagem oxiacetilênica, soldagem e corte a gás Aplicações da Soldagem a Gás 9 10 18/08/2022 6 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Soldagem oxiacetilênica, soldagem e corte a gás Processos de Corte Térmico Oxicorte Corte com plasma Corte com laser No oxicorte a superfície da chapa deve ser aquecida por uma chama de pré-aquecimento até que se atinja a temperatura de ignição do metal. Atingida esta temperatura, um jato de oxigênio de alta pureza é liberado provocando oxidação catastrófica da peça ao longo de toda a sua espessura. Os produtos da reação são expulsos por este jato resultando a superfície de corte. Temperatura de ignição (experiência de Lavoisier) – o Fe, por exemplo, se aquecido a 1350 °C e imerso em uma atmosfera de oxigênio puro, há instantânea oxidação do metal, mesmo após a interrupção da fonte de calor. O calor gerado pela reação exotérmica funde o óxido expondo a superfície do metal continuamente. U2S2 - Processos convencionais de soldagem Soldagem oxiacetilênica, soldagem e corte a gás Processos de Corte Térmico Segurança do operador Para sua segurança: · use óculos de proteção apropriados contra fagulhas, escória e brilho da chama, durante todo o tempo; · use luvas, mangotes, aventais e perneiras de proteção; · conserve toda a roupa e equipamento de proteção individual livres de óleo ou graxa. Prevenção contra incêndio Para evitar acidentes e risco de incêndio: · nunca use óleo ou graxa próximo aos equipamentos de oxigênio; · conserve a chama ou fagulha longe dos cilindros e mangueiras; · mantenha materiais combustíveis a uma distância segura das áreas em que esteja sendo executado o corte (distância mínima: 10 m); · mantenha extintor de incêndio na área de trabalho, verificando sempre suas condições de uso; · mantenha a chave na válvula do cilindro, para o caso de precisar ser fechado rapidamente; · nunca teste vazamentos de gás com uma chama. Use líquido apropriado para isso, ou mesmo, água com sabão; · terminado o trabalho, inspecione a área quanto a possíveis focos de incêndio; · feche as válvulas de todos os cilindros. 11 12 18/08/2022 7 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Soldagem oxiacetilênica, soldagem e corte a gás Processos de Corte Térmico Segurança do operador U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco O arco elétrico Fonte de calor mais usada na soldagem Baixo custo relativo do equipamento Concentração adequada de energia para fusão Alta temperatura Nível aceitável de riscos a saúde do operador Descarga elétrica sustentada através de um gás ionizado Ocorre em um meio inicialmente dielétrico Produz alta temperatura 13 14 18/08/2022 8 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco O arco elétrico Observado inicialmente entre o metal e um eletrodo de grafite U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco O arco elétrico Diferença de potencial entre extremidades Corrente que circula entre elas Três regiões distintas Queda Catódica Queda Anódica Coluna Regiões de queda Alto gradiente elétrico (105 V/mm) e térmico (106 °C/mm) Coluna Gradientes elétricos (1V/mm) e térmicos (103 °C/mm) menores que nas demais regiões 15 16 18/08/2022 9 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco O arco elétrico Geometria de cone Elevada temperatura Variações ao longo do seu comprimento Tensão Baixa Corrente elétrica alta Fontes Valores de tensão e corrente adequados Permitir o ajuste dos valores Durabilidade e resistência Ciclo de Trabalho Aquecimento e resfriamento em função da passagem de corrente elétrica U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Fontes Dois principais tipos: Corrente constante Tensão constante 17 18 18/08/2022 10 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Fontes Corrente constante Empregadas nos processos manuais Corrente não se altera com o comprimento do arco Tensão constante Empregada em processos automáticos ou mecanizados Variações do tamanho do arco provocam variações de corrente Mecanismo atua para manter comprimento constante U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Processos a Arco Eletrodos Revestidos Eletrodo Tubular Arco Submerso Plasma TIG –Soldagem a arco Gás-Tungstênio Soldagem a arco Gás-metal MIG MAG 19 20 18/08/2022 11 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Eletrodos Revestidos Shielded Metal Arc Welding (SMAW) Arco estabelecido entre peça e eletrodo Arco gerado após contato Eletrodo –Duas regiões Alma Núcleo metálico Conduz corrente e serve como metal de adição Revestimento Camada de minerais, celulose Gera escória e gases de proteção Pode conter elementos de liga Aglomerantes, Formadores de gases e de escória,Estabilizadores do arco U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Eletrodos Revestidos Dimensões Comprimento 250 a 500 mm Diâmetro 2 a 8 mm Classificação 21 22 18/08/2022 12 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Revestimentos Funções Ionizar e estabilizar o arco Proteger a poça de fusão com os gases gerados Formar escória para proteção do metal fundido Ajudar na composição química do cordão Permitir soldagem em várias posições U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Revestimentos Celulósicos Grande quantidade de material orgânico Decomposição gera gases de proteção Pequena quantidade de escória Arco violento, gera respingos Aplicados na soldagem circunferencial Aplicados em passe de raiz Grande penetração Inadequados para o enchimento de chanfros 23 24 18/08/2022 13 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Revestimentos Rutílicos Rutila (TiO2) Escória abundante e de fácil destacabilidade Podem ser usados em qualquer posição de soldagem Cordão de bom aspecto visual Penetração baixa ou média Eletrodos mais versáteis Facilidade de abertura e manutenção do arco U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Revestimentos Básicos Possuem carbonatos Formação de escória básica Retira o enxofre e reduz o risco de formação de trincas de solidificação Penetração média Indicado para juntas de grande espessura Melhores propriedades mecânicas Usados em soldagem de alta responsabilidade Eletrodo Hidroscópico Cuidados na armazenagem 25 26 18/08/2022 14 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Revestimentos Oxidantes Constituídos de óxidos Escória abundante e de fácil destacamento Grande quantidade de inclusões Pequena utilização U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Eletrodos Revestidos Seleção do eletrodo Tipo do material de base Posição de soldagem Equipamento disponível Espessura do material Custo 27 28 18/08/2022 15 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Cuidados com o eletrodo Armazenamento Temperatura e umidade Rutílico e Celulósico –50 a 70°C Básicos –100 a 150°C Estufas portáteis Permitem transporte dos eletrodos U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Tipos de movimentos Movimento de mergulho Avanço do eletrodo em direção a poça de fusão Velocidade constante Compensa a diminuição de comprimento pelo consumo de material Movimento de Translação Deslocamento do eletrodo e do arco ao longo da junta Movimento de tecimento Deslocamento lateral do eletrodo em relação ao eixo da solda Obtenção de cordão mais largo 29 30 18/08/2022 16 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco MIG/MAG MIG (Metal Inert Gas) MAG (Metal Active Gas) GMAW (Gas Metal Arc Welding) Arco entre peça e eletrodo consumível Eletrodo Alimentado Continuamente U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco MIG/MAG Fontes corrente contínua Eletrodo Positivo (CC+) Contato elétrico deslizante Bico de contato 31 32 18/08/2022 17 U2S2 - Processos convencionais de soldagem MIG/MAG Metal Inert Gas - MIG Arame é protegido por um gás inerte, ou seja, não interage com a poça de fusão. Os principais gases usados são o Argônio e o Hélio Metal Active Gas - MAG Proteção por gás ativo, interage com a poça de fusão Gás mais utilizado –Dióxido de Carbono –CO2 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco MIG/MAG Influenciam no perfil de penetração Condutividade térmica diferente Argônio Baixa condutividade Perfil tipo taça Hélio, CO2 Alta condutividade Perfil mais arredondado 33 34 18/08/2022 18 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco MIG/MAG Diferentes densidades Gases de maior densidade utilizam menor vazão U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco MIG/MAG Alimentação do eletrodo Roletes empurram o arame Velocidade contínua Regulável: 1 a 18 m/min Alimentação do eletrodo Velocidade de alimentação conciliada com corrente de soldagem Garantir que não falte arame e que ele não avance sobre a poça de fusão Permite maior fator de ocupação do operador Eletrodo fornecido por bobinas Tamanhos variáveis 35 36 18/08/2022 19 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco MIG/MAG Vantagens Elevada taxa de deposição Elevada produtividade Capacidade de soldar diferentes ligas metálicas Pouca limpeza após soldagem Processo com eletrodo contínuo Desvantagens Proteção do arco sensível a correntes de ar Pode gerar elevada quantidade de respingos U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco MIG/MAG Transferência Metálica Três principais tipos Globular Curto circuito Spray - Goticular 37 38 18/08/2022 20 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco MIG/MAG Globular: Correntes e tensões médias Arco mais estável que na curto circuito Limitado a posição plana Existem respingos Glóbulos transferidos de diâmetro próximo ao do eletrodo U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco MIG/MAG Curto-circuito: O metal é transferido por sucessivos curtos-circuitos (60 a 200 vezes/s) entre a extremidade do arame e a peça sob baixos parâmetros de soldagem (15 a 22 V). Arame Peça Correntes mais baixas Poça de fusão pequena e de rápido resfriamento Metal só é transferido durante o curto circuito Metal toca a poça de fusão Transferência sem respingos Permite aplicação em posições variadas 39 40 18/08/2022 21 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco MIG/MAG Goticular: O metal é transferido através do arco na taxa de centenas de gotas por segundo, sem curtos-circuitos. O arco é estável, isento de respingos e as gotas são menores do que o diâmetro do arame. Arame Peça Transferência do metal em gotas pequenas Tamanho das gotas diminui com o aumento da corrente Utilizado na posição plana ou horizontal Existência de respingos U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco MIG/MAG Pulsado: A fonte de soldagem fornece pulsos de corrente com intensidade superior à corrente de transição (spray) e frequência constante (30 a 330 Hz). Estes pulsos são sobrepostos a uma corrente de base de menor intensidade que mantém o arco permanentemente aceso. Uma gota de arame é transferida para a poça de fusão a cada pulso. I (A) t ( ms ) 1 2 3 4 41 42 18/08/2022 22 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Arame Tubular Também conhecida como eletrodo tubular Eletrodo em forma de tubo Arco estabelecido entre eletrodo tubular contínuo e peça Fluxo presente na parte interna do tubo U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Arame Tubular Fluxo interno ao eletrodo FCAW (Flux Cored Arc Welding) MCAW (Metal Cored Arc Welding) Funções similares as do revestimento Estabilização do arco Ajuste na composição da solda Proteção Formação de escória Processo pode fazer uso de proteção gasosa 43 44 18/08/2022 23 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Arame Tubular Fabricação do Eletrodo Fita metálica continuamente alimentada Deformação da fita Roletes transformam seção reta em caneleta formato de U Fluxo adicionado no interior pelo silo de alimentação Seção em U transformada em tubo pelos roletes de fechamento Posteriormente trefilado ou laminado U2S2 - Processos convencionais de soldagemMétodos de União: Soldagem a arco Arame Tubular 45 46 18/08/2022 24 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Arame Tubular Duas variações principais Auto protegido Fluxo fornece proteção necessária na região do arco Proteção gasosa Parte da proteção é fornecida pelo gás Geralmente CO2 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Arame Tubular 47 48 18/08/2022 25 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Arame Tubular U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco Arame Tubular Aplicações Soldagem de Aço carbono e aços ligados Soldagem em fabricação, manutenção e montagem no campo Soldagem de partes de veículos Vantagens Elevada produtividade e eficiência Soldas de boa qualidade e aparência Custo relativamente baixo Desvantagens Equipamento relativamente caro Pode gerar elevada quantidade de fumos Necessita de Limpeza após soldagem 49 50 18/08/2022 26 Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais; Arco Submerso Submerged Arc Welding (SAW) Arco entre peça e eletrodo metálico contínuo Proteção feita por material fusível granulado Fluxo Fluxo se funde na região próxima ao arco Protege a poça de fusão Gera escória Ajuda a estabilizar o arco U2S2 - Processos convencionais de soldagem Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais; Arco Submerso • Arco ocorre sob camada de fluxo • Não é visível • Origem do nome do processo • Fluxo deve ser continuamente alimentado U2S2 - Processos convencionais de soldagem 51 52 18/08/2022 27 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco TIG Soldagem a arco Eletrodo não consumível Pode se desgastar Proteção gasosa (gás inerte) Normalmente Argônio (Ar) e Hélio (He) ou mistura dos dois Gas Tungsten Arc Welding(GTAW) Tungsten Inert Gas(TIG) Processo tipicamente manual Pode-se ou não utilizar metal de adição U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco TIG Equipamento Fonte de energia Tocha com eletrodo de tungstênio Fonte de gás de proteção Sistema para abertura do arco Ignitor de alta frequência Ioniza o meio gasoso e elimina necessidade de tocar a peça para abertura 53 54 18/08/2022 28 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco TIG Permite soldas de alta qualidade e acabamento Soldagem de juntas de pequena espessura Inferior a 10 mm (usualmente entre 0,2 e 3 mm) Utilizada para execução de passes de raiz Corrente e vazão de gás definidos Controle do Operador Comprimento do arco Velocidade de soldagem Metal de adição U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco TIG Vantagens Excelente controle da poça de fusão Usado para soldar a maioria dos metais Soldas de alta qualidade e excelente acabamento Exige pouca ou nenhuma limpeza após soldagem Permite soldagem em qualquer posição Boa visibilidade Não gera fumos Desvantagens Produtividade relativamente baixa Soldagem de espessuras limitadas Custo de consumíveis e equipamentos relativamente elevado 55 56 18/08/2022 29 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco TIG U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco TIG 57 58 18/08/2022 30 U2S2 - Processos convencionais de soldagem Métodos de União: Soldagem a arco TIG Termodinâmica da soldagem: calor, temperatura, gases e fluxo; Gases para o processo GTAW U2S2 - Processos convencionais de soldagem 59 60 18/08/2022 31 Gases para o processo GMAW U2S2 - Processos convencionais de soldagem U2S2 - Processos convencionais de soldagem 61 62 18/08/2022 32 U2S2 – Processos não convencionais de usinagem: características gerais e aplicações Prezados como havia dito que teríamos dois Seminários, o segundo será em formato de Trabalho Prático e tem a seguinte metodologia: No Seminário I tivemos 05 grupos, que podem ser mantidos. Realizar soldagem (no Laboratório de Soldagem e Usinagem) utilizando a máquina MIG/MAG ou Eletrodo Revestido, considerando as seguintes opções: Tipo de junta: Tipo de chanfro: Podem considerar o chanfro I, e o tipo de junta adequado, porém, é necessário avaliar a qualidade e se há necessidade de preparar o chanfro. Caso seja necessário preparar o chanfro, informe qual o chanfro optado e o que foi necessário fazer (processo de usinagem?) Quantidade de passes: Caso o chanfro escolhido não necessite de enchimento, então para atender ao objetivo do trabalho, considere a deposição de um único cordão de solda. U2S2 – Processos não convencionais de usinagem: características gerais e aplicações Posições de soldagem: Avaliem inicialmente as posições de soldagem que são possíveis serem realizadas com os consumíveis disponíveis (eletrodo, chapa, arame) e então realizar as que forem permitidas. Todos os consumíveis devem ser citados no relatório, (chapa com dimensões); (código do eletrodo e arame de acordo, classificação, propriedades de acordo com a AWS). Após a soldagem, realizar uma avaliação quanto ao grau de distorção do material, informando valores deste. Realizar a metalografia (no Laboratório de Materiais), com o corte, embutimento, lixamento, polimento e ataque químico. Indicar através de um desenho esquemático a posição de retirada do corpo de prova. 63 64 18/08/2022 33 U2S2 – Processos não convencionais de usinagem: características gerais e aplicações Atenção quanto a preparação do material para soldagem, bem como preocupação com a fixação da peça, no laboratório temos um kit como apresentado abaixo. Com o copo de prova preparado realizar as seguintes etapas: • Com o ataque químico será revelado a Z.T.A. (Zona Termicamente Afetada), fazer um registro fotográfico da mesma e desenvolver um esboço que represente as 3 regiões principais (Z.F., Z.T.A. e Metal Base). • Realizar um ensaio de dureza das três regiões, tabelar e comparar com as características do consumível utilizado. Para atender ao objetivo do trabalho, considere a deposição de um único cordão de solda. Desenvolver um relatório técnico como o do exemplo: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/205170/mod_resource/content/1/Roteiro%20para%20relat%C3%B3riosSMM0342.pdf. Na escrita do documento deve ser citado todas as etapas, procedimentos, metodologias, normas utilizadas no desenvolvimento do trabalho. Não se esqueçam das Referências Bibliográficas. Realizar registros fotográficos destas etapas. U2S2 – Processos não convencionais de usinagem: características gerais e aplicações As opções acima apresentadas, são as mínimas para o aceite este trabalho, caso haja curiosidade em avaliar outras condições fiquem à vontade, mas atentem primeiro em atender o que foi solicitado. OBS. 1. Para o uso dos laboratórios, tornasse necessário o uso de E.P.I., calçado fechado e calça comprida. Agendamento, e exigir a presença do técnico para auxiliar em casos de dúvidas. 2. Sobre o metal de base, os técnicos de laboratório irão disponibilizar. 3. Durante a execução deste, qualquer dúvida de surgir, como sempre, estou(rei) à disposição. 4. Materiais auxiliares foram postados para ajuda-los no desenvolvimento deste. 65 66 18/08/2022 34 DÚVIDAS? 67