ACESITA - Soldagem de Aco Inoxidavel

ASSISTNCIA TCNICA

Caderno 06 Novembro/2004

Caderno da Assistncia Tcnica

Principais Processos para Soldagem de aos inoxidveis parte ITatiana BottonAssistncia Tcnica Aos Inoxidveis

1. SOLDAGEM 1.1. DEFINIOSoldagem pode ser definida como a operao de juno que garante a continuidade entre as duas partes unidas. A solda ou a junta soldada resultado desta operao.[1] Os processos de soldagem e juno so essenciais em produtos manufaturados, no entanto devido a grande quantidade de processos existentes, uma dificuldade determinar qual processo ser utilizado resultando a melhor relao custo benefcio. Logicamente no existe uma resposta simples devido s inmeras variveis que devem ser consideradas, no entanto muito importante conhecer cada processo e suas particularidades objetivando sempre o melhor desempenho da junta soldada quando aplicada no equipamento.[2] Para que seja possvel obter uma junta soldada satisfatria obedecendo aos requisitos de um projeto bem executado importante que se tenha conhecimento de alguns conceitos diretamente relacionados com a soldagem, tais como: energia de soldagem e diluio.

1.2. ENERGIA DE SOLDAGEMEnergia de Soldagem ou aporte de calor pode ser definida como a quantidade calor adicionada a um material por unidade de comprimento linear. Para soldagem a arco eltrico utilizase a seguinte frmula para clculo da Energia de Soldagem:[2]

E =

V .I [J / mm ] v

Onde: - eficincia trmica (funo do processo selecionado) V tenso [V] I - corrente [A] v velocidade de soldagem [mm/s]

O valor da energia de soldagem est intimamente ligado com os parmetros utilizados para a sua execuo, ou seja, com faixas de tenso e corrente elevadas tem-se uma grande quantidade de calor adicionada, desta forma pode-se concluir que a energia de soldagem depende muito do

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processo de soldagem que ser utilizado. Por este motivo muito importante a escolha correta do processo e consequentemente dos parmetros que sero utilizados durante a soldagem.[2] muito comum confundir energia de soldagem com intensidade de fonte, que uma das principais caractersticas que distingue os processos de soldagem, pois trata-se da intensidade de fonte de calor utilizada para fundir o material, ou seja a potncia [W] utilizada para fundir uma determinada rea [cm2].[2] Os processos que apresentam maior intensidade de fonte em geral, apresentam menor energia de soldagem, tais como TIG, plasma, e laser estes processo so aqueles onde o arco eltrico funde menor rea permitindo maior concentrao de energia, tais como TIG e plasma. No entanto, muito importante lembrar que a energia de soldagem tambm est relacionada com a velocidade de soldagem, ou seja, tcnica de soldagem.[2]

1.3. DILUIOA diluio pode ser definida como a quantidade percentual de metal de base que entra na composio qumica do metal de solda, na soldagem por fuso, podendo variar desde valores muito baixos como 5% at 100%. A Figura 1 exemplifica este conceito atravs da seo transversal de uma junta soldada.[3]

SD

METAL A

SA

SB

METAL B

Diluio(%) =Figura 1: Diluio de uma junta soldada.[3]

SA + SB SD + SA + SB

Variaes no valor da diluio podero ocorrer em funo do procedimento utilizado, ou seja, tipo de junta, processo, temperatura de pr-aquecimento, consumveis, parmetros eltricos.[3]

1.4. SOLDABILIDADEA definio de soldagem est associada com o conceito de soldabilidade, que pode ser definido como a facilidade com que uma junta soldada fabricada de tal maneira que preencha os requisitos de um projeto bem executado, ou seja, a junta soldada deve estar isenta de defeitos que prejudiquem a performance da pea ou do equipamento. Este conceito muito abrangente e pode ser subdividido em trs: [1]

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Soldabilidade Operacional: Est associada com a fabricao das juntas do equipamento. Este aspecto da soldabilidade envolve as particularidades de um processo, a habilidade do soldador em soldar em diversas posies e diversos materiais, as caractersticas do material a ser soldado e a versatilidade do processo de soldagem.[1]

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Soldabilidade Metalrgica: Envolve transformaes de fase que ocorrem no material durante o aquecimento, a fuso, a solidificao e seu resfriamento. Esta subdiviso da soldabilidade a mais relacionada com a metalurgia da soldagem. Ela est relacionada com a natureza do material e com a transferncia de calor na junta soldada. Em outras palavras, este aspecto da soldabilidade determina a durabilidade e o desempenho da pea ou equipamento soldado.[1]

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Soldabilidade em Servio: Pela definio de soldabilidade de um material, a aplicao em servio o objetivo final da escolha dos materiais e procedimento correto para o produto que est sendo projetado e construdo. Caso ocorra algum erro ou na especificao dos materiais envolvidos, na fabricao ou no procedimento, o equipamento poder ter uma falha em servio prematura. Esta diviso da soldabilidade deixa de ter sentido quando o processo de projetar, fabricar, e sua aplicao so bem conhecidos e devidamente controlados.[1]

Resumindo, a soldabilidade envolve desde aspectos relacionados com a habilidade do soldador ou do operador at o controle correto de todas as etapas envolvidas no processo de fabricao. [1]

2. PROCESSOS DE SOLDAGEMOs aos inoxidveis so aos que possuem uma boa soldabilidade e que se escolhidos processo e procedimento adequado para a execuo da soldagem obter-se- um timo resultado. importante enfatizar que todos os aos inoxidveis so soldveis, no entanto, necessrio conhecer bem o processo escolhido, e possveis problemas que podem ocorrer durante a soldagem com o objetivo de tentar evita-los. Para isto necessrio ter um conhecimento bsico dos processos mais utilizados na soldagem dos aos inoxidveis. Este caderno est divido em duas partes, onde na parte I esto descritos os processos Eletrodo Revestido e TIG e na parte II, os processos MIG e por Resistncia Eltrica.

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2.1.ELETRODO REVESTIDO OU SMAW (Shielded Metal Arc Welding)Como ocorre na maioria dos outros pases, no Brasil, o processo de soldagem com eletrodo revestido ainda o mais utilizado. Apesar de no ser necessariamente o mais eficiente, um dos mais baratos e simples, sendo empregado em uma grande variedade de aplicaes.[4] Na maioria das aplicaes que requerem uma soldagem mecanizada com alta produtividade, alta qualidade, o processo de soldagem por eletrodo revestido vem sendo substitudo quando possvel.[5] O equipamento bsico para este tipo de processo consiste uma das configuraes mais simples possveis, em comparao aos outros processos eltricos: [4] Fonte de energia (CC ou CA); Alicate para fixao dos eletrodos; Cabos de interligao; Pina para ligao pea; Equipamento de proteo individual; Equipamento para limpeza da solda. [4]

Figura 2: Representao esquemtica de equipamento de soldagem com eletrodo revestido.[5]

A correta seleo dos parmetros de soldagem essencial para obteno de uma junta soldada de qualidade, que neste caso so: o tipo e dimetro do eletrodo, o tipo, a polaridade e o valor da corrente de soldagem, a tenso e o comprimento do arco, a velocidade de soldagem e a tcnica de manipulao do eletrodo. [4] Trata-se de um processo de soldagem manual onde o arco estabelecido entre o eletrodo consumvel, que formado por uma alma metlica e uma cobertura, e o material que est sendo soldado. Uma srie de funes so desempenhadas pelo revestimento consumido juntamente com o metal de adio durante a soldagem, como por exemplo estabilizao do arco, a proteo do metal fundido pela formao de escria e de gases e a adio de elementos de liga e de

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desoxidantes poa de fuso. A figura 3 exemplifica um esquema do processo por eletrodo revestido. [6]

Figura 3: Esquema de processo de soldagem por eletrodo revestido.[1]

O processo por eletrodo revestido o mais verstil de todos, pode ser usado em vrias posies: sobre cabea, vertical, ou horizontal. Pode ser utilizado em todos os tipos de junta. Embora, apresente algumas desvantagens: 1. A escria gerada pelo revestimento fonte de incluses; 2. A escria deve ser removida entre passes. [1]

A soldagem dos aos inoxidveis ferrticos e martensticos pelo processo de eletrodo revestido similar a soldagem dos aos carbono. [1] As principais caractersticas do processo de soldagem com eletrodo revestido so: [4] Tipo de Operao Manual.

Caractersticas Taxa de deposio: 0,5 a 5,0 Kg/h; Espessuras soldveis: >2,0 mm; Posies de soldagem: depende do tipo do revestimento; Diluio: 10 a 30%; Tipo de junta: todas; Faixa de corrente: 50 a 300 A.

Vantagens Baixo custo do equipamento; Versatilidade;

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Soldagem em locais de difcil acesso; Disponibilidade de consumveis no mercado.

Limitaes Baixa produtividade devido taxa de deposio; Necessidade de remoo de escria; Dependente da habilidade do soldador; Produo de fumos e respingos; Qualidade do cordo de solda, em geral, inferior aos processos TIG, plasma e MIG; No automatizvel.

Segurana Proteo ocular; Emisso de radiao ultravioleta; Risco de choque eltrico; Inalao de gases e fumos provenientes da atmosfera gerada pela decomposio do revestimento; Queimaduras produzidas por respingos ou escria em alta temperatura.

Na tabelas 1 pode-se verificar algumas orientaes para a seleo de eletrodos utilizados para a soldagem de aos inoxidveis, e na tabela 2 alguns exemplos de condies de soldagem.[4] Tabela 1: Seleo de eletrodos para os principais aos inox.[4]Classe AISI do metal base 301, 302, 304, 308 303, 303 Se 304L 308L 309 310 316 316L 317 321, 321H 347, 347H 410 420 430 410, 420, 430 430Ti Condio de Servio como soldado ou recozido como soldado ou recozido como soldado como soldado como soldado como soldado como soldado ou recozido como soldado ou aliviado de tenso como soldado ou recozido como soldado como soldado recozido ou endurecido recozido ou endurecido recozido como soldado como soldado Eletrodo Revestido E308 E312, E309 E308L, E347 E308L E309 E310 E316, E309Nb E316L, E309Nb E317 E347 E347 E410 E420 E430 E308, E309, E310 E430Ti

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Tabela 2: Exemplos de condies de soldagem para aos inoxidveis.[4]Espessura (mm) Passo N/A Dim. eletrodo (mm) Corrente de soldagem (A) Velocidade de avano (mm/s)

Soldas de topo, posies plana e horizontal 1 2 3 5 6 1 1 1 1 1 2 1 9 2 3 13 19 25 1 a 2: como para 9 (mm) 3 e 4: 1 a 2: como para 9 (mm) 3 a 6: 1 a 2: como para 9 (mm) 3 a 10: 1,98 2,38 3,18 3,97 3,97 4,76 3,97 4,76 4,76 6,35 6,35 6,35 40 60 85 125 125 160 125 160 160 240 240 240 6 5 4 3 3 3 3 3 3 1 1 1

1 (Nota) 2 (Nota) 3 5 6

Soldas de topo, posies vertical e sobrecabea 1 1,98 35 1 1 1 1e2 2,38 3,18 3,97 3,97 50 75 110 110

8 6 3 2 2

Nota: Soldar na vertical descendente. Para as demais espessuras, soldar na ascendente. Soldas de filete, posies plana e horizontal 1 1,98 40 1 1 1 1 1 2,38 3,18 3,97 4,76 6,35 60 85 120 160 240

1 2 3 5 6 9

6 6 6 4 3 2

1 2 3 5 6 9

Soldas de filete, posies vertical e sobrecabea 1 1,98 40 1 1 1 1 1 2,38 3,18 3,97 4,76 4,76 60 90 125 170 175

6 6 6 4 3 3 3

2 4,76 175 Observaes: Geometrias de juntas semelhantes aos para aos-carbono Chanfro em V (60o) simples para espessuras 6mm Chanfro em V (60o) duplo para espessuras 6mm Espessuras > 25 mm requerem chanfro em U

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2.2.TIG OU GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) O Processo TIG pode ser executado tanto manual quanto automaticamente. O equipamento bsico utilizado consiste em: Mesa de soldagem; Fonte de energia (CC ou CA, dependendo do material a ser soldado) tipo corrente constante; Cabos; Tocha; Eletrodo de tungstnio; Fonte de gs de proteo com regulador de vazo; Ferramentas; Equipamentos de segurana.[4]

A figura 4 mostra um esquema do processo de soldagem TIG. [1]

Figura 4: Esquema de equipamento de soldagem TIG. [7]

Neste processo o arco eltrico estabelecido entre a pea e um eletrodo de tungstnio no consumvel. O metal de adio pode ou no ser adicionado dependendo da configurao da junta. A proteo da junta feita por um fluxo de gs inerte, geralmente argnio, hlio ou uma mistura destes.[1] O processo de soldagem TIG um processo muito verstil que pode ser utilizado em todas as posies. Este particularmente utilizado em soldagem de sees finas devido ao calor do arco muito concentrado. Em geral, este processo no muito utilizado para espessuras acima de in (6,35 mm) por causa da velocidade relativamente baixa. [1]

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Os gases de proteo inertes utilizados so argnio e hlio, ou uma mistura contendo os dois.[1]

Somente para os aos inoxidveis austenticos pode-se aplicar o hidrognio na mistura

gasosa. Este gs tem a funo de tornar o arco mais direcionado. A sua utilizao na soldagem de outros tipos de aos inoxidveis pode causar a fragilizao da junta soldada. [4] As principais caractersticas do processo de soldagem TIG so:[4] Tipo de operao Manual ou automtica

Caractersticas Taxa de deposio: 0,2 a 1,5 Kg/h; Espessuras soldveis: 0,1 a 6,0 mm; Posies de soldagem: todas; Diluio: 2 a 20% com adio; Tipo de junta: todas; Faixa de corrente: 10 a 300 A.

Vantagens Soldas de excelente qualidade; Acabamento do cordo de solda; Menor aquecimento da pea a ser soldada; Baixa sensibilizao corroso intergranular; Ausncia de respingos; Pode ser automatizado.

Limitaes Dificuldade de utilizao em presena de corrente de ar; Inadequado para soldagem de chapas com mais de 6,35 mm de espessura; Produtividade baixa devido taxa de deposio; Custo; Processo dependente da habilidade do soldador, quando no automatizado.

Segurana Proteo ocular; Emisso intensa de radiao ultravioleta; Risco de choque eltrico.

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Nas tabelas 3, 4 e 5 pode-se verificar respectivamente metal de adio para soldagem de diversos tipos de aos inoxidveis; metal de adio para soldagem de aos inoxidveis austenticos dissimilares; valores recomendados para soldagem de aos inoxidveis.[4] Tabela 3: Metal de adio para a soldagem dos diversos tipos de aos inoxidveis.[4]Metal-base Forjado Fundido (1) 201, 202, 301, 302, 304, CF - 8, CF - 20 305, 308 302B 303, 303S 304L CF - 3 308L 309 CH - 20 309S 310 CK - 20 310S 316 CF - 8M, CF - 12H 316L CF - 3M 317 CG - 8M 321, 321H 347, 347H 348, 348H 403 410 405 420 430 430Ti 431 442 446 Condio de servio S, R S S, R Metal de adio (segundo AWS) ER308 ER309 ER309, ER312

S

ER 308L, ER 347

S, R S, AT S, R S R, E S R S R, E S R S S R, E S R S R S

ER 316 ER 316L ER 317 ER 321, ER 347 ER410 ER308, ER309, ER310 ER430 ER308, ER309, ER310 ER420 ER308, ER309, ER310 ER430 ER308, ER309, ER310 ER308, 430Ti, ER430 431 (2) ER308, ER309, ER310 442 (2) ER308, ER309, ER310 446 (2) ER308, ER309, ER310

S como soldado; R - recozido; AT com alvio de tenses; E endurecido. (1) Nos fundidos com elevado teor de carbono, o metal de adio dever Ter tambm elevado teor de carbono. (2) No consta da classificao AWS.

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Tabela 4: Metal de adio para a soldagem de aos inoxidveis austenticos dissimilares.[4]Tipo de ao 304L 308 304, 304H, 305 308 304L 308 308 309 308 309 308 309 308 309 309S 308 309 308 309 308 309 309 310 308 309 310 308 309 310 308 309 310 309 310 309 310 310S 308 309 310 308 309 310 308 309 310 309 310 309S 310S 316/316H 308 316 308 316 308 316 309 316 309 316 316 310 310Mo 316 310Mo 316L 308 316 308L 316L 308 316 309 316 309S 316L 316 310Mo 310 316 310Mo 316 317 308 316 317 308 316 317 308 316 317 309 316 309 316 317 310Mo 310 317 317Mo 317 316 317 321/321H 308 347/347H 348/348H 308

308L 347 308

308L 347 308 347 309 347 309 347 308 310 308 310 308 316 347 316L 347 308 317 347 308L 347

308

309 309S

310

309 316 309 347 308 310 308 310 308 316 316L 308 317

310S

316, 316H

316L

317

321, 321H

Nota: Quando houver mais de um tipo de metal de adio, eles no esto em ordem preferencial. Tabela 5: Valores recomendados para a soldagem de aos inoxidveis.[4]

Espessura (mm) 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

Tipo de junta sem chanfro sem abertura sem chanfro com abertura

Dimetro do eletrodo (mm) 1,0 1,0 1,0 1,5 1,5 2,0 2,0 3,0 3,0

Dimetro do metal de adio (mm) ----1,0 1,5 1,5 - 2,0 2-3 3 3-4 4

Corrente (A) 15 - 25 15 - 30 25 - 60 50 - 80 80 - 110 100 - 150 120 - 200 200 - 250 200 - 250

Vazo de argnio (l/min) 3 3 4 4 4 4 5 5 6

Nmero de passes 1 1 1 1 1 1 1 1 2

Velocidade de soldagem (cm/min) 30 - 40 30 - 40 25 - 35 25 - 35 25 - 35 25 - 35 25 25 25

chanfro em V

3. CONCLUSES Neste trabalho foram apresentados dois dos principais processos utilizados para a soldagem dos aos inoxidveis. A seleo dos parmetros corretos muito importante para obteno de uma solda e consequentemente um projeto bem executado.

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4. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1. PECKNER, D.; BERNSTEIN, I.M. Handbook of Stainless Steel. McGraw-Hill, 1977. 2. ASM Handbook Welding, Brazing and Soldering Cap. Energy Sources Used for Fusion Welding. ASM International, 1993 3. ZEEMANN, A. Diluio. Site: www.infosolda.com.br 4. WAINER, E.; BRANDI, S.D.; Soldagem: Processos e Metalurgia. 2aed. Mello, F.D.H., 1992. 5. ASM Handbook Welding, Brazing and Soldering Cap. Shielded Metal Arc Welding. ASM International, 1993. 6. MODENESI, P., Tcnica Operatria da Soldagem SMAW. Site: www.infosolda.com.br. 7. MOIRON, J.L.; BONNEFOIS, B.; CUNAT, P.J., Souder Les Acier Inoxydables. Sirpe, 2000.

Tem sugestes, dvidas ou gostaria de comentar este trabalho? [email protected]

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