Soldagem

O termo "SOLDAGEM" engloba uma ampla gama de processos utilizados na fabricação e restauração de peças, equipamentos e estruturas. Embora tradicionalmente a soldagem seja vista como um método de união, nos dias atuais, muitos processos de soldagem ou suas variações são empregados para depositar material em uma superfície, com o propósito de reparar peças desgastadas ou criar revestimentos com propriedades específicas.

Uma das definições de soldagem:

Operação que visa obter a união de duas ou mais peças, assegurando na junta a continuidade das propriedades físicas e químicas.

Terminologia da soldagem:

Chamamos de solda o resultado do processo de união das peças. O material das peças que estão sendo unidas é chamado de metal de base. Em muitos casos, especialmente na soldagem por fusão, um material adicional, conhecido como metal de adição, é utilizado para formar a solda. Durante o processo de soldagem, a fonte de calor funde o metal de adição, que se combina com uma porção do metal de base também fundido, formando o que é chamado de poça de fusão.

Figura 1 - Metal de base, metal de adição e poça de fusão.

Chama-se junta a região onde as peças serão unidas por soldagem.

Figura 2 - Tipos de junta.

Os sulcos ou cortes na superfície das peças que serão unidas, e que criam o espaço onde a solda será aplicada, são conhecidos como chanfros.

Figura - 3 Tipos de chanfro.

A zona fundida (ZF) de uma soldagem é composta pelo metal de solda, que resulta da fusão da porção do metal de base e do metal de adição. A parte do metal de base que sofre mudanças em sua estrutura e propriedades devido ao calor gerado durante o processo de soldagem é denominada zona termicamente afetada (ZTA).

Figura 4 - Zona fundida e zonas termicamente afetada.

A zona fundida pode ser composta por um ou vários passes de solda depositados em uma sequência específica e organizados em camadas, que consistem em passes de solda localizados na mesma altura ao longo da junta. Em diversas situações, o termo "cordão" é utilizado, às vezes referindo-se à própria solda e, em outros casos, ao passe de solda individual.

Figura 5 - Soldagem de uma junta em vários passes.

Segurança na soldagem:

As operações de soldagem e corte envolvem altas temperaturas, exposição à luz intensa, radiação eletromagnética, risco de contato com partículas metálicas incandescentes (respingos), além do risco de choque elétrico. Para que o soldador se proteja desses perigos, é necessário o uso de roupas e equipamentos específicos que cubram e protejam o corpo, a cabeça e os olhos, ao mesmo tempo em que permitem movimentação livre. Essas medidas visam reduzir o risco de queimaduras e outras lesões.

Figura 6 - Soldador com traje adequado para operações de soldagem.

Arco elétrico:

O arco elétrico é uma descarga elétrica que se mantém por meio de um gás ionizado a alta temperatura, denominado plasma. Esse fenômeno é capaz de gerar uma quantidade significativa de energia térmica, o que o torna conveniente na soldagem, pois possibilita a fusão localizada das peças que estão sendo unidas.

Figura 7 - Arco elétrico estabelecido entre eletrodo e peça. Esquemático e real respectivamente.

Processos de soldagem:

Esses são apenas alguns exemplos dos muitos processos de soldagem disponíveis:

1. Soldagem por Arco Elétrico com Eletrodo Revestido (SMAW)

2. Soldagem TIG (GTAW - Gas Tungsten Arc Welding)

3. Soldagem MIG/MAG (GMAW - Gas Metal Arc Welding / MAG - Metal Active Gas Welding)

4. Soldagem por Arco Submerso (SAW - Submerged Arc Welding)

5. Soldagem por Resistência (RW - Resistance Welding)

6. Soldagem a Laser

7. Soldagem a Plasma

8. Soldagem por Feixe de Elétrons

9. Soldagem por Fricção

10. Soldagem por Ultrassom

Cada um desses processos de soldagem possuem peculiaridades, vantagens e desvantagens. Nesta apostila, apenas dois desses processos serão detalhados: a soldagem com eletrodo revestido (SMAW) e a soldagem TIG (GTAW).

Soldagem com eletrodo revestido:

A soldagem a arco com eletrodo revestido (Shielded Metal Arc Welding-SMAW) é um processo que produz a união entre metais pela fusão destes com um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico revestido e a peça que está sendo soldada. O processo é mostrado esquematicamente na Figura 8.

Figura 8 - Esquemático de soldagem com eletrodo revestido.

O eletrodo revestido consiste em uma vareta metálica, chamada "alma", que conduz a corrente elétrica e se funde fornecendo metal de adição para enchimento da junta. A alma é recoberta por uma mistura de diferentes materiais, numa camada que forma o "revestimento" do eletrodo. Este revestimento tem diversas funções na soldagem, principalmente:

• estabilizar o arco elétrico;

• ajustar a composição química do cordão, pela adição de elementos de liga e eliminação de impurezas. O revestimento do eletrodo possui em sua composição pós metálicos que durante o processo de soldagem são fundidos e incorporados ao cordão de solda;

• proteger a poça de fusão e o metal de solda contra contaminação pela atmosfera, através da geração de gases e de uma camada de escória. O revestimento possui em sua composição elementos que durante a soldagem liberam gases e estes, envolvendo a poça de fusão a isolam do contato com a atmosfera.

Equipamentos necessários:

Fonte de energia:

Porta eletrodo e grampo:

Consumíveis:

Na soldagem a arco com eletrodo revestido, o único consumível envolvido no processo é o eletrodo revestido.

Eletrodos E6013.

O sistema de identificação de eletrodos de aço carbono e baixa liga pela AWS (American Welding Society) emprega uma combinação de números e letras que fornecem diversas informações sobre esses eletrodos.

Código dos eletrodos revestidos de acordo com a AWS.

O eletrodo E6013 é atualmente o mais utilizado na soldagem de aços carbono.

Significado do código do Eletrodo E6013.

Cuidados com o eletrodo revestido:

Os eletrodos revestidos necessitam de alguns cuidados para que tenham uma maior durabilidade e sejam eficientes no momento da soldagem. São essas:

• Armazenamento: Mantenha os eletrodos revestidos em embalagens hermeticamente fechadas e secas para evitar a absorção de umidade, o que prejudica a qualidade da solda.

• Seleção do Eletrodo: Escolha o eletrodo correto para a aplicação, levando em consideração o tipo de metal base, espessura do material e as propriedades desejadas da solda.

• Manuseio: Evite deixar os eletrodos caírem ou sofrerem qualquer impacto, pois o revestimento é bastante frágil e pode se desfragmentar deixando a alma sem revestimento em algumas seções do eletrodo.

Técnica operatória:

As principais variáveis no processo SMAW são o valor da corrente de soldagem, o valor da tensão, tipo e espessura do eletrodo, tipo e polaridade da corrente.

• A espessura do eletrodo é diretamente proporcional à quantidade de material depositado por tempo (taxa de deposição) e ao valor máximo e mínimo da corrente de soldagem.

• A corrente de soldagem é diretamente proporcional ao calor gerado pelo arco elétrico, sendo assim quanto maior a corrente, maior é a penetração da solda e taxa de deposição.

• O valor da tenção influencia diretamente na facilidade de abertura do arco elétrico e distância máxima entre o eletrodo e a peça. quanto maior a tensão mais fácil é abrir o arco e também mantê-lo .

• O tipo de corrente e sua polaridade afetam a forma e as dimensões da poça de fusão, a estabilidade do arco e a transferência de metal de adição, como mostra a Figura M. De uma maneira geral, a polaridade inversa "CC+" (corrente contínua com o eletrodo no polo positivo) produz maior penetração, e a polaridade direta "CC-" (corrente contínua com o eletrodo no polo negativo) produz maior taxa de fusão do eletrodo. Com corrente alternada "CA", estes valores são intermediários, e a ocorrência de sopro magnético é minimizada. Entretanto, deve-se lembrar que a escolha do tipo e valor de corrente não é totalmente livre e depende do tipo e diâmetro do eletrodo a ser usado na operação.

  

  Diferença da penetração obtida em função do tipo e polaridade da corrente. (a)-"CC+", (b)"CC-", (CA).

Abertura do arco:

Para abrir o arco elétrico o soldador gera um curto circuito encostando o eletrodo na peça de trabalho, isso pode ser feito de diversas formas, uma das mais utilizadas é raspar o eletrodo na peça e em seguida distanciar o eletrodo até a distancia de soldagem.

Durante a execução da solda o soldador deve fazer tres movimentos principais:

• Mergulho do eletrodo, isto é, movimento do eletrodo em direção a poça de fusão a medida que o eletrodo se funde e diminui, visando manter constante o comprimento do arco elétrico.

• Movimento de translação, esse movimento se refere ao deslocamento do eletrodo ao longo do comprimento da junta de soldagem, com uma velocidade uniforme (velocidade de soldagem).

• Movimento de tecimento ou padrão de tecimento, esse movimento do eletrodo ocorre na largura da junta de soldagem, o padrão de tecimento garante a fusão das paredes da junta, aumenta a largura do cordão, aumenta a diluição da ZF e auxilia a flutuação da escoria.

Exemplos de padrões de tecimento.

Nos vídeos abaixo é possível adquirir maior noção operacional do processo de soldagem com eletrodo revestido.