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Sumário

1 - Estrutura, propriedades e aplicações dos materiais metálicos - como ferro, cobre e alumínio.

2 – Ensaios de dureza e tração.

3 – Noções de conformação - fundição, aciaria, laminação, trefilação, forjamento e extrusão.

4 – Técnicas de uniões e juntas - soldas, parafusos e rebites.

5 – Tipos de aços – ao carbono, baixa liga e alta liga.

6 – Introdução.

7 – Definições – tubos e acessórios.

8 – Fabricação.

9 - Aplicações das tubulações

10 – Meios de ligação.

11 – Materiais e especificações com exemplos de instalações.

12 - Válvulas industriais e demais acessórios.

13 – Cálculo do diâmetro de um sistema de bombeamento.

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1 - ESTRUTURA, PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DOS MATERIAIS METÁLICOS - COMO FERRO, COBRE E ALUMÍNIO. Ferro

O ferro não é encontrado puro na natureza. Encontra-se geralmente combinado com outros elementos formando rochas as quais dá-se o nome de MINÉRIO.Minério de ferroO minério de ferro é retirado do subsolo, porém muitas vezes é encontrado exposto formando verdadeiras montanhas. O principais minérios de ferro são a Hematita e Magnetita.Para retirar as impurezas, o minério é lavado, partido em pedaços menores e em seguida levados para a usina siderúrgica.Obtenção do ferro gusaNa usina, o minério é derretido num forno denominado ALTOFORNO.No alto forno, já bastante aquecido, o minério é depositado em camadas sucessivas, intercaladas com carvão coque(combustível) e calcário (fundente).Estando o alto forno carregado, por meio de dispositivo especialinjeta-se ar em seu interior.O ar ajuda a queima do carvão coque, que ao atingir 1200ºCderrete o minério. O ferro ao derreter-se deposita-se no fundo do alto forno. A esteferro dá-se o nome de ferro-gusa ou simplesmente gusa.As impurezas ou escórias por serem mais leves, flutuam sobre oferro gusa derretido. Através de duas aberturas especiais, em alturas diferentes sãoretiradas, primeiro a escória e em seguida o ferro-gusa que édespejado em panelas chamadas CADINHOSO ferro-gusa derretido é levado no cadinho e despejado emformas denominadas lingoteiras.

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Uma vez resfriado, o ferro-gusa é retirado da lingoteira recebendoo nome de LINGOTE DE FERRO GUSA. A seguir são armazenados para receberem novos tratamentos,pois este tipo de ferro, nesta forma, é usado apenas na confecçãode peças que não passarão por processos de usinagem.

Ferro fundidoÉ uma liga de ferro - carbono que contém de 2 a 4,5% decarbono. O ferro fundido é obtido diminuindo-se a porcentagem decarbono do ferro gusa. É portanto um ferro de segunda fusão.A fusão de ferro gusa, para a obtenção do ferro fundido, é feitaem fornos apropriados sendo o mais comum o forno “CUBILÔ”.O ferro fundido tem na sua composição maior porcentagem deferro, pequena porcentagem de carbono, silício, manganês,enxofre e fósforo.Tipos de ferro fundidoOs tipos mais comuns de ferro fundido são o ferro fundidocinzento e o ferro fundido branco.Ferro fundido cinzentoCaracterísticas:Fácil de ser fundido e moldado empeças. Fácil de ser trabalhado por ferramentasde corte.

Absorve muito bem as vibrações,condição que torna ideal para corpos demáquinas.Quando quebrado sua face apresenta uma cor cinza escura,devido o carbono se encontrar combinado com o ferro, emforma de palhetas de grafite.Porcentagem de carbono variável entre 3,5% a 4,5%.Ferro fundido brancoCaracterísticas:

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Difícil de ser fundido.Muito duro, difícil de ser usinado, só podendo ser trabalhadocom ferramenta de corte especiais.É usado apenas em peças que exijam muito resistência aodesgaste.Quando quebrado, sua face apresenta-se brilhamte, pois ocarbono apresenta-se totalmente combinado com o ferro.Porcentagem de carbono variável entre 2% e 3%.O ferro fundido cinzento, devido às suas características, têmgrande aplicação na indústria. O ferro fundido branco é utilizadoapenas em peças que requerem elevada dureza e resistência aodesgaste.

O “acabamento de poços” inclui as atividades realizadas em um poço após sua perfuração para prepará-lo para uma produção segura de petróleo ou gás e tudo isso é feito com aço. Depois de perfurar a rocha onde se espera encontrar petróleo ou gás, um poço é alinhado com tubos de aço (invólucro de aço) que juntos formam um tubo contínuo vazio. É bombeado cimento para o fundo do invólucro de aço e, sob pressão, é forçado a sair do tubo de aço para, assim, preencher a lacuna entre o tubo e a rocha.

Em muitos poços, os furos são feitos através do tubo de aço na profundidade onde se espera encontrar petróleo ou gás. Isso é feito com uma pistola de perfuração, que contém cargas explosivas e projéteis que provocam uma explosão ao longo do invólucro de aço, fazendo buracos por onde o petróleo fluirá. Para poços feitos em areia macia, são usadas telas de aço em vez de um invólucro sólido. Essas telas agem como uma peneira, que deixa o óleo e o gás passarem, mas impede o desmoronamento de areia dentro do poço.

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Alguns poços não precisam de nenhum sistema de filtração especial. Esses poços “abertos” (ou “descalços”) são feitos quando a geologia assegura que o petróleo e o gás podem fluir com segurança e eficiência da rocha desencapada para baixo da parte revestida da perfuração.

Um dispositivo chamado “Árvore de Natal” é colocado no ponto mais alto dos poços. Ele contém válvulas que controlam o fluxo de petróleo e gás e que podem interromper rapidamente o fluxo em caso de emergência. Alguns poços também têm válvulas e dispositivos de medição em uma parte profunda do poço que podem ser controlados a distância para regular o fluxo de uma ou mais camadas de rocha e, assim, maximizar a produção de petróleo e gás por todo um campo petrolífero. Isso é chamado de “acabamento inteligente” e em tudo isso é utilizado aço.

Cobre

O cobre é um metal vermelho-marrom, que apresenta ponto de fusão corresponde a 1.083ºC e densidade correspondente a 8,96 g/cm3 (a 20ºC), sendo, após a prata, o melhor condutor do calor e da eletricidade. Sua resistividade elétrica é de 1,7 x 10-6 ohm-cm (a 20º). Por este último característico, uma de suas utilizações principais é na indústria elétrica.

O Cobre apresenta ainda excelente deformabilidade. Além disso, o cobre possui boa resistência à corrosão: exposto à ação do ar, ele fica, com o tempo, recoberto de um depósito esverdeado.

A oxidação, sob a ação do ar, começa em torno de 500ºC. Não é atacado pela água pura. Por outro lado, ácidos, mesmo fracos, atacam o cobre na presença do ar. Apresenta, finalmente, resistência mecânica e característica de fadiga satisfatórios, além de boa usinabilidade, cor decorativa e pode ser facilmente recoberto por eletrodeposição ou por aplicação de verniz.

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Características do cobre:

EconômicoA combinação do manejo, maleabilidade e fácil união permitem economizar tempo, material e custos. A longo prazo, seu desempenho e confiabilidade representam menos reclamações e convertem o cobre em um material ideal e econômico para tubulações.

LeveAs tabulações de cobre são de uma espessura muito menor que os tubos de ferro ou enroscados do mesmo diâmetro interior, por isso o transporte custa menos e o material ocupa menos espaço.

MaleávelO tubo de cobre pode ser dobrado e moldado de várias formas, muitas vezes evitando o uso de cotovelos e uniões, além de se ajustar a qualquer contorno ou ângulo. Com tubos flexíveis, requer-se muito menos espaço em parede e teto, o que é muito importante em projetos de reforma ou modernização.

Fácil de unirOs tubos de cobre podem ser unidos com conexões capilares que permitem poupar material e produzir uniões lisas, limpas, fortes e livres de vazamentos.

SeguroO tubo de cobre não queima nem espalha a chama, além de não produzir gases tóxicos. Portanto, não propaga o fogo através de assoalhos, muros e tetos. Também não produz compostos orgânicos voláteis na instalação.

ConfiávelO tubo de cobre é fabricado com uma composição bem definida de acordo com as normas e é marcado por uma identificação indelével para que o usuário saiba o tipo de tubo que usa e quem o fabricou. O tubo de cobre é aceito virtualmente por qualquer regulamento para sistemas hidráulicos.

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Resistente à corrosãoSua excelente resistência à corrosão e à formação de depósitos assegura que o tubo de cobre ofereça um serviço eficiente, o que é refletido na preferência dos clientes.

Beneficia o meio ambienteO cobre é 100% reciclável e cerca de 38% do metal que utilizamos hoje vem de fontes que já foram recicladas. O cobre pode ser reciclado sem perder sua qualidade.

Deste modo é usado na fabricação de bombas, compressores, válvulas, equipamentos de ar condicionado, de refrigeração industrial e comercial, caldeiras e aquecedores de água. Também é utilizado em uma refinaria de petróleo, em equipamentos para a destilação do óleo cru, operações de craqueamento ou desintegração, alquilação, isomerização e processos afins.

Dadas as severas condições de operação às quais podem estar submetidos os materiais de construção dos equipamentos de processo, o cobre e suas ligas são extraordinariamente úteis por sua excelente resistência à corrosão em relação a uma grande variedade de fluidos de processo.

O cobre forma uma série de ligas muito importantes e segundo classificação da ABNT, os principais tipos de cobre são os seguintes:

Cobre eletrolítico tenaz (Cu ETP), fundido a partir de cobre eletrolítico, contendo no mínimo 99,90% de cobre (e prata até 0,1%);

Cobre refinado a fogo de alta condutibilidade (Cu FRHC), contendo um mínimo de 99,90% de cobre (incluída a prata);

Cobre refinado a fogo tenaz (Cu FRTP), fundido a partir do tipo anterior, contendo de 99,80% a 99,85% no mínimo de cobre (incluída a prata);

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Cobre desoxidado com fósforo, de baixo teor de fósforo (Cu DLP), obtido por vazamento em molde, isento de óxido cuproso por desoxidação com fósforo, com um teor mínimo de 99,90% de cobre (e prata) e teores residuais de fósforos (entre 0,004 e 0,012%);

Cobre desoxidado com fósforo, de alto teor de fósforo (Cu DHP), obtido como o anterior, com teor mínimo de cobre (e prata) de 99,80% ou 99,90% e teores residuais de fósforo (entre 0,015 e 0,040%);

Cobre isento de oxigênio (Cu OF), do tipo eletrolítico, de 99,95% a 99,99% de cobre (e prata); processado de modo a não conter nem óxido cuproso e nem resíduos desoxidantes;

Cobre refundido (Cu CAST), obtido a partir de cobre secundário e utilizado na fabricação de ligas de cobre; o teor mínimo de cobre (e prata) varia de 99,75% (grau A) a 99,50% (grau B).

Esses tipos de cobre são fornecidos em forma de placas, chapas, tiras, barras, arames e fios, tubos, perfis ou conformados por forjamento.

Suas propriedades mecânicas variam dentro dos seguintes limites:− limite de escoamento - 5 a 35 kgf/mm2− limite de resistência à tração - 22 a 45 kgf/mm2− alongamento - 48 a 60%− dureza Brinell - 45 a 105 HB− módulo de elasticidade - 12.000 a 13.500 kgf/mm2

Alguns tipos apresentam boa resistência ao choque e bom limite de fadiga. Os valores dependem do estado em que se encontra o metal, se recozido ou encruado. O grau de encruamento ou recozimento é designado pela expressão “têmpera”, a qual não tem nada a ver com o tratamento térmico de têmpera, aplicado nas ligas ferro-carbono.

As aplicações industriais dos vários tipos de cobre acima mencionados são as seguintes:

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Cobre eletrolítico tenaz (Cu ETP) e cobre refinado a fogo de alta condutibilidade (Cu FRHC) - de qualidade mais ou menos idêntica - aplicações onde se exige alta condutibilidade elétrica e boa resistência à corrosão, tais como: na indústria elétrica, na forma de cabos condutores aéreos, linhas telefônicas, motores geradores, transformadores, fios esmaltados, barras coletoras, contatos, fiação para instalações domésticas e industriais, interruptores, terminais, em aparelhos de rádio e em televisores tec.; na indústria mecânica, na forma de peças para permutadores de calor, radiadores de automóveis, arruelas, rebites e outros componentes na forma de tiras e fios; na indústria de equipamento químico, em caldeiras, destiladores, alambiques, tanques e recipientes diversos, em equipamento para processamento de alimentos; na construção civil e arquitetura, em telhados e fachadas, calhas e condutores de águas pluviais, cumeeiras, pára-raios, revestimentos artísticos etc.;

Cobre refinado a fogo tenaz (Cu FRTP) - embora contendo maior teor de impurezas, as aplicações são mais ou menos semelhantes às anteriores no campo mecânico, químico e construção civil; na indústria elétrica, esse tipo de cobre pode ser aplicado somente quando a condutibilidade elétrica exigida não for muito elevada;

Cobre isento de oxigênio (Cu OF) - devido a sua maior conformabilidade, é particularmente indicado para operações de extrusão por impacto; aplicações importantes têm-se em equipamento eletro-eletrônico, em peças para radar, anodos e fios de tubos a vácuo, vedações vidro-metal, válvulas de controle termostático, rotores e condutores para geradores e motores de grande porte, antenas e cabos flexíveis e em peças para serviços a altas temperaturas, na presença de atmosferas redutoras;

Cobre desoxidado com fósforo, de baixo teor em fósforo (Cu DLP) - é utilizado principalmente na forma de tubos e chapas, em equipamento que conduz fluidos, tais como evaporadores e permutadores de calor, tubulações de vapor, ar, água fria ou quente e óleo; em tanques e

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radiadores de automóveis; em destiladores, caldeiras, autoclaves, onde se requer soldagem, em aparelhos de ar condicionado etc.;

Cobre desoxidado com fósforo, de alto teor em fósforo (Cu (DHP) - aplicações praticamente semelhantes às do tipo anterior.

Alumínio

Seu peso específico é de 2,7 g/cm3 a 20ºC; seu ponto de fusão corresponde a 660ºC e o módulo de elasticidade é de 6.336 kgf/mm2.Apresenta boa condutibilidade térmica e relativamente alta condutibilidade elétrica (62% da do cobre).É não-magnético e apresenta baixo coeficiente de emissão térmica.Esses característicos, além da abundância do seu minério principal, vêm tornando o alumínio o metal mais importante, após o ferro.O baixo peso específico do alumínio torna-o de grande utilidade em equipamento de transporte - ferroviário, rodoviário, aéreo e naval - e na indústria mecânica, numa grande variedade de aplicações.

O baixo ponto de fusão, aliado a um elevado ponto de ebulição (cerca de 2.000ºC) e a uma grande estabilidade a qualquer temperatura, torna a fusão e a moldagem do alumínio muito fáceis.A condutibilidade térmica, inferior somente às da prata, cobre e ouro, o torna adequado para aplicações em equipamentodestinado a permutar calor.Sua alta condutibilidade elétrica e ausência de magnetismo o tornam recomendável em aplicações na indústria elétrica, principalmente em cabos condutores.Finalmente, o baixo fator de emissão o torna aplicável como isolante térmico.Entretanto, a resistência mecânica é baixa; no estado puro (99,99% Al), o seu valor gira em torno de 5 a 6 kgf/mm2; no estado encruado (laminado a frio com redução de 75%)

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sobe para cerca de 11,5 kgf/mm2. É muito dúctil: alongamento de 60 a 70%.Apresenta boa resistência à corrosão, devido à estabilidade do seu principal óxido Al2O3 que se forma na superfície do metal.Essa resistência à corrosão é melhorada por anodização, que ainda melhora sua aparência, tornando-o adequado para aplicações decorativas.As ligas de alumínio não apresentam a mesma resistência à corrosão que o alumínio puro, de modo que quando se deseja aliar a maior resistência mecânica das ligas com a boa resistência à corrosão do alumínio quimicamente puro, utiliza-se o processo de revestimento da liga por capas de alumínio puro (“cladding”), originando-se o material “Alclad”.Devido a sua alta ductilidade, é facilmente laminado, forjado e trefilado, de modo a ser utilizado na forma de chapas, folhas muitofinas, fios, tubos etc.De um modo geral, pode-se dizer que o alumínio de pureza equivalente a 99,9% anodizado, apresenta característicos óticos análogos aos da prata, aplicando-se, por exemplo, em refletores.Com pureza equivalente a 99,5% utiliza-se em cabos elétricos armados com aço, além de equipamentos variados na indústria química.Com pureza de 99%, sua principal aplicação é em artigos domésticos, principalmente para utilização em cozinhas.Exercícios.1 – Porque o ferro logo que sai do alto forno não tem utilização? Quando terá e porque?2- Qual o estágio posterior do ferro gusa no processo de produção do aço? Qual a diferença?3 – Quais os tipos diferentes do ferro e quais seus usos?4 – Entre o Ferro, cobre e alumínio qual é mais maleável ?5 – Qual deles é mais fácil de fundir ? Porque ?6 – Qual destes materiais pode ser facilmente trefilado ?7 – qual deles é o melhor condutor elétrico?8 – Quais os diferentes tipos de cobre existentes ?9 – Quais as temperaturas de fusão desses três materiais?10 – Em qual processo não pode ser utilizado o alumínio enquanto que pode ser utilizado o Ferro?

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2 – ENSAIOS DE DUREZA E TRAÇÃO.

ENSAIOS DE TRAÇÃO

Ensaio de tração

 No ensaio de tração, uma amostra do material (corpo de prova) é submetida a um esforço longitudinal. O corpo de prova tem dimensões padronizadas definidas por normas. As extremidades recebem garras do equipamento de medição. A Figura 01 (a) mostra um arranjo básico, apenas ilustrativo e sem escalas.

Figura 01

Na condição inicial, a parte central tem um comprimento L0 e área transversal S0.

O equipamento de ensaio aplica gradativamente, a partir do zero, uma força de tração no corpo de prova.

Assim, de forma genérica, pode-se dizer que, a cada valor de força aplicada F, corresponde uma deformação ΔL do corpo.

Continuando o aumento da força F, chega-se, como em (c) da figura, ao ponto de ruptura do material, finalizando o ensaio.

Em princípio, seria possível estudar a relação F versus ΔL, mas o resultado ficaria dependente do material e das dimensões do corpo de prova. Para obter resultados dependentes apenas do

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material, são usadas grandezas relativas.

No lugar da força, é usada a tensão de tração σ, que é a relação entre força e área da seção transversal. No ensaio, considera-se apenas a área inicial do corpo:

Figura 02

σ = F 

S0

E, no lugar da deformação absoluta, é usada a deformação relativa ao comprimento inicial L0:

ε = ΔL

 L0

O valor de ε pode também ser dado em percentual, bastando multiplicar a igualdade anterior por 100. E gráficos aproximados da relação tensão x deformação podem ser vistos na Figura 02.

(a) é uma curva típica para aços de alta resistência.(b) curva para aços de baixo / médio carbono.(c) para ferro fundido cinzento.(d) para materiais bastante maleáveis como cobre.

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Figura 03

Considera-se agora a curva que tem mais fases distintas, que é (b) da Figura 02 (aços de baixa dureza). A Figura 04 mostra a curva típica e a Figura 03 dá uma ampliação da parte inicial 0E.

Um material é dito ter comportamento elástico se, uma vez removido o esforço, as dimensões retornam àquelas antes da sua aplicação, isto é, não há deformações permanentes.

O trecho 0L da Figura 03 é a região elástica do material, ou seja, o comprimento retorna ao valor L0 se o ensaio for interrompido nessa região.

A tensão máxima correspondente é o limite de elasticidade σL do material.

Dentro da região elástica, no trecho 0P, a tensão é proporcional à deformação, isto é, o material obedece à lei de Hooke:

σ = E ε  

Onde E é o módulo de elasticidade do material (não tem

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relação com o ponto E da curva). Para aços, um valor típico de E é 2,06 105 MPa.

Portanto, a tensão σP é o limite de proporcionalidade do material.

Figura 04

O ponto L marca o início da região plástica ou escoamento do material, significando a existência de deformações residuais permanentes.

É usual considerar início ou limite de escoamento σE a tensão que produz uma deformação residual:

ε = 0,002 ou 0,2% (ponto E conforme Figura 03).

Em referências de língua inglesa, é comum o uso da letra Y ("yield") para esse limite (σY ou SY).

Depois do limite de escoamento há uma significativa redução da área da seção transversal e a tensão real segue algo como a curva tracejada da Figura 04. Mas a convenção é usar tensão aparente, em relação à área inicial.

Em B da Figura 04 ocorre a tensão máxima e, em R, a ruptura do corpo de prova. A tensão σB é a tensão

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máxima, também denominada resistência à tração do material. Em referências de língua inglesa, esse valor pode ser representado por σU ou SU ("ultimate strength"). É também comum o uso da expressão "tensile strength" para esse parâmetro.

A tensão em R é a tensão de ruptura σR ou "breaking strength" em inglês.

Conforme já visto na Figura 02, materiais duros como ferro fundido não apresentam esses valores distintos e, portanto, a tensão máxima é a própria tensão de ruptura.

ENSAIOS DE DUREZA

Pode-se definir dureza como a resistência que um material oferece à penetração de outro em sua superfície. Ao contrário do anterior (tração), o ensaio de dureza pode ser feito em peças acabadas, deixando apenas uma pequena marca, às vezes quase imperceptível. Essa característica faz dele um importante meio de controle da qualidade do produto.

Figura 01

Dureza Brinell:

Seja um material, representado na parte inferior na figura ao lado, que é submetido à ação de uma esfera de material duro.

D: diâmetro da esfera.

F: força aplicada.

d: diâmetro da cavidade no material.

A dureza Brinell (HB) do material é calculada pela fórmula:

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HB = F

 #A.1#(1/2) π D [ D − √(D2 − d2) ]

A unidade da dureza Brinell é a mesma da tensão mecânica (pascal ou outras).

Para alguns materiais, a resistência à tração pode ser estimada a partir da dureza Brinell com relação:

σB = k HB  #B.1#. A tabela abaixo dá alguns valores de k.

Material Aço-carbono Aço-liga Cobre, latão Bronze laminado Bronze fundido

K 0,36 0,34 0,40 0,22 0,23

Material Liga Al Cu Mg Liga Al Mg Outras ligas Mg Alumínio fundido -

K 0,35 0,44 0,43 0,26 -

Dureza Rockwell:

Para materiais duros, o objeto penetrante é um cone de diamante com ângulo de vértice de 120º. Essa escala é denominada Rockwell C ou HRC.

Com materiais semi-duros ou macios é usada uma esfera de aço temperado de diâmetro 1/16". É a escala Rockwell B ou HRB.

Em ambos os casos, é aplicada uma carga padrão definida em normas e a dureza é dada pela profundidade de penetração.

Dureza Vickers:

É usada uma pirâmide de diamante com ângulo de diedro de 136º que é comprimida, com uma força arbitrária F, contra a superfície do material. Calcula-se a área S da superfície impressa pela medição das suas diagonais. E a dureza Vickers HV é dada por F/S.

Existe uma proporcionalidade entre a força aplicada e a área e, portanto, o resultado não depende da força, o que é muito conveniente para medições em chapas finas, camadas finas (cementadas, por exemplo).

Dureza Janka:

É uma variação do método Brinell, usada em geral para madeiras. É definida

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pela força necessária para penetrar, até a metade do diâmetro, uma esfera de aço de diâmetro 11,28 mm (0,444 in).

O resultado é, portanto, uma força e não há um padrão de unidade. Nos Estados Unidos é usada libra-força, em alguns países europeus, quilograma-força ou newton ou quilonewton.

EXERCÍCIOS.

1 – Qual o nome do bastão utilizado no ensaio de tração?

2 – Qual(is) a unidade utilizada para ensaio de tração?

3 – O que representa o ensaio de compressão?

4 – Qual a utilidade prática destes ensaios ?

5 – Explique com suas palavras o que é o ensaio de dureza.

6 – Explique com suas palavras o que é ensaio de tração.

7 – No ensaio de compressão qual a escala utilizada para materiais semi-duros ?

8 – Existe mais de uma escala para medir a resistência a tração de um material ?

9 – Qual a utilidade da escala de dureza janka para ensaio de compressão?

10 – Em que fase de deformação o material após se deformar não retorna ao estágio inicial?

3 – Noções de conformação - fundição, aciaria, laminação, trefilação, forjamento e extrusão.

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FUNDIÇÃO

O processo de fundição é definido como o conjunto de atividades requeridas para dar forma aos materiais por meio da sua fusão (processo de passagem de uma substância do estado sólido para o estado líquido), conseqüente liquefação e seu escoamento ou vazamento para moldes adequados e posterior solidificação.

ACIARIA

É a unidade de uma usina siderúrgica onde existem máquinas e equipamentos voltados para o processo de transformar o ferro gusa (produto imediato da redução do minério de ferro pelo coque ou carvão e calcário num alto forno; o gusa normalmente contém até 5% de carbono, o que faz com que seja um material quebradiço e sem grande uso direto) em diferentes tipos de aço (liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, com percentagens deste último variáveis entre 0,008 e 2,11%). Distingue-se do ferro fundido, que também é uma liga de ferro e carbono, mas com teor de carbono entre 2,11% e 6,67%.

O principal destes equipamentos é o convertedor, que é um tipo de forno, revestido com tijolos refratários e que transforma o ferro gusa e a sucata em aço. Uma lança sopra oxigênio em alta pressão para o interior do forno, produzindo reações químicas que separam as impurezas, como os gases e a escória. A principal reação química no convertedor ocorre entre o oxigênio injetado e o carbono presente no ferro gusa, gerando gases que são eliminados no convertedor. Estes gases se combinam e retiram o carbono do gusa, dando origem ao aço. O processamento na aciaria divide-se em refino primário e refino secundário. O refino primário acontece no convertedor, onde o ferro-gusa geralmente adicionado a sucata de aço é transformado em aço. Nesta fase são removidos o silício, o manganés, e principalmente o carbono. No refino secundário são feitas as correções mais específicas e controladas. A composição de outros elementos químicos é corrigida com adição de ferro-ligas. Geralmente utiliza-se Forno-Panela para este acerto de composição química.

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Após o acerto da temperatura e da composição química, o aço líquido é solidificado. A solidificação pode ser feita via Lingotamento Convencional ou Lingotamento Contínuo. Quando enviado a máquina de lingotamento contínuo. O produto da aciaria normalmente é o aço solidificado na forma de Lingotes, Placas, Blocos ou Tarugos. Estes produto opr sua vez são matéria prima de outros processos como por exemplo a Laminação.

Em sequência estes produtos são separados em duas classes: Longos e Planos. Produtos longos (Blocos, Tarugos ou Fio-máquina) e Planos no caso de Placas.

LAMINAÇÃO

Processo de reduzir a espessura de uma chapa, barra ou perfil metálico por meio de sua passagem entre 2 cilindros girantes, com separação menor que a espessura de entrada. A barra é "puxada" pelos cilindros devido às forças de atrito entre as superfícies. O montante da redução é limitada pelas potências dos motores, e resistência mecânica dos cilindros, mancais, eixos cardans e redutores.

Divide-se em 2 grandes ramos: Laminação de produtos planos e não planos.

LAMINAÇÃO DE PRODUTOS PLANOS: O objetivo é produzir chapas de determinada espessura a partir de chapas mais grossas, ou de blocos ou lingotes. A redução é progressiva, em vários passes e sempre num mesmo plano, cada passe reduzindo a espessura num certo percentual. Os esforços chegam a milhares de toneladas devido às grandes áreas envolvidas. Os cilindros de trabalho, que entram em contato com o material, são suportados por cilindros de encosto, de maior diâmetro o que evita que aqueles se quebrem. De todo modo a deformação elástica resulta em uma deflexão maior no meio que nas extremidades dos cilindros. Para evitar que as chapas tenham espessura diferente ao longo da largura, os diâmetros dos cilindros de trabalho são maiores no meio que nas extremidades.

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LAMINAÇÃO DE PRODUTOS LONGOS (NÃO PLANOS): O objetivo é produzir barras (redondas, quadradas, chatas) ou perfis (cantoneiras, vigas U e I, trilhos, dormentes metálicos, etc). Para isso é necessário que a deformação seja muitas vezes alternada entre 2 planos, de modo que a largura e espessura sejam reduzidas. Ao contrário dos cilindros usados para chapas, aqui eles recebem sulcos (canais) usinados, por onde passam as barras e perfis, que são assim obrigados gradualmente, passe a passe, a mudar da seção inicial ( por exemplo: quadrada) até o perfil final.

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TREFILAÇÃO

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processo de fabricação de arame e barras finas de metal. É um processo industrial que acarreta na redução da seção transversal (largura) e respectivo aumento no comprimento do material. Consiste na Tração da peça através de uma ferramenta chamada fieira ou trefila, com forma de canal convergente.

FORJAMENTO

Processo semelhante à conformação (processo mecânico onde se obtém peças através da compressão de metais sólidos em moldes, utilizando a deformação plástica da matéria-prima para o preenchimento das cavidades dos moldes), diferenciado pelo fato de que este acontece por impacto. A matéria-prima é colocada na parte inferior do molde, então a parte superior desce em alta velocidade e atinge a matéria-prima.

A rápida deformação plástica do material beneficia as propriedades mecânicas da peça, gerando encruamento superficial.

EXTRUSÃO

É um processo de produção de componentes mecânicos de forma semi-contínua onde o material é forçado através de uma matriz adquirindo assim a forma pré determinada pelo projetista da peça.

Em geral a configuração das formas, chamadas de matrizes de extrusão, é transversal e vazada, mas também pode ser cheia. Em função de sua construção sólida e resistente, a geometria da matriz não se altera pelo uso contínuo, tendo assim uma vida útil longa. Os produtos extrudados tem seção transversal constante com dimensões bastante precisas, podendo no caso de peças compridas serem cortadas ou fatiadas de acordo com a necessidade de uso.

Os produtos resultantes do processo de extrusão em geral são quadros de janelas e portas, trilhos para portas deslizantes, tubos de várias seções transversais e formas arquitetônicas. Produtos extrudados podem ser cortados

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nos tamanhos desejados para gerarem peças, como maçanetas, trancas e engrenagens.

Os materiais mais utilizados no processo de extrusão podem ser o Alumínio, cobre, aço, magnésio, chumbo e polímeros em geral.

EXERCÍCIOS.

1 – Qual o objetivo da trefilação?

2 – Qual o motivo da exestência da aciaria no processo de produção do aço?

3 – O que é extrusão? Explique seu processo.

4 – Qual o bjetivo da laminação?

5 – O que é fundição?

6 – Como é o processo de forjamento?

7 – O que é uma matriz?

8 – Qual a característica do material do molde?

9 – Porque a rápida conformação da peça beneficia a qualidade do produto final no forjamento?

10 – Pesquise sobre encruamento.

4 – TÉCNICAS DE UNIÕES E JUNTAS - SOLDAS, PARAFUSOS E REBITES.

SOLDAS

A soldadura é um processo que visa a união localizada de materiais, similares ou não, de forma permanente, baseada na ação de forças em escala atômica semelhantes às

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existentes no interior do material e é a forma mais importante de união permanente de peças usadas industrialmente. Existem basicamente dois grandes grupos de processos de soldagem. O primeiro se baseia no uso de calor, aquecimento e fusão parcial das partes a serem unidas, denominado "processos de soldagem por fusão". O segundo se baseia na deformação localizada das partes a serem unidas, que pode ser auxiliada pelo aquecimento dessas até uma temperatura inferior à temperatura de fusão, conhecido como "processos de soldagem por pressão" ou "processos de soldagem no estado sólido".

BRASAGEM

Uma operação parecida e confundida com soldagem é a brasagem. A principal diferença entre a brasagem e a soldagem é o facto de que na brasagem não há fusão do metal de base. A união é obtida pela difusão entre o metal de adição (fundido) e o metal de base (sólido). Outra diferença é o mecanismo responsável pelo preenchimento da cavidade, o qual ocorre pelo efeito de capilaridade.

Existem alguns tipos de processos híbridos de brasagem, actualmente utilizados na vanguarda da indústria automóvel, como o processo Laser Brazing.

PROCESSOS

Atualmente são usados mais de 50 processos diferentes de soldagem nos mais diversos tipos de indústria, desde a microeletrónica e ourivesaria até a construção de navios e grandes estruturas, passando pela fabricação de máquinas e equipamentos, veículos e aviões e muitas outras. Cerca de 70% do PIB de um país está relacionado de alguma forma à soldagem. A solda deve propiciar forte aderência mecânica, e no caso de soldas em equipamentos elétricos ou eletrónicos devem permitir a mínima resistência elétrica.

PROCESSO DE SOLDAGEM

O processo envolve muitos fenômenos metalúrgicos como, por exemplo, fusão, solidificação, transformações no estado

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sólido, deformações causadas pelo calor e tensões de contração, que podem causar muitos problemas práticos. Estes podem ser evitados ou resolvidos aplicando-se princípios metalúrgicos apropriados ao processo de soldagem.

Soldagem de pinos

Trata-se de um processo de soldagem a arco elétrico que une pinos ou peças semelhantes por aquecimento e fusão do metal base e parte da ponta do pino, seguido de imediata pressão, para melhor união e solidificação. A energia elétrica e a força mecânica são transmitidas através de um porta-pinos num dispositivo de elevação, e protegidos por uma cerâmica, que tem como função a proteção contra os respingos, contaminação atmosférica, e conter o metal líquido.

O arco elétrico é obtido através da operação de toque e retração de pino. Depois de um determinado tempo, onde o pino é submerso no banho de fusão. O anel de cerâmica concentra o arco voltaico, protege contra a atmosfera e limita o banho de fusão. Durante a soldagem, o anel de cerâmica e o pino são colocados manualmente no equipamento apropriado conhecido como pistola para Stud e o processo de solda é executado pelos comandos existentes.

O tempo de operação é da ordem dos milisegundos, é relativamente curto se comparado com os processos a arco convencionais, devido o ciclo de trabalho ser muito curto, temos uma ZTA ( Zona Termicamente Afetada ) muito estreita.

A pistola de soldagem tem por finalidade segurar e movimentar o pino; contém um gatilho que libera a corrente de soldagem, a qual é transmitida para a ponta do pino, que é uma espécie de encaixe, estes encaixes podem ter diferentes geometrias e espessuras, compatíveis com o pino a fixar. A pistola também fornece pressão e alivio ao sistema, através de uma mola controlada por uma válvula solenóide. As unidades de controle são basicamente circuitos temporizadores para aplicação do tempo de

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soldagem e tempo de pressão, que são ligadas as fontes e à pistola de soldagem, os controladores podem ser integrados as fontes de energia ou separadas.

As fontes de energia empregadas no processo convencional são semelhantes às usadas para o processo eletrodo revestido, tanto geradores ou retificadores, com os pinos ligados ao polo positivo, é recomendado utilizar fontes com potência acima de 400 Ampères e tensões em vazio de no mínimo 70 Volts, caso haja a exigência de correntes mais elevadas, pode-se ligar as fontes em paralelo, ou utilizar-se de fontes desenvolvidas para goivagem a grafite, que normalmente são projetadas para correntes de até 1600 Ampères, outra variante do processo, utiliza-se uma fonte com descarga capacitiva, com capacitores de alta capacidade.

APLICAÇÕES DA SOLDAGEM A PINOS

Caldeiraria, fornos e chaminés, colocação de pinos em tubos de trocadores de calor e fixação de ancoragens para isolamento;

Estruturas metálicas e em concreto armado, fixação de buchas e ancoramento de concreto.

Construção elétrica substitui uniões roscadas complicadas e pequenas peças de fixação;

Construção naval: fixadores para mantas isolantes e fixadores de cabos;

Indústria automobilística, por exemplo, fixação das armações, revestimentos, parafusos e porcas.

MATERIAIS

Os pinos podem ser de aço SAE 1030, em aço baixa liga com cromo e molibidênio; pino de aço inox com alta liga; pinos de alumínio 99,5 em ligas de alumínio (proteção da poça de soldagem com gás argônio é necessário). É possível solda dissimilar, geralmente com pinos de aço inoxidável para ancoragem de refratário para válvulas siderúrgicas.

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SOLDAGEM EM AÇO INOX

Existem diversos modos de se unir duas partes metálicas. Entre elas está a soldagem, que é um processo de união, utilizando uma fonte de calor, com ou sem aplicação de pressão. Características do Processo de Soldagem:

Produzir energia para unir dois metais Evitar o contato da região aquecida com o ar

atmosférico

Remover contaminações das superfícies que estão sendo unidas

Controlar as transformações de fase na junta soldada

Os processos de soldagem podem ser classificados de acordo com o tipo de fonte de energia ou de acordo com a natureza da união. Industrialmente, os processos de soldagem mais empregados são os que utilizam a eletricidade como geração de energia para realizar a união. A soldagem por resistência envolve as seguintes variantes de processo: soldagem a ponto, soldagem com costura, soldagem topo-a-topo e soldagem com ressalto. Já a soldagem com arco elétrico pode ser subdividida entre soldagem com eletrodo consumível e soldagem com eletrodo não consumível. No primeiro caso estão englobados os processos de soldagem com eletrodo revestido, processo de soldagem MIG/MAG, processo de soldagem com eletrodo tubular e processo de soldagem com arco submerso. Os processos que utilizam eletrodo não consumível são soldagem TIG e soldagem com plasma.

Todos os processos citados podem ser utilizados para soldagem dos aços inoxidáveis. A escolha vai depender de diversos fatores que são abordados a seguir.

A escolha do processo de soldagem envolve basicamente quatro fatores:

1. O projeto da junta (tipo, posição,...) 2. A espessura do material

3. A natureza do material a ser soldado

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4. O custo de fabricação (produtividade, qualidade da junta, durabilidade do produto...)

SOLDAGEM COM ELETRODO REVESTIDO

Soldagem com eletrodo revestido

Consiste em um arco elétrico que é formado com o contato do eletrodo (revestido) na peça a ser soldada. O eletrodo é consumido à medida que vai se formando o cordão de solda, cuja proteção contra contaminações do ar atmosférico é feita por atmosfera gasosa e escória, proveniente da fusão do seu revestimento.

Eletrodo: alma metálica + revestimento.

Funções do revestimento

Estabilizar o arco elétrico Gerar gases de proteção da poça de fusão

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Produzir escória que evita contaminação pelo ar atmosférico da poça de fusão e do cordão de solda:

Adicionar elementos de liga na poça de fusão

Facilitar a soldagem fora de posição

Facilidade de fabricação dos eletrodos revestidos

Vantagens

Baixo custo do equipamento Versatilidade

Soldagem em locais de difícil acesso

Disponibilidade de consumíveis no mercado

Limitações

Baixa produtividade devido à taxa de deposição Necessidade de remoção de escória

Dependente da habilidade do soldador

Produção de fumos e respingos

Qualidade do cordão inferior aos processos TIG, Plasma e MIG

Posição de soldagem restrita

A automatização é possível, porém trabalhosa.

Maior impacto ambiental com geração de resíduos das sobras do arame.

Gera impacto à saúde do soldador em função da inalação de fumos metálicos e pela irradiação infravermelha agressiva à visão, obrigando a filtros especiais na máscara de solda.

SOLDAGEM TIG

O processo de soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) é definido como o processo de soldagem a arco elétrico estabelecido entre um eletrodo não consumível a base de tungstênio e a peça a ser soldada. A poça de fusão é protegida por um fluxo de gás inerte.

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Vantagens

Soldas de excelente qualidade Acabamento do cordão de solda

Menor aquecimento da peça soldada

Baixa sensibilização à corrosão intergranular

Ausência de respingos

Pode ser automatizado

Leva certa vantagem em alguns casos sobre a soldagem Mig/Mag

Limitações

Dificuldade de utilização em presença de corrente de ar

Inadequado para soldagem de chapas de mais de 6 mm.

Produtividade baixa devido à taxa de deposição

Custo do equipamento

Processo depende da habilidade do soldador, quando não automatizado

SOLDAGEM MIG/MAG

No processo de soldagem MIG/MAG (Metal Inert Gas/Metal Active Gas) o arco elétrico é aberto entre um arame alimentado contínuamente e o metal de base. A região fundida é protegida por um ou mais gases (argônio, CO2, hélio ou O2), que podem ser inertes (MIG) ou ativos (MAG).

Vantagens

Facilidade de operação Alta produtividade

Processo automatizável

Baixo custo

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Não forma escória

Cordão de solda com bom acabamento

Gera pouca quantidade de fumos

Soldas de excelente qualidade

Mais fáceis de serem conduzidas

Limitações

Regulagem do processo bastante complexa Não deve ser utilizado em presença de corrente de ar

Posição de soldagem limitada

Probabilidade elevada de gerar porosidade no cordão de solda

Produção de respingos

Manutenção mais trabalhosa

SOLDAGEM POR RESISTÊNCIA

Ao contrário dos outros processos, a soldagem por resistência elétrica utiliza o aquecimento por efeito Joule para realizar a fusão da face comum entre as duas peças. O efeito Joule ocorre pela geração de calor através da passagem de corrente elétrica em uma resistência.No caso da soldagem de chapas, a maior resistência está localizada exatamente na superfície interna das chapas, utilizando-se as condições corretas de soldagem. Com aplicação da pressão pelos eletrodos de ligas de cobre e a posterior passagem de corrente, ocorre a fusão desta face em comum,

Vantagens

Soldagem de chapas muito finas Facilidade de operação

Velocidade do processo elevada

Facilidade para manutenção

Não depende da habilidade do soldador

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Acabamento com alta qualidade

Limitações

Não aceita peças com formatos muito complexos e pesadas

Custo elevado do equipamento e da manutenção

Demanda de energia elétrica durante a soldagem

ARAME TUBULAR

Data da década de 30 o início da utilização de proteção gasosa nas operações de soldagem, para resolver problemas da contaminação atmosférica nas soldas de materiais reativos (i.e. alumínio, titânio e ligas de magnésio), tendo dado origem ao processo TIG (Tungsten Inert Gas). Utilizando o mesmo princípio de funcionamento do TIG, ou seja um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo e a peça, envolto por uma atmosfera protetora de gás inerte, surge em 1948 o processo MIG, o qual difere do anterior por utilizar um eletrodo consumível de alimentação contínua. Inicialmente utilizado para ligas altamente reativas, pois a utilização de gases inertes tornava seu custo elevado para utilização em aços carbono e baixa liga. Quando da introdução do CO2 como gás de proteção revelou-se um processo bem aceito para soldagem de aço carbono e baixa liga, uma vez que barateou o custo do processo.

Esquema de um aparelho de soldagem por Arame Tubular No início apenas arame sólido era utilizado e por volta dos anos 50 foi introduzido o uso de Arame Tubular com proteção gasosa. Na década de 60 o Arame autoprotegido foi introduzido por pesquisadores e engenheiros da Lincoln Eletric [Miskoe 1983].

A utilização de Arame Tubular deu uma alta qualidade ao metal de solda depositado, excelente aparência ao cordão de solda, boas características de arco, além de diminuir o número de respingos e possibilidade de solda em todas as posições, tendo ganho popularidade para soldagem de aços carbono e baixa liga, em chapas de espessura grossa e fina. Muitas vezes sendo utilizado em fortes espessuras onde a

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geometria de junta e posição de soldagem não permitia a aplicação de outros processos de alto rendimento tal como arco submerso ou eletroescória.

O processo de soldagem por Arame Tubular tem duas variantes, podendo ser protegido por gás inerte, por gás ativo ou mistura destes ("dualshield") ou autoprotegido, sem a utilização de gases de proteção ("innershield"). Atualmente a utilização de Arames Tubular autoprotegido tem tido grande interesse em conseqüência da sua versatilidade e possibilidade de aplicação em ambientes sujeitos a intempéries como, na fabricação de plataformas de prospeção de petróleo, estaleiros navais, locais de difícil acesso e condições de trabalho, onde até então era absoluto o domínio do processo de soldagem por eletrodos revestidos, assim como vem aumentando sua utilização em estações de trabalho automatizadas e ou robotizadas.

Definição

O processo de soldagem por Arame Tubular é definido como sendo um processo de soldagem por fusão, onde o calor necessário a ligação das partes é fornecido por um arco elétrico estabelecido entre a peça e um Arame alimentado continuamente. É um processo semelhante ao processo MIG/MAG, diferindo deste pelo fato de possuir um Arame no formato tubular, que possui no seu interior um fluxo composto por materiais inorgânicos e metálicos que possuem várias funções, entre as quais a melhoria das características do arco elétrico, a transferência do metal de solda a proteção do banho de fusão e em alguns casos a adição de elementos de liga, além de atuar como formador de escória. Este processo possui basicamente duas variantes:

Arame Tubular com proteção gasosa Arame Tubular autoprotegidos

Soldagem TIG

Em solda TIG, o gás geralmente utilizado é o ARGÔNIO, o arco elétrico se estabelece entre a peça de trabalho e um eletrodo de tungstênio com aproximadamente 2% de

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tório(quando para aço carbono). A poça de fusão e o eletrodo são protegidos contra os efeitos do ar atmosférico por um gás inerte, cujo fluxo é direcionado por um bocal que circunda o eletrodo. O arco elétrico é ignitado por um gerador de faísca (gerador de alta freqüência) entre o eletrodo e a peça. O eletrodo representa apenas o terminal de um dos pólos e não é adicionado à poça de fusão (eletrodo não consumível). Consequentemente são utilizados eletrodos de material de alto ponto de fusão e de alta emissão termiônica (o ponto de fusão do tungstênio é de 3.370°C). Para solda de aço, cobre, níquel, titânio, etc, é utilizada corrente contínua com polaridade direta (eletrodo conectado ao terminal negativo) aquecendo menos o eletrodo se comparado com a polaridade inversa. Alumínio e suas ligas são normalmente soldados com corrente alternada. A corrente alternada dá um arco que limpa a chapa no ciclo positivo, permitindo ao metal fluir facilmente. Alumínio pode também ser soldado com corrente contínua, polaridade direta, com o uso de Hélio como gás de proteção. Escolha do gás de proteção para vários metais base e suas ligas: Argônio é o gás de proteção mais utilizado em soldagem pelo processo TIG. Hélio (He), misturas de Argônio/Hélio ou a mistura de Argônio/Hidrogênio são utilizados em casos específicos.

SOLDAGEM POR ARCO SUBMERSO

O processo de soldagem por arco submerso é um processo no qual o calor para a soldagem é fornecido por um (ou alguns) arco (s) desenvolvido (s) entre um (s) eletrodo(s) de arame sólido ou tubular e a peça obra. Como já está explícito no nome, o arco ficará protegido por uma camada de fluxo granular fundido que o protegerá, assim como o metal fundido e a poça de fusão, da contaminação atmosférica. Como o arco elétrico fica completamente coberto pelo fluxo, este não é visível, e a solda se desenvolve sem faíscas, luminosidades ou respingos, que caracterizam os demais processos de soldagem em que o arco é aberto. O fluxo, na forma granular, para além das funções de proteção e limpeza do arco e metal depositado, funciona como um isolante térmico, garantindo uma excelente concentração de calor que irá caracterizar a alta penetração que pode ser obtida com o processo.

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Princípio de Funcionamento do Processo

Em soldagem por arco submerso, a corrente elétrica flui através do arco e da poça de fusão, que consiste em metal de solda e fluxo fundidos. O fluxo fundido é, normalmente, condutivo (embora no estado sólido, a frio não o seja). Em adição a sua função protetora, a cobertura de fluxo pode fornecer elementos desoxidantes, e em solda de aços-liga, pode conter elementos de adição que modificariam a composição química do metal depositado. Durante a soldagem, o calor produzido pelo arco elétrico funde uma parte do fluxo, o material de adição (arame) e o metal de base, formando a poça de fusão.

A zona de soldagem fica sempre protegida pelo fluxo escorificante, parte fundida e uma cobertura de fluxo não fundido.O eletrodo permanece a uma pequena distância acima da poça de fusão e o arco elétrico se desenvolve nesta posição. Com o deslocamento do eletrodo ao longo da junta, o fluxo fundido sobrenada e se separa do metal de solda líquido, na forma de escória. O metal de solda que tem ponto de fusão mais elevado do que a escória, se solidifica enquanto a escória permanece fundida por mais algum tempo. A escória também protege o metal de solda recém-solidificado, pois este é ainda, devido a sua alta temperatura, muito reativo com o Nitrogênio e o Oxigênio da atmosfera tendo a facilidade de formar óxidos e nitretos que alterariam as propriedades das juntas soldadas.

Com o resfriamento posterior, remove-se o fluxo não fundido (que pode ser reaproveitado) através de aspiração mecânica ou métodos manuais, e a escória, relativamente espessa de aspecto vítreo e compacto e que em geral se destaca com facilidade. O fluxo é distribuído por gravidade. Fica separado do arco elétrico, ligeiramente à frente deste ou concentricamente ao eletrodo. Esta independência do par fluxo-eletrodo é outra característica do processo que o difere dos processos eletrodo revestido, MIG-MAG e arame tubular. No arco submerso, esta separação permitirá que se utilize diferentes composições fluxo-arame, podendo com isto selecionar combinações que atendam especificamente um dado tipo de junta em especial. O esquema básico do funcionamento do processo pode ser visto na Figura -

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Componentes essenciais de um equipamento de arco submerso.

Componentes Essenciais de um Equipamento de Arco Submerso

O processo pode ser semi-automático com a pistola sendo manipulada pelo operador. Esta porém não é a maneira que o processo oferece a maior produtividade. Esta é conseguida com o cabeçote de soldagem sendo arrastado por um dispositivo de modo a automatizar o processo. Outra característica do processo de soldagem por arco submerso está em seu rendimento pois, praticamente, pode-se dizer que não há perdas de material por projeções (respingos). Possibilita também o uso de elevadas correntes de soldagem (até 4000 A) o que, aliado às altas densidades de corrente (60 a 100 A/mm2), oferecerá ao processo alta taxa de deposição, muitas vezes não encontradas em outros processos de soldagem.

Estas características tornam o processo de soldagem por arco submerso um processo econômico e rápido em soldagem de produção. Em média, gasta-se com este processo cerca de 1/3 do tempo necessário para fazer o mesmo trabalho com eletrodos revestidos. As soldas realizadas apresentam boa tenacidade e boa resistência ao impacto, além de excelente uniformidade e acabamento dos cordões de solda.

Através de um perfeito ajustamento de fluxo, arame e parâmetros de soldagem, consegue-se propriedades mecânicas iguais ou melhores que o metal de base. A maior limitação deste processo de soldagem é o fato que não permite a soldagem em posições que não sejam a plana ou horizontal. Ainda assim, a soldagem na posição horizontal só é possível com a utilização de retentores de fluxo de soldagem. Na soldagem circunferência pode-se recorrer a sustentadores de fluxo como o que é apresentado na Figura - Exemplo de recurso para sustentação de fluxo.

Soldagem em alumínio

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O desenvolvimento de métodos para a soldagem do alumínio e suas ligas abriu um novo segmento de mercado em aplicações, como pontes, construções, (embarcações, trens e automóveis), etc. O alumínio e suas ligas podem ser soldados satisfatoriamente com a escolha adequada da liga de adição, por meio da utilização de técnicas apropriadas, visto que as linhas de solda são bastante resistentes para as suas várias aplicações. A escolha do processo de soldagem é determinada pela espessura do material, tipo de cordão de solda, requisitos de qualidade, aparência e custo. A soldagem envolve a fusão conjunta das bordas a serem unidas, freqüentemente pela adição de metal líquido para preencher um canal com a forma de V.

O cordão de solda é composto, parcial ou totalmente, por um metal-base de ressolidificação com uma estrutura bruta de fusão. Tradicionalmente, a solda de oxiacetileno utiliza um fluxo de sal líquido para dissolver o óxido de alumínio e cobrir o metal líquido. A maioria dos métodos modernos protege o alumínio líquido com um gás inerte (argônio ou hélio), sendo que os dois processos mais conhecidos e utilizados são o MIG e o TIG, descritos a seguir:

O processo TIG é o mais aplicado na soldagem das ligas de alumínio e foi o primeiro a ser desenvolvido com proteção de gás inerte adequado para soldar o alumínio. Na soldagem TIG, o arco elétrico é estabelecido entre um eletrodo de tungstênio não consumível e a peça, numa atmosfera de gás inerte.

Neste processo, o arco elétrico pode ser obtido por meio de corrente alternada (CA), corrente contínua (CC) com eletrodo positivo no caso de materiais com espessuras reduzidas ou correntes baixas (até 25A), devido ao risco do eletrodo de tungstênio fundir-se causando deposição de tungstênio na junta. Devido ao fato do tungstênio ser um um material extremamente duro e com coeficiente de dilatação térmica diferente do alumínio, a sua deposição pode ocasionar o surgimento de micro trincas.

Na soldagem de ligas de alumínio não é possível a soldagem com o eletrodo no pólo negativo devido o bombardeamento de elétrons serem direcionado no sentido

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real da corrente, ou seja, do pólo negativo para o positivo. Ao colocar o eletrodo no pólo negativo, não é possível gerar um aporte térmico suficiente para romper a camada de óxido de alumínio (denominado alumina) que se forma na superfície do material e possui seu ponto de fusão por volta dos 2000°C (sendo bem superior ao ponto de fusão do próprio alumínio, que possui um ponto de fusão equivalente a 650°C).

SOLDAGEM PLASMA

Usualmente a definição de plasma é tida como sendo o quarto estado da matéria. Costuma-se pensar normalmente em três estados da matéria sendo eles o sólido, líquido e gasoso. Considerando o elemento mais conhecido, a água, existem três estados , sendo o gelo, água e vapor. A diferença básica entre estes três estados é o nível de energia em que eles se encontram. Se adicionarmos energia sob forma de calor ao gelo, este transformar-se-á em água, que sendo submetida a mais calor, vaporizará, ver figura abaixo.

PLASMA O QUARTO ESTADO DA MATÉRIA

Porém se adicionarmos mais energia, algumas de suas propriedades são modificadas substancialmente tais como a temperatura e características elétricas. Este processo é chamado de ionização, ou seja a criação de elétrons livres e íons entre os átomos do gás.

Quando isto acontece, o gás torna-se um "plasma", sendo eletricamente condutor, pelo fato de os elétrons livres transmitirem a corrente elétrica. Alguns dos princípios aplicados à condução da corrente através de um condutor metálico também são aplicados ao plasma. Por exemplo, quando a secção de um condutor metálico submetido a uma corrente elétrica é reduzida, a resistência aumenta e torna-se necessário aumentar-se a tensão para se obter o mesmo número de elétrons atravessando esta secção, e conseqüentemente a temperatura do metal aumenta. O

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mesmo fato pode ser observado no gás plasma; quanto mais reduzida for a secção tanto maior será a temperatura.

ARCO PLASMA

A expressão arco plasma é utilizada para descrever uma família de processos que utilizam um arco elétrico conscrito. Processos a arco plasma são empregados para soldar, cortar e fazer revestimentos (com pós metálicos ou cerâmicos). Em uma tocha plasma a ponta do eletrodo (não consumível) é recolhida em um bocal, através do qual o gás plasma flui. O gás ioniza-se ao passar pelo arco elétrico formando o plasma (dissociação das moléculas em átomos e estes em íons e elétrons). Aquecido dentro do bocal, o plasma sofre uma enorme expansão e, por ter que sair através de um pequeno orifício adquire altas velocidades (na ordem de 6 Km/s) acentuando o fenômeno de dissociação. Quando fora do bocal, os íons recombinam-se para voltar ao estado gasoso, liberando uma energia tal que o leva a temperaturas acima de 25 000 °C. Esta energia é, então, utilizada para fundir o metal de base e o metal de adição.

PRINCÍPIOS BÁSICOS DO PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA

O processo de soldagem plasma assemelha-se muito ao processo TIG, pelo fato de se utilizar eletrodos não consumíveis e gases inertes. As diferenças são tipo de tocha, tensão do arco elétrico, além dos recursos necessários à fonte de energia.

É importante notar que os dois processos possuem regiões com as mesmas temperaturas máximas, porém, com a constrição do arco, obtém-se uma substancial modificação da concentração de calor na superfície da peça tornando-a mais favorável ao processo de soldagem.

O gás de plasma recombinado não é suficiente para a proteção da região soldada e da peça de fusão, deste modo, é fornecido um fluxo gasoso suplementar e independente para proteção contra a contaminação atmosférica.

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O primeiro fluxo, que constituirá o jato de plasma, circunda o eletrodo e passa através de um orifício calibrado constringindo o arco elétrico. O fluxo de gás de proteção corre entre o corpo que contém o orifício e uma cobertura exterior.

SOLDA FRIA

Divisões

Os processos de soldagem pode ser divididos em várias áreas distintas, são algumas: - Oxiacetilênico - (utilizando gases {corte térmico}) - MIG/MAG - TIG - Eletrodo Revestido - Arco submerso (método no qual o calor requerido para fundir o metal é gerado por um arco formado pela corrente elétrica passando entre o arame de soldagem e a peça de trabalho. A ponta do arame de soldagem, o arco elétrico e a peça de trabalho são cobertos por uma camada de um material mineral granulado conhecido por fluxo para solda por arco submerso. Não há arco visível nem faíscas, respingos ou fumos. Sem mencionar constantemente seu aquecimento.

PARAFUSOS

Parafusos são elementos de fixação, empregados na união não permanente de peças, isto é, as peças podem ser montadas e desmontadas facilmente, bastando apertar e desapertar os parafusos que as mantêm unidas. Os parafusos se diferenciam pela forma da rosca, da cabeça, da haste e do tipo de acionamento.

Em geral, o parafuso é composto de duas partes: cabeça e corpo.

O corpo do parafuso pode ser cilíndrico ou cônico, totalmente roscado ou parcialmente roscado. A cabeça pode apresentar vários formatos; porém, há parafusos sem cabeça.

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Há uma enorme variedade de parafusos que podem ser diferenciados pelo formato da cabeça, do corpo e da ponta. Essas diferenças, determinadas pela função dos parafusos, permite classificá-los em quatro grandes grupos: parafusos passantes, parafusos não-passantes, parafusos de pressão, parafusos prisioneiros.

PARAFUSOS PASSANTES

Esses parafusos atravessam, de lado a lado, as peças a serem unidas, passando livremente nos furos. Dependendo do serviço, esses parafusos, além das porcas, utilizam arruelas e contra porcas como acessórios. Os parafusos passantes apresentam-se com cabeça ou sem cabeça.

PARAFUSOS NÃO-PASSANTES.São parafusos que não utilizam porcas. O papel de porca é desempenhado pelo furo roscado, feito numa das peças a ser unida.

PARAFUSOS DE PRESSÃO

Esses parafusos são fixados por meio de pressão. A pressão é exercida pelas pontas dos parafusos contra a peça a ser fixada. Os parafusos de pressão podem apresentar cabeça ou não.

PARAFUSOS PRISIONEIROS

São parafusos sem cabeça com rosca em ambas as extremidades, sendo recomendados nas situações que exigem montagens e desmontagens freqüentes. Em tais situações, o uso de outros tipos de parafusos acaba danificando a rosca dos furos.

REBITES

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Para rebitar peças, não basta você conhecer rebites e os processos de rebitagem. Se, por exemplo, você vai rebitar chapas é preciso saber que tipo de rebitagem vai ser usado de acordo com a largura e o número de chapas, a aplicação e o número de fileiras de rebites. Ainda, você precisará fazer cálculos para adequar os rebites à espessura das chapas.

TIPOS DE REBITAGEM

Os tipos de rebitagem variam de acordo com a largura das chapas que serão rebitadas e o esforço a que serão submetidas. Assim, temos a rebitagem de recobrimento, de recobrimento simples e de recobrimento duplo.

REBITAGEM DE RECOBRIMENTO

Na rebitagem de recobrimento, as chapas são apenas sobrepostas e rebitadas. Esse tipo destina-se somente a suportar esforços e é empregado na fabricação de vigas e de estruturas metálicas.

REBITAGEM DE RECOBRIMENTO SIMPLES

É destinada a suportar esforços e permitir fechamento ou vedação. É empregada na construção de caldeiras a vapor e recipientes de ar comprimido. Nessa rebitagem as chapas se justapõem e sobre elas estende-se uma outra chapa para cobri-las.

REBITAGEM DE RECOBRIMENTO DUPLO

Usada unicamente para uma perfeita vedação. É empregada na construção de chaminés e recipientes de gás para iluminação. As chapas são justapostas e envolvidas por duas outras chapas que asrecobrem dos dois lados.

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Quanto ao número de rebites que devem ser colocados, pode-se ver que, dependendo da largura das chapas ou do número de chapas que recobrem a junta, é necessário colocar uma, duas ou mais fileiras de rebites.

EXERCÍCIOS1ª. O que é parafuso e paraq que serve? É utlizado em conjunto com o que ?2ª. Para que serve a solda e quais os tipos?3ª. Para que serve a junta de vedação?4ª. O que é um rebite? O que ele faz?5ª. O que é um parafuso prisioneiro?6ª. O que é solda fria?7ª. O que é soldagem a plasma e como funciona?

5 - TIPOS DE AÇO

Existem uma família inteira de ligas denominadas gusa, com diferentes propriedades, bastando variar a quantidade de carbono. Aços especiais são conseguidos se adicionando outros metais a liga. É o caso por exemplo do inoxidável, contendo cromo, níquel e outros metais; há aços de corte rápido, com até 20% de tungstênio, empregados na fabricação de instrumentos de corte; aços de silício, que contém esse elemento num percentual variável entre 2,5 e 4,5% com alta resistência elétrica e baixa capacidade de magnetização.

O metal de fusão é derramado em uma forma e aí fica até se solidificar para o resfriamento. No caso de objetos acabados, é necessário realizar depois um polimento para eliminar rebarbas e imperfeições do molde. O metal incandescente é macio e assim pode ser tracionado entre 2 longas séries de cilindros rotativos que lhe dão forma e espessura desejada. No forjamento é dado á liga a forma e dimensões por meio de golpes violentos. Tais podem ser produzidos por um martelo mecânico ou prensa. Esta pode exercer uma pressão de várias toneladas por cm quadrado.

TIPOS DE AÇO E SUA CLASSIFICAÇÃO

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Os vários tipos de aços utilizados na industria da construção mecânica podem ser classificados com o sistema de codificação SAE/AISI que usa em geral quatro algarismos na forma ABXX onde:

A e B - números que identificam os principais elementos de liga presentes no aço e seus teores dados em porcentagem de peso.

XX - indicam a porcentagem em peso de carbono do aço multiplicado por 100.

Isso significa dizer que um aço identificado como 1045 contém 0,45 % em peso de carbono em sua composição química.

Quando a letra B aparece entre os dois primeiros números e os dois últimos indica que o aço tem um teor de boro no mínimo 0,0005% em peso (o boro, quanto presente no aço em teores muito baixos, facilita a têmpera do aço, aumentando a sua resistência).

Quando o teor de carbono excede 1% o sistema admite a utilização de cinco algarismos. O aço prata, utilizado principalmente na fabricação de anéis, esferas e roletes de rolamentos, pois apresenta uma dureza elevada, é codificado como 52100 o que corresponde a, 1,5% Cr e 1% de carbono.

TIPOS DE AÇO E SUA CLASSIFICAÇÃO

Os vários tipos de aços utilizados na industria da construção mecânica podem ser classificados com o sistema de codificação SAE/AISI que usa em geral quatro algarismos na forma ABXX onde:

A e B - números que identificam os principais elementos de liga presentes no aço e seus teores dados em porcentagem de peso.

XX - indicam a porcentagem em peso de carbono do aço multiplicado por 100.

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Isso significa dizer que um aço identificado como 1045 contém 0,45 % em peso de carbono em sua composição química.

Quando a letra B aparece entre os dois primeiros números e os dois últimos indica que o aço tem um teor de boro no mínimo 0,0005% em peso (o boro, quanto presente no aço em teores muito baixos, facilita a têmpera do aço, aumentando a sua resistência).

Quando o teor de carbono excede 1% o sistema admite a utilização de cinco algarismos. O aço prata, utilizado principalmente na fabricação de anéis, esferas e roletes de rolamentos, pois apresenta uma dureza elevada, é codificado como 52100 o que corresponde a, 1,5% Cr e 1% de carbono.

DesignaçãoTIPO DE AÇO

SAE AISI

10XX C10XX Aços carbono comuns

11XX C11XX Aços de usinagem (ou corte) fácil, com alto S

13XX 13XX Aço manganês com 1,75% de Mn

23XX 23XX Aços Níquel com 3,5% de Ni

25XX 25XX Aços Níquel com 5,0% de Ni

31XX 31XX Aços Níquel Cromo com 1,25% de Ni e 0,65% de Cr

33XX E33XX Aços Níquel Cromo com 3,5 % de Ni e 1,55 Cr

40XX 40XX Aços Molibdênio com 0,25% de Mo

41XX 41XX Aços Cromo Molibdênio com 0,50% ou 0,90% de Cr e 0,12% ou 0,20% de Mo

43XX 43XX Aços Níquel cromo com molibdênio com 1,80% de Ni e 0,20% ou 0,25% de Mo

46XX 46XX Aços Níquel Molibdênio com 1,55% ou 1,80% de Ni e 0,20% ou 0,25% de Mo

47XX 47XX Aços Níquel Cromo Molibdênio com 1,05%de Ni, 0,45% de Cr e 0,20 de Mo

48XX 48XX Aços Níquel Molibdênio com 3,5 % de Ni e 0,25% de Mo

50XX 50XX Aços cromo com 0,28% ou 0,65% de Cr

50BXX 50BXX Aços cromo boro com baixo teor de Cr e no mínimo 0,0005% de B

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51XX 51XX Aços cromo com 0,80 a 1,05% de Cr

61XX 61XX Aço cromo vanádio com 0,8 ou 0,95% de Cr a 0,1% ou 0,15% de v

86XX 86XX Aços níquel molibdênio com baixos teores de Ni, Cr e Mo

87XX 87XX Idem

92XX 92XX Aço silício manganês com 0,85% de Mn e 2,0% de Si

93XX 93XX Aços silício manganês com 3,25% de Ni, 1,20% de Cr e 0,12% de Mo

94BXX 94BXXAço níquel cromo molibdênio com baixos teores de Ni, Mo e no mínimo 0,0005% de B

98XX 98XX Aço níquel cromo molibdênio com 1,0% de Ni,0,80 de Cr e 0,25% de Mo

Sistema de codificação SAE/AISI

SISTEMA DE CODIFICAÇÃO DIN (DIN EM 10027-1)

ElementoFator

Cr,Co, Mn, Ni, Si, W 4

Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr

10

Ce, N, P, S 100

B 1000

INTERPRETAÇÃO DA CODIFICAÇÃO DIN

Um número que é 100 vezes o teor especificado de carbono. Caracteriza-se pelo uso dos símbolos dos

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elementos químicos que indicam os elementos de liga que caracterizam o aço em questão. A seqüência dos símbolos deve estar em ordem decrescente de seu teor, quando o valor dos teores for o mesmo para dois ou mais elementos, os símbolos correspondentes devem ser indicados em ordem alfabética.

Cada número representa, respectivamente, a percentagem média do elemento indicado, multiplicado pelos fatores dados pela tabela codificação SAE e arredondados para o mais próximo inteiro, números que se referem a diferentes elementos devem ser separados por hífens.

Desta forma: Aço 37CrS4 - Este aço possui 0,37% de Carbono, 0,90% de Cromo (4 x 0,90=3,60%, arredondando = 4) além do enxofre.

Norma DIN / Tipo de Aplicação

DIN N° TIPO APLICAÇÃO

1629 - Jan 61 Aços não ligados para tubos sem costura

1651 - Abr 70 Aços de usinagem fácil

1654 - Mar 80 Aços para parafusos

17100 - Jan 80 Aços para construção em geral

17115 - Ago 72 Aços para correntes soldadas

17135 - Mar 64 Aços resistentes ao envelhecimento

17155 - Jan 59 Aços para caldeiras

17200 - Nov 84 Aços para beneficiamento

17210 - Dez 69 Aços para cementação

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17211 - Ago 70 Aços para nitretação

17212 - Ago 72 Aços para têmpera por chama ou indução

17221 - Dez 72 Aços laminados a quente para molas beneficiadas

17222 - Ago 79 Aços laminados a frio para molas

17225 - Abr 55 Aços resistentes ao calor para molas

17230 - Set 80 Aços para rolamentos

17240 - Jul 76 Aços resistentes ao calor para porcas e parafusos

Fatores que Influenciam as Propriedades Mecânicas

PROPRIEDADES C Mn P S Si Ni Cr Mo V Al

Aumenta dureza X X X X

Aumenta a resistência X X X X X

Diminui a dutilidade X X X

Diminui a soldabilidade X

Desoxidante X X X

Aumenta a resistência ao impacto X

Aumenta a resistência a corrosão X

Aumenta a temperabilidade X X

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Aumenta a resistência abrasão X

Aumenta resistência altas temperaturas

X

BARRAS: RETILINIDADE

PROPRIEDADES TÉRMICAS: INFLUÊNCIA NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS

TRATAMENO TÉRMICO

FINALIDADE PROCESSO

RECOZIMENTO Remoção de tensões Aquecimento

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deixadas no aço por trabalho a frio. Diminui a dureza e as tensões de escoamento e ruptura. Amolece o aço.

seguido de resfriamento no próprio forno (lentamente).

NORMALIZAÇÃO

Homogeneização da microestrutura e alívio de tensões internas causadoras de empenamento.

Aquecimento seguido de resfriamento ao ar.

PATENTEAMENTO

Obtensão de uma estrura que combine com alta resistência a tração, boa ductilidade (especial para arames de alta taxa de trefilação), resultando em alta tenacidade.

Aquecimento seguido de resfriamento em banhos de chumbo líquido a 450C.

TÊMPERA

Obtensão de uma micro estrutura interna extremaemente dura (martensita) que aumenta o limite de resistência a traça e também a sua dureza.

Aquecimento a alta temperatura seguido de resfriamento rápido (em água ou óleo)

REVENIMENTO

Acompanha a têmpera, aliviando ou removendo as tensões internas deixadas por ela, e corrigindo as excessivas dureza e fragilidade do material, melhorando sua ductilidade.

Aquecimento e permanência em temperatura de 250 a 550 C, seguido de resfriamento.

CEMENTAÇÃO Aumentar a dureza e Aquecimento em

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resistência ao desgaste superficial (por fricção ou atrito), enquanto mantém o núcleo (miolo) do material ainda dúctil.

conjunto com uma substância em carbono permitindo a difusão do © para o aço.

Aços Ferramenta

São aços com propriedades específicas utilizados na transformação de outros materiais. Dividem-se em classes conforme a aplicação: Aços ferramenta para trabalhos a quente, aços ferramenta para trabalhos a frio, aços ferramenta para moldes plásticos e aços rápidos.

Aços ferramenta para trabalho a frio

São aços que se destinam a fabricação de ferramentas utilizadas no processamento a frio de aços, metais não ferrosos e materiais não metálicos em operações diversificadas como corte, dobramento, estampagem, cunhagem, trabalhos em madeira, cerâmicos, corte de papel, etc.

PROPRIEDADES:

Alta resistência a abrasão - Quando se tem um grande atrito entre a ferramenta e o material trabalhado. Ela é assegurada pela presença de carbonetos complexos de Cr, W, Mo e V juntamente com elevado teor de carbono.

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Elevada retenção de corte - capacidade conferida ao material de produzir um elevado número de cortes de boa qualidade entre retificações como em facas, estampos de corte, punções, etc. Esta propriedade está ligada a uma alta dureza e a presença de carbonetos de Cr, Mo, W e V juntamente com carbono elevado.

Alta tenacidade - capacidade de se deformar quando submetido a esforço mecânico e recuperar sua forma inicial.

Alta resistência ao choque - É uma propriedade que apresenta alta dureza superficial associada a um núcleo de grande tenacidade capaz de absorver e distribuir rapidamente a energia transmitida pelo impacto das punções, talhadeiras, ponteiros, rompedores, etc. Esses aços para ter essa propriedade, possuem carbono mais baixo na faixa de 0,40 a 0,60% além dos teores mais baixos de elementos de liga.

Grande estabilidade dimensional - É importante pra ferramentas de precisão que não permitem correções de forma ou dimensionais após o tratamento térmico de têmpera e revenimento. Não existem aços indeformáveis e sim aços de baixa deformabilidade isso porque podem ocorrer distorções no tratamento térmico devido a tensões térmicas, em razão das diferenças de velocidade de esfriamento entre superfície e núcleo da peça, onde a superfície esfria mais depressa.

As transformações estruturais que ocorrem na têmpera como contração ocorrida na austenização e dilatação da martensita durante o esfriamento, e no revenimento com a transformação da austenita retida em martensita teremos um aumento de volume. Outros empenamentos podem ser decorrentes de projetos inadequados como furações próximas umas das outras, cantos vivos, rasgos de chaveta, defeitos de usinagem, grandes diferenças de perfis, restos de superfícies brutas. Os cuidados nos tratamentos térmicos como apoio de peças, calçamento evitando vazios, meios de resfriamento adequados, revenimentos logo após a têmpera, são importantes para que não ocorram deformações.

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Aços ferramenta para trabalho a quente

Se destinam a fabricação de ferramentas utilizadas no trabalho a quente de aços, ligas não ferrosas, etc..

Suas principais características são:

. elevada resistência ao revenimento;

. elevada resistência mecânica a quente;

. boa tenacidade e polibilidade;

. grande resistência à abrasão em temperaturas elevadas;

. Boa condutividade térmica;

. elevada resistência à fadiga;

. boa resistência a formação de trincas térmicas.

Essas características conferem às ferramentas a capacidade de resistir às solicitações mecânicas a que estão sujeitas, apesar de serem aquecidas pelo material que está processado.

Elementos químicos como Cr, Mo, V e W é que conferem essas propriedades ao se juntarem ao carbono, que nesses aços está entre 0,30 e 0,60% formando carbonetos que contribuem para a obtenção das propriedades requeridas nos aços. Com tratamentos térmicos adequados essas qualidades se completam.

O Ni é adicionado quando se necessita de maior tenacidade.

Aços para moldes

Aços para moldes usados para transformação de plásticos são freqüentemente associados à designação P20. A norma ASTM A 681 estabelece uma faixa de composição química para este aço, que já não engloba todas, e principalmente as mais usuais versões atualmente existentes.

P20 portanto, transformou-se em sinônimo de um grupo de aços e moldes para transformação de plásticos.

Principais propriedades:

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. usinabilidade;

. resistência uniforme ;

. polibilidade;

. soldabilidade;

. excelente resposta à texturização e nitretação.

Aços Rápidos

São estes os principais tipos de aços utilizados em ferramentas, face aos seus característicos de alta dureza no estado temperado e retenção da dureza a temperaturas em que o gume cortante da ferramenta se torna vermelho, devido ao calor gerado na usinagem.

Seu característico principal é a capacidade de operar em velocidades e outras condições de corte que podem elevar a temperatura do gume cortante da ferramenta a cerca de 550°C-600°C, durante a operação de usinagem. Nessas temperaturas, os aços em estudo retêm a dureza que lhes permite ainda continuar na operação de usinagem; ao resfriar , após realizada essa operação readquirem a dureza original. Este característico é chamado de dureza a quente e constitui a mais importante propriedade dos aços rápidos. Além disso, devido ao alto teor de carbono e ao elevado número de carbonetos de liga, o que confere ao aço uma resistência ao desgaste superior a de outros tipos de aços para ferramentas, tornando sua durabilidade maior.

Sua composição é tal que os torna facilmente endurecíveis por têmpera através da secção inteira, mesmo pelo resfriamento em óleo ou em banhos de sal; nessas condições, a tendência a empenamento ou ruptura, no resfriamento por têmpera, é menor, desde que certas precauções - como suporte adequado das peças durante o aquecimento, em vista as temperaturas de austenização serem muito elevadas - sejam tomadas. São de difícil retificação, exigindo maiores cuidados.

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Aços Inoxidáveis Martensíticos

Estes aços caracterizam-se por serem aços cromo, contendo entre 11,5% e 18,0%; eles tornam-se martensíticos e endurecem pela têmpera. Dentro deste grupo podem ser considerados três classes:

. baixo carbono, também chamado tipo "turbina";

. médio carbono, também chamado tipo "cutelaria";

. alto carbono, também chamado tipo "resistente ao desgaste".

As características mais importantes destes aços são:

. são ferro magnéticos;

. podem ser facilmente trabalhados, tanto a quente como a frio, sobretudo quando o teor de carbono for baixo;

. apresentam boa resistência à corrosão quando exposto aos tempo, à ação da água e de certas substâncias químicas; à medida que aumenta o teor de carbono, fica prejudicada a resistência à corrosão, o que, entretanto, é compensado pelo alto teor de cromo;

. normalmente, não são suscetíveis à precipitação de carbonetos nos contornos de grão;

. o níquel melhora a sua resistência a corrosão, o melhor aço inoxidável martensítico de vista de resistência à corrosão, é o 431, devido ao baixo carbono, alto cromo e presença de níquel;

. a têmpera também melhora a resistência a corrosão, pois contribui para evitar a possibilidade de precipitação de carbonetos.

Exercícios.

1ª. Como são Classificados os aços?

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2ª. Quais as normas que regem esta classificação?

3ª. Quais os tipos de tratamento térmico a que são submetidos os aços?

4ª. Por que são necessários os tratamentos térmicos?

5ª. Porque é necessário o revenimento?

6ª. Qual a função da tempera?

7ª. O que são aços inoxidáveis e quais seus tipos?

8ª. O que são martensita, perlita e cementita?

9ª. O que atenua a corrosão dos aços ?

10ª. Para que servem os aços rápidos?

6 - INTRODUÇÃO

Com base nos capítulos anteriores, onde descrevemos vários tipos de metais, suas ligas e métodos utilizados para fabricação, nos capítulos seguintes utilizaremos os conhecimentos adquiridos para entender como são manipulados os materiais metálicos para fabricar equipamentos utilizados nos diversos tipos de aplicações.

A indústria de petróleo está repleta de equipamentos fabricados com materiais metálicos específicos para cada aplicação onde as características de cada um são utilizadas.

Para fabricar os mais diversos equipamentos para as mais diversas aplicações, os materiais utilizados na indústria petrolífera são necessários desde materiais dúcteis até os mais resistentes materiais tanto em relação as suas propriedades físicas como a resistência a tração, compressão, dureza bem como em relação a sua resistência química.

As características de resistência estrutural como o próprio nome já diz vão fazer com que os equipamentos se tornem robustos afim de suportarem os esforços físicos.

As características de resistência química são necessárias para evitar ou minimizar a corrosão imposta por meios

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agressivos quimicamente onde há também altas temperaturas e altas pressões as quais também causam corrosão, impondo redução de vida útil dos equipamentos.

Exercícios.

1ª. Qual a relação entre a primeira parte da matéria e a segunda parte?

2ª. Porque a prevenção à corrosão é importante?

3ª. Como as propriedades químicas atenuam a corrosão?

7 - DEFINIÇÕES - TUBOS E ACESSÓRIOS.

TUBOS.

Um tubo também chamado de tubulação ou é um cilindro oco comprido geralmente fabricado em cerâmico, metal ou plástico. Tubos são utilizados em:

Transporte de líquidos e/ou gases

Construção civil

Revestimento de poços de petróleo

Partes de máquinas e equipamentos mecânicos

Suas dimensões são expressas como diâmetro interno, diâmetro interno, espessura, comprimento, tipo e norma de aplicação.

ACESSÓRIOS.

São peças das mais diversas formas as quais são utilizadas em conjunto com os tubos afim de manusear os fluidos que são conduzidos através dos mesmos.

Os acessórios de tubulações podem ser citados como:

Controle do escoamento dentro dos tubos.

União dos tubos através de mecânica e soldas.

Fixação de tubos e outros acessórios.

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Medições de variáveis de processo tais como pressão, temperatura, fluxo, etc.

Exercícios.

1ª. Qual a função dos tubos?

2ª. Eles podem ser substituídos por outro equipamento ou não? Porque?

3ª. Para que são utilizados os acessórios e por que são produzidos por diferentes tipos de materiais?

4ª. Porque é importante medir variáveis de processo?

8 - FABRICAÇÃO

TUBOS

Podem ser produzidos com e sem costura.

SEM COSTURA.

Os tubos sem costura são produzidos por processo de laminação a quente, a partir de bloco maciço de seção redonda de aço, o qual será laminado e perfurado por mandril, obtendo-se dessa maneira, suas dimensões finais. São resfriados em leito de resfriamento, até temperatura ambiente, e, por possuírem uniforme distribuição de massa em torno de seu centro,mantém temperatura praticamente constante ao longo de todo o seu comprimento e em qualquer ponto de sua seção transversal. Por esse motivo possuem baixo nível de tensões residuais , o que os distingue de tubos de aço com costura, produzidos a partir de chapas de aço calandrada e costurados (soldados) no encontro das mesmas. A região afetada termicamente pelo processo de soldagem possui níveis de tensões residuais diferente das demais regiões da seção transversal do tubo, também tensionadas devido ao processo de calandragem e expansão. Tal uniformidade encontrada nos tubos sem costura conduz a uma melhor performance do aço em seu emprego estrutural.

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COM COSTURA

COSTURA HELICOIDAL

Consiste no desenrolamento de uma bobina de aço, onde a folha de aço vai sendo dobrada por roletes dispostos de forma a unir lateralmente as folhas enquanto as mesmas vão sendo soldadas.

O posicionamento dos roletes, a direção e a largura da folha de aço, as características físicas e a composição do aço são fatores importantes na produção que vão conferir ao produto final um tubo com costura helicoidal.

Segue abaixo o fluxograma de produção:

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COSTURA RETILÍNEA

Os tubos que iremos comentar, são chamados de "com costura". Esta é uma denominação errônea para o material, porém o nome se consolidou tal como "xerox". Esta denominação veio de muito tempo atrás, quando o processo utilizado era de baixa freqüência (50 ou 60 hz) o que dava ao material uma aparência de material "costurado".

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Hoje o processo é realizado com solda longitudinal pelo processo E.R.W. (Solda por Resistência Elétrica) com alta freqüência.Este processo garante a homogeneidade da matéria-prima com a solda, o que confere excelentes características aos produtos.Os processos de fabricação para obtenção do produto final variam de acordo com a norma em que o tubo vai ser fabricado.Os tubos podem ser produzidos em uma variada gama de matérias-primas (tipo de aço utilizado), que são normalmente fornecidas segundo  especificações ASTM (American Society for Testing and Materials), DIN (Deustaches Institute for Normuns), API (American Petroleum Institute),  AISI (American Institute of Steel and Iron), SAE (Society of Automotive Engineers), ABNT ( Associação Brasileira de Normas Técnicas) e outras. A matéria prima utilizada é comprada em forma de bobinas, que são classificadas em dois grandes grupos:

BF - BOBINA LAMINADA A FRIO: possuem uma cor clara, sendo necessário alguns cuidados especiais aos tubos produzidos nesta matéria-prima , pois ela é altamente susceptível a oxidação ( corrosão, ferrugem).

Os tubos devem ser armazenados e transportados sempre evitando a umidade, senão tendem a amarelar,  o que pode causar sérias conseqüências na utilização final sobre o produto.Estas bobinas são produzidas normalmente em espessuras abaixo de 2,00 mm e possuem melhor tolerância dimensional e acabamento. Devido seu processo de fabricação ser maior que as BQ,  seu custo final é maior.

BQ - BOBINA LAMINADA A QUENTE: Possuem uma cor escura e são menos susceptíveis a oxidação. Os tubos podem ser armazenados e transportados em condições normais até mesmo em céu aberto (por pouco tempo) sem ter sua qualidade prejudicada.Estas bobinas são produzidas normalmente em espessuras

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acima de 2,00 mm e não possuem uma tolerância dimensional tão restrita quanto as BF, sendo que são também denominadas de BG (Bobinas Grossas), quando a espessura for superior a 5,00 mm.

Quando for necessário em uma espessura de BQ uma melhor condição dimensional podemos fazer uma relaminação a frio da chapa.  Este  processo também é utilizado para se obter espessuras não fornecidas pelas usinas.

As chapas relaminadas a frio são chamadas de RL.Quando os tubos de condução são zincados a quente (galvanizados a fogo como são popularmente conhecidos) não temos a preocupação com a superfície do tubo. Devemos apenas tomar pequenos cuidados quanto ao seu armazenamento.A verificação da qualidade da solda e/ou do produto final pode ser feita através de ensaios destrutivos e/ou ensaios não destrutivos, que podem ser:

ELETROMAGNÉTICO: através de correntes parasitas testa o tubo quanto a descontinuidades. Não garante a estanqueidade, porém é admitido como o teste opcional ao hidrostático na maioria das normas de condução devido a sua grande velocidade de execução.

HIDROSTÁTICO: Consiste em testar o tubo a uma determinada pressão hidráulica para garantir a estanqueidade do tubo.

ENSAIOS DESTRUTIVOS: durante o processo de fabricação são realizados vários ensaios mecânicos destrutivos em amostras retiradas durante a produção, tais como alargamento, flangeamento etc.

DIÂMETRO EXTERNO (mm) para tubos de condução.

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DIAMETRO

NOMINAL

TAMANHO

NOMINAL

ASTMA120/A13

5

BS1387

DIN2440

NBR5580

NBR5590

1/8 6     10,20 10,20 10,29

¼ 8   13,50 13,50 13,50 13,72

3/8 10   17,20 17,20 17,20 17,25

½ 15 21,30 21,30 21,30 21,30 21,34

¾ 20 26,70 26,90 26,90 26,90 26,67

1 25 33,40 33,70 33,70 33,70 33,40

1 ¼ 32 42,20 42,40 42,40 42,40 42,16

1 ½ 40 48,30 48,30 48,30 48,30 48,26

2 50 60,30 60,30 60,30 60,30 60,32

2 ½ 65 73,00 76,10 76,10 76,10 73,03

3 80 88,90 88,90 88,90 88,90 88,90

3 ½ 90 101,60 101,60

101,60

101,60

101,60

4 100 114,30 114,30

114,30

114,30

114,30

5 125 141,30 139,70

139,70

139,70

141,30

6 150 168,30 165,10

165,10

165,10

168,28

DIÂMETRO EXTERNO (mm) para eletrodutos de aço

DIAMETRONOMINAL

TAMANHONOMINAL

NBR5597

NBR5598

ANSIC 80

1/8 6      

¼ 8      

3/8 10 17,1 17,2 17,1

½ 15 21,3 21,3 21,3

¾ 20 26,7 26,9 26,7

1 25 33,4 33,7 33,4

1 1/4 32 42,2 42,4 42,2

1 1/2 40 48,3 48,3 48,3

51

2 50 60,3 60,3 60,3

2 1/2 65 73,0 76,1 73,0

3 80 88,9 88,9 88,9

3 1/2 90 101,6 101,6 101,6

4 100 114,3 114,3 114,3

5 125 141,3 139,7 141,3

6 150 168,3 165,1 16

Schedule é a denominação dada ao resultado arredondado a dezena calculado pela fórmula: SCH =  P / S onde P é a pressão de trabalho do tubo e S é a tensão (pressão) correspondente a 60% do limite de escoamento do material a 20 Graus C. Portanto para um mesmo diâmetro externo de um tubo de condução, quanto maior o SCH maior a espessura de parede em relação ao seu diâmetro.O Schedule define, portanto, a espessura de parede do tubo de condução, sendo que os valores estabelecidos para cada Schedule (espessura) nos vários diâmetros são tabulados e convencionados nas normas correspondentes.

Por exemplo, os tubos das normas americanas (carbono - ASTM), seguem o padrão definido na norma ANSI B 36.10 (a norma brasileira NBR 5590 também segue este padrão).Nas normas européias (DIN, BS e outras), bem como nas normas brasileiras (ABNT) não é comum a designação das espessuras em Schedule e sim conforme recomendação da ISSO (INTERNACIONAL STANDARDZATION ORGANIZATION) que estabelece classes de espessuras, que são definidas conforme tabela de cada norma.Por exemplo, na NBR 5580 temos classes leve, média e pesada.

A tabela a seguir fornece a espessura de parede dos tubos em função do diâmetro nominal (em polegadas) e o Schedule.

DIAMETRO  NOMINAL

SCH 40 SCH 80

1/8 1,73 2,41

¼ 2,24 3,02

3/8 2,31 3,20

51

½ 2,77 3,73

¾ 2,87 3,91

1 3,38 4,55

1 1/4 3,56 4,85

1 1/2 3,68 5,08

2 3,91 5,54

2 1/2 5,16 7,01

3 5,49 7,62

3 1/2 5,74 8,08

4 6,02 8,56

5 6,55  

6 7,11  

Fonte: http://www.pipesystem.com.br/Artigos_Tecnicos/Tubos_Aco/body_tubos_aco.html#fabricacao

Exercícios.

1ª. O que é um tubo com costura? Porque é chamado assim?

2ª. Descreva o processo de fabricação de um tubo sem costura.

3ª. O que é schedule de um tubo? O que ele quer dizer?

4ª. Como um tubo é dobrado antes de ser soldado?

5ª. Como é feita a costura helicoidal?

9 - APLICAÇÕES DAS TUBULAÇÕES

COMPÓSITOS

Os materiais compósitos são, atualmente, muito utilizados em diversos setores industriais, principalmente Petróleo e Aeronáutico. Feitos a partir de dois ou mais materiais de classes diferentes (p.ex. metal/cerâmica, cerâmico/polímero), os compósitos são materiais de

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qualidade superior que possuem novas propriedades que não podem ser atendidas pelas ligas metálicas.

Em geral estes materiais se dividem em duas ou mais fases que têm por objetivo fornecer resistência mecânica e flexibilidade. A performance destes materiais depende tanto do seu processo de fabricação quanto da sua microestrutura (fração de cada fase, distribuição de tamanho, forma e espacial da fase de reforço, defeitos, etc.).

Atualmente é possível fabricar desde chapas até tubos de materiais compósitos. Tubos de matriz polimérica reforçado por fibras de vid ro, foram o objeto desta pesquisa. Na fabricação destes tubos foi utilizada a técnica de enrolamento filamentar (Filament Winding), na qual diversas camadas de fibras banhadas em resina são enroladas em torno de um mandril para gerar uma peça com simetria cilíndrica.

O interesse na fabricação destes tubos vem da sua crescente utilização como tubulações no transporte de águas de serviço em plataformas de produção de petróleo, com vantagens relativas aos tubos metálicos tradicionais.

Durante o processo de fabricação, é comum surgirem defeitos, denominados vazios, onde a resina não ocupa adequadamente o espaço entre fibras, ou devido a problemas durante a cura do polímero (p.ex. bolhas de ar). Estes vazios têm impacto sobre as propriedades mecânicas do material e devem, portanto, ser caracterizados para permitir uma avaliação da performance da peça em serviço.

FERRO / AÇO

TUBOS PARA TROCA TÉRMICA:

NORMASASTM - A 178

UTILIZAÇÕESCaldeiras

NBR 5595 Caldeiras

ASTM A 226Caldeira alta pressão e

superaquecedor

51

ASTM A 214 Trocadores e condensadores

NBR 5585 Trocadores e condensadores

NBR 5596 Super aquecedores

DIN 2458 / DIN 1628 Para alta performance

DIN 2458 / DIN 1615 Sem requisitos especiais

DIN 2458 / DIN 1626 Com requisitos especiais

ASTM A 106Sem cotura para altas

temperaturas

EB 203 Ferramentas

EB 334 Altas temperaturas

EB 335 Caldeiras e superaquecedores

EB 336 Caldeiras e superaquecedores

EB 338 Caldeiras e superaquecedores

EB 339 Para caldeiras

EB 340 Caldeiras e superaquecedores

EB 363 Baixas temperaturas

EB 383 Altas temperaturas

ASTM A 179 Sem costura, trocadores

ASTM A 192 Sem costura alta pressão

ASTM A 199Sem costura permutadores e

condensadores

ASTM A 209 Sem costura caldeira

ASTM A 210 Sem costura caldeira

ASTM A 213 Sem costura caldeira

ASTM A 214 Com costura permutadores

ASTM A 333 Baixa temperatura

ASTM A 334 Sem costura caldeira

ASTM A 335 Sem costura caldeira

ASTM A 405 Sem costura alta temperatura

ASTM A 557 Aquecedores

51

TUBOS PARA EVAPORADORES

2558 / 1626

DIN EN 10220 - 0310217

2458 / 1615-ST.33

TUBOS PARA PERMUTADORES

ASTM - A 214 / 96

TUBOS PARA FINS ESTRUTURAIS

TUBO DE AÇO CARBONO DE SEÇÃO CIRCULAR FORMADOS A FRIO PARA USOS ESTRUTURAIS, SOLDADOS, PARAFUSADOS E REBITADOS.

NBR 8261 – ASTM A 500 – BS 6363

TUBOS MECÂNICOS

Aplicações industriais, tais como trefilação, autopeças, equipamentos, moveis.

O produtos deve ter exatidão dimensional, qualidade de superfície e propriedades mecânicas.

NBR 6591 – ASTM A 513 (TIPO 1)

DIN 2394 – NBR 5599 NBR 8621

TUBOS DE PRECISÃO

Normalmente trefilados com elevados índices dimensionais e composição química.

Próprios para cilindros hidráulicos e de pressão.

NBR 5599

51

Classe I – sem exigências Classe II - sem exigências, porem, com certificados Classe III – com exigências especiais

ASTM A 513 – trefilado com mandril externo (tipo 3) ou com mandril interno (tipo 5).

DIN 2393

Classe I – sem exigências Classe II - sem exigências, porem, com certificados Classe III – com exigências.

ELETRODUTOS GALVANIZADOS

NBR 5580 – Rosca BSP

NBR 5597 – Rosca NPT

DIN 2393

DIN 2394 – 2458

TUBOS A.P.I.

Tubos de alta responsabilidade – água – óleo – gás

API – 5L – Grau A 25 – CI – I

API – 5L – Grau A

API – 5L – Grau B

API – 5L – Grau X42

API – 5L – Grau X46

Próprios para industrias petrolíferas e naval.

TUBOS ALETADOS

1)

Com aletas helicoidais

Tipo I-FIN, L-FIN, G-FIN e corrugados

Com aletas Elípticas, espiraladas,

51

especiais trufin e estrela

2)

Trocadores de calor

Esfriadores, aquecedores, ar ou gás,

condensadores, etc.

Em aço carbono – latão, cobre / liga – alumínio ou mox-aço carbono

TUBOS DE AÇO COM ACOPLAMENTOS TIPO K-10

Soldas helicoidais ou longitudinal, com testes hidrostáticos, pretos, pintados ou galvanizados a fogo.

Fornecidos com acoplamentos D-10 anéis curvas e demais conexões e registros

PERFIS DE AÇO FORMADOS A FRIO

Limites de perfis 19mm espessura / 6.000 comprimento

Operações básicas

Perfil U – até 300 x 100 x 8,00mm

Perfil Ue – até 300 x 100 x 25 x 6,30

Perfilação continua (fitas) até 550 x 80

Formas laje – treliça e painel

Estacas prancha

Cantoneiras perfiladas

Perfis V e U para torres de telefonia

Aços estruturais, anticorrosivo

(USI sac 41 ou Cos-Ar-Cor 400 E)

TUBOS DE AÇO INOX

COM COSTURA E SEM COSTURA

51

Para industrias químicas, alimentícia, farmacêutica, polos petroquímicos, papel celulose e moveleira.

Normas mais usuais:

ASTM A

312 / 269 / 249 / 554 / 213 /

QUALIDADES:

304 / 304L / 316L – 310S / 444

PRINCIPAIS NORMAS DO MERCADO

ANSI C-80.1

Eletrodutos de aço

API 5ATubos de perfuração, revestimento e

bombeamento para poços petrolíferos.

API 5AXTubos de perfuração, revestimento e

bombeamento para poços petrolíferos com exigências especiais

API 5BEspecificação de roscas, calibres e

inspeção de roscas para casing, tubing e line-pipe

API 5LXTubos para condução de produtos

petrolíferos com exigências especiais

API SPEC 5L

Tubos para condução de produtos petrolíferos

API SPEC 7

Especificação para equipamentos rotativos de perfuração

API SPEC5A

C

Tubos de perfuração, revestimento e bombeamento para poços petrolíferos

com propriedades restritas: grade c-75. Casing e tubing

51

ASTM A-106

Tubos de aço carbono, sem costura para emprego a altas temperaturas

ASTM A-120

Tubos de aço pretos ou galvanizados para condução de fluidos e outros fins

ASTM A-

134/139

Tubos para condução de fluidos, gás ou vapor

ASTM A-135

Tubos de aço carbono, soldados por resistência elétrica, condução de fluídos

ASTM A-161

Tubos de aço baixo carbono e carbono molibdênio, sem costura para emprego

em refinarias nas instalações de “cracking”

ASTM A-178

Tubos de aço carbono, soldados por resistência elétrica, para caldeiras

ASTM A-179

Tubos de aço baixo carbono, sem costura deformados a frio, para trocadores de

calor e condensadores

ASTM A-192

Tubos de aço carbono, sem costura para caldeiras de alta pressão

ASTM A-199

Tubos de aço-liga sem costura trefilados a frio para permutadores de calor e

condensadores

ASTM A-200

Tubos de aço-liga sem costura para emprego em refinarias nas instalações de

“cracking”

ASTM A-209

Tubos de aço molibdênio sem costura para caldeiras e superaquecedores

ASTM A-210

Tubos de aço carbono sem costura para caldeiras e superaquecedores

ASTM A-213

Tubos de aço-liga ferritico, sem costura para caldeiras superaquecedores e

permutadores de calor

ASTM Tubos de aço carbono soldados por

51

A-214resistência elétrica para permutadores de

calor e condensadores

ASTM A-226

Tubos de aço carbono soldados por resistência elétrica para caldeira e

superaquecedores para serviços de alta pressão

ASTM A-252

Tubos de aço para estacas

ASTM A-333

Tubos de aço para serviços a baixa temperatura

ASTM A-334

Tubos de aço carbono ou liga para serviço a baixa temperatura

ASTM A-335

Tubos de aço-liga ferritico, sem costura, para empregos a alta temperatura

ASTM A-405

Tubos de aço-liga ferrítico, com tratamento térmico especial, para

emprego a alta temperatura

ASTM A-500

Tubos de aço carbono, redondos ou perfilados, para estruturas metálicas

ASTM A-501

Tubos de aço carbono, laminados a quente, para fins estruturais

ASTM A-513

Tubos de aço carbono soldados por resistencia eletrica para fins mecanicos

ASTM A-519

Tubos de aço carbono, sem costura para fins mecânicos

ASTM A-523

Tubos de aço carbono para condutores de cabos elétricos

ASTM A-524

Tubos de aço carbono para temperaturas atmosféricas e abaixo

ASTM A-53

Grau "a" até serpentina / grau "b" mais limitado (serpentina não)

ASTM A-556

Tubos de aço carbono, deformados a frio, para aquecedores de água

51

ASTM A-557

Tubos de aço carbono, soldados por resistencia eletrica, para uso em

aquecedores de agua de alimentação (feedwater heater)

ASTM A-589

Tubos de aço carbono para poços artesianos

ASTM A-700

Padrões para empacotamento e carregamento de produtos tubulares

BS-1139Tubos de aço para andaimes e fins

estruturais

BS-1387Tubos com costura - agua, gas - aptos

para dobras a frio. Teste hidrostastico até 50 kg

BS-6363 Tubos de aço para fins estruturais

DIN 1615

Redondos

DIN 1629

Tubos de aço carbono sem costura para tubulações, aparelhos e reservatórios

DIN 17175

Tubos de aço resistentes ao calor

DIN 2385

Tubos de aço carbono sem costura trefilados de precisao com qualidade

comercial

DIN 2391

Tubos de aço sem costura de precisão, trefilados a frio

DIN 2393

Tubos de aço com costura de precisão com exatidão de medida especial

DIN 2395

Alta precisao, redondos, quadrados, retangulares - grau "A" sem

costura / grau "B" com costura

DIN 2440

Tubos de aço pretos ou galvanizados para condução de fluidos e outros fins

DIN Tubos com costura. Dobra a frio. Pressao

51

2441 50 kg

DIN 2442

Tubos de aço com rosca e luvas, com exigências especiais

DIN 2448

Tubos de aço para caldeiras, aparelhos e outros fins

DIN 2458

Tubos de aço carbono fabricados para uso geral, tais como evaporadores, secadores,

serpentinas, cozedores e câmaras de vácuo de usinas de açúcar

DIN 59411

Quadrados e retangulares

DIN-1615

Tubos de aço carbono sem requisitos especiais de qualidade

DIN-1626

Tubos de aço carbono com requisitos especiais de qualidade

DIN-1628

Tubos de aço carbono com requisitos de alta performance

DIN-2393

Tubos de aço carbono, trefilados de precisão

DIN-2394

Tubos de aço carbono, de precisão, para autopeças, móveis e eletrodomésticos

EB-182Tubos com costura - Água, gás não

corrosivos. Não aptos para dobras, calor até 200º pressao até 50 kgs

EB-193 Tubos de aço de precisão

EB-198Tubos de aço de baixo carbono e carbono-molibdênio- silício para aquecimento em

refinarias

EB-199Tubos de aço cromo-molibdênio e cromo-molibdênio- silício para aquecimento em

refinarias

EB-201 Tubos de baixo carbono, deformados a frio,para condensadores e trocadores de

51

calor

EB-202Tubos de aço cromo-molibdênio-silício

para condensadores e trocadores de calor

EB-203Tubos de aço carbono, soldados por

resistencia eletrica, para permutadores de calor

EB-331

Tubos c/ s/ cost. água, gás não corrosivos. Não apto p/ dobras. Calor até 200º -

pressão até 50 kg até 1" / 1.14" pressao 70 kg / acima 3.1/2" pressao 85

EB-332 (ASTM A-53)

Tubos com ou sem costura. Aptos para curvamento a frio (especificar grau a)

mas o grau b tambem serve. Aptos para serpentinas

EB-334Tubos de aço carbono para serviços em

altas temperaturas

EB-335Tubos de aço carbono, sem costura, para

caldeiras e superaquecedores

EB-336Tubos de aço médio carbono, para

caldeiras e superaquecedores

EB-337Tubos de aço carbono-molibdênio para

caldeiras e superaquecedores

EB-338Tubos de aço carbono para caldeiras e

superaquecedores de alta pressão

EB-339Tubos de aço carbono, soldados por resistencia eletrica para caldeiras

EB-340Tubos de aço carbono, soldados por resistencia eletrica, para caldeiras e superaquecedores de alta pressão

EB-341Eletrodutos rígidos de aço carbono, tipo

pesado,com rosca

EB-342Eletrodutos rígidos de aço carbono, com

revestimento protetor, tipo médio e pesado, com rosca

51

EB-349 Tubos de aço de precisão, com costura

EB-363Tubos de aço, com e sem costura, para

condução,utilizados em baixa temperatura

EB-383Tubos de aço ferrítico, sem costura, para

condução, utilizados em altas temperaturas

EB-639Tubos de aço carbono, para fins

estruturais

EB-800Tubos de aço carbono para injeção de

combustível em motores diesel

EB-952Tubos de aço carbono, perfis redondos,

quadrados e retangulares para fins industriais

NBR-5580

Tubos de aço carbono, para condução de fluídos

NBR-5585

Tubos de aço carbono, soldados por resistência elétrica, para permutadores

de calor

NBR-5590

Tubos de aço carbono, com requisitos de qualidade para condução de fluídos

NBR-5595

Tubos de aço carbono, soldados por resistência elétrica para caldeiras

NBR-5596

Tubos de Aço Carbono, soldados por resistência elétrica para caldeiras e superaquecedores de alta pressão

NBR-5597

Eletrodutos de aço, para rosca npt

NBR-5598

Eletrodutos de aço, para rosca bsp

NBR-5599

Tubos de aço, de precisão, com costura

NBR- Tubos de aço carbono, para roscas NPT,

51

5885 para condução de fluídos

NBR-6591

Tubos de aço carbono, para fins industriais

NBR-8261

Tubos de aço carbono para fins estruturais

NBR-8476

Tubos de aço carbono sem costura, trefilados de precisao, para fins

mecanicos

ST - 52Tubos trefilados e laminados, mecanicos

sem costura para servicos gerais

Exercícios

1ª. Qual a norma para Especificação para equipamentos rotativos de perfuração?

2ª. Qual a função de uma norma?

3ª. Qual a norma para tubos de aço carbono para caldeiras e superaquecedores de alta pressão?

4ª. Qual a norma para aços estruturais anti corrosivos?

5ª. Que materiais são utilizados para tubos para fins estruturais?

10 - MEIOS DE LIGAÇÃO

Afim de conectar os diferentes tipos de tubos existentes em uma planta petrolífera, são necessários meios eficientes de ligação entre as próprias tubulações e e os acessórios necessários.

Desta forma, existem uniões soldadas e uniões aparafusadas, sendo que ambas devem evitar vazamentos (alta estanqueidade) e devem ter resistência estrutural igual ou melhor que os tubos que estão sendo unidos.

Uniões soldadas.

51

Desta forma, uma forma de classificação dos processos de soldagem consiste em agrupa-los em dois grandes grupos baseando-se no método dominante para produzir a solda: a) processo de soldagem por pressão (ou por deformação) e

b) processos de soldagem por fusão.

 

A Soldagem é o processo de união de materiais (particularmente os metais) mais importante do ponto de vista industrial sendo extensivamente utilizada na fabricação e recuperação de peças, equipamentos e estruturas. A sua aplicação atinge desde pequenos componentes eletrônicos até grandes estruturas e equipamentos (pontes, navios, vasos de pressão, etc.).

Existe um grande número de processos de soldagem diferentes, sendo necessária a seleção do processo (ou processos) adequado para uma dada aplicação. A tabela abaixo lista algumas das principais vantagens e desvantagens dos processos de soldagem.

 

Vantagens Desvantagens

1. Juntas de integridade e eficiência elevadas

2. Grande variedade de processos

3. Aplicável a diversos materiais

4. Operação manual ou automática

5. Pode ser altamente portátil

1. Não pode ser desmontada

2. Pode afetar microestrutura e propriedades das partes

3. Pode causar distorções e tensões residuais

4. Requer considerável habilidade do operador

51

6. Juntas podem ser isentas de vazamentos

7. Custo, em geral, razoável

8. Junta não apresenta problemas de perda de aperto.

5. Pode exigir operações auxiliares de elevado custo e duração (ex.: tratamentos térmicos)

6. Estrutura resultante é monolítica e pode ser sensível a falha total

   

Algumas definições usuais para soldagem são:

"Processo de junção de metais por fusão". (Deve-se ressaltar que não só metais são soldáveis e que é possível soldar metais sem fusão).

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

"Processo de união de materiais baseado no estabelecimento, na região de contato entre as peças que estão sendo unidas, de ligações químicas de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais."

Idealmente, a soldagem ocorre pela aproximação das superfícies das peças a uma distância suficientemente curta para a criação de ligações químicas entre os seus átomos (figura 1). Este efeito pode ser observado, por exemplo, quando dois pedaços de gelo são colocados em contato. Para outros materiais, a soldagem não ocorre tão facilmente pois a aproximação das superfícies a distâncias suficientes para a criação de ligações químicas entre os seus átomos é dificultada pela rugosidade microscópica e camadas de óxido, umidade, gordura, poeira e outros contaminantes existentes em toda superfície metálica.

51

 

 

Figura 1 - Formação teórica de uma solda pela aproximação das superfícies das peças.

 

Esta dificuldade é superada de duas formas principais, das quais originam os dois grandes grupos de processos de soldagem:

Deformar as superfícies em contato, rompendo as camadas de contaminantes e permitindo a sua aproximação e a formação de ligações químicas (figura 2). As superfícies de contato podem ser aquecidas para facilitar a sua deformação.

Aquecer localmente a região a ser soldada até a sua fusão, destruindo, assim, as superfícies e produzindo a solda com a solidificação do material fundido (figura 3).

 

51

Figura 2 - Soldagem por pressão (esquemática).

 

Assim, os diferentes processos de soldagem podem ser agrupados em dois grandes grupos baseando-se no método dominante de se produzir a solda, isto é, (a) processos de soldagem por pressão (ou por deformação) e (b) processos de soldagem por fusão.

 

 

Figura 3 - Soldagem por fusão (esquemática).

 

O primeiro grupo inclui os processos de soldagem por ultra-som, por fricção, por forjamento, por resistência elétrica (figura 4), por difusão, por explosão, entre outros. Alguns destes processos, como a soldagem por resistência a ponto,

51

apresentam características intermediárias entre os processos de soldagem por fusão e por deformação.

O segundo grupo inclui um grande número de processos, entre os quais se destacam os processos de soldagem a arco que são os mais utilizados industrialmente. Estes utilizam, como fonte de calor para a fusão da junta, uma descarga elétrica em meio gasoso (arco elétrico) entre dois eletrodos ou, mais comumente, entre um eletrodo e a(s) peça(s), figura 5.

 

Figura 4 - Soldagem por resistência a ponto (a) e costura (b). I - corrente de soldagem.

 

51

Figura 5 - Soldagem manual a arco.

 

Por sua grande importância em inúmeras utilizações dos metais é fundamental que o engenheiro metalúrgico tenha, pelo menos, um conhecimento básico da tecnologia e fundamentos da soldagem.

Por outro lado, a soldagem afeta a estrutura do material, podendo causar o aparecimento de descontinuidades como trincas e poros (figura 5) e, assim, influencia de forma importante o desempenho futuro da peça ou estrutura soldada.

Estas mudanças são estudadas essencialmente com base em princípios da metalurgia. Assim, é também importante que as pessoas envolvidas o projeto e a supervisão de trabalhos de soldagem conheçam esses princípios.

 

51

Figura 5 - Descontinuidades de soldagem.

Fonte: http://www.demet.ufmg.br/grad/exemplos/soldagem/soldagem.html

Uniões flangeadas.

Outra forma de unir tubos é através de uniões flangeadas, porém é um sistema mais complicado que a solda pois são necessários alguns pré-requisitos tais como:

bordas dos tubos com saliência para fora junta de vedação

flange

parafusos estojos

Porém para altas pressões deve-se tomar cuidado contra vazamentos.

Seguem em anexo catálogos de juntas, flanges e juntas.

PARAFUSOS ESTOJOS

Bitola Prisioneiro PorcaPasso Comprimen

toChave Altura

1/2” 13-UNC 1” a 7”

7/8 31/64Vantagens :

Fácil Acesso pra montagem

Alta Resistência a Tração e ao Torque

Alta Dureza

Alta Resistência a influências térmicas

Características Técnicas:

Confeccionado com material de alta

resistência

De acordo com as normas ASTM A

193-B7 - A194-2H

Programa de Fornecimento em

PolegadaConjunto Montado Porca Série Pesada 2H

Aplicação:

Utilizados em tubulações flangeadas de alta pressão e temperatura

Válvulas e vasos de pressão

 

Caldeiras de pressão

Construção e reformas de plataformas de petróleo

51

5/8” 11-UNC 2” a 10” 1.1/16” 39/643/4” 10-UNC 3” a 12” 1.1/4” 47/647/8” 9-UNC 3.1/2” a

12”1.7/16 55/64

1” 8-U N 5” a 15” 1.5/8 63/641.1/8” 8-U N 6” a 15” 1.13/16 1.7/641.1/4” 8-U N 6” a 15” 2 1.7/321.3/8” 8-U N 6” a 18” 2.3/16 1.11/321.1/2” 8-U N 6” a 18” 2.3/8 1.15/321.5/8” 8-U N 6” a 18” 1.5/8 1.19/321.3/4” 8-U N 6” a 18” 2.3/8 1.23/321.7/8” 8-U N 6” a 18” 2.15

Flanges.

Flange é um elemento que une dois componentes de um sistema de tubulações, permitindo ser desmontado sem operações destrutivas. Os flanges são montados em pares e geralmente unidos por parafusos estojos, mantida a superfície de contato entre dois flanges sob força de compressão, a fim de vedar a conexão.

Principalmente em tubulações de seção transversal circular, os flanges normalmente levam características geométricas e de resistência padronizadas por normas. Isto torna compatíveis e permite conectarem-se facilmente tubos e diversos tipos de equipamentos e válvulas, mesmo sendo de fabricantes distintos.

Exercícios

1ª. O que são uniões soldadas?

2ª. O que são uniões flangeadas?

51

3ª. O que é utilizado para fazer uma união flangeada?

4ª. Como é feita uma união soldada?

5ª. Qual é a união mais segura em relação a vazamentos? Porque?

6ª. Para que serve um flange cego?

7ª. Que característica deve ter um tubo para ser flangeado?

11 - MATÉRIAS, INSTALAÇÕES COM EXEMPLOS DE INSTALAÇÕES.

Exemplo de uma linha de destilação azeotrópica.

Especificações:

Linha da abastecimento de álcool hidratado: inox Schedule 40, 12”

Linha retorno de fase orgânica: inox, Schedule 40, 6”

Linha retorno fase aquosa: inox, Schedule 40, 6”

Linha saída álcool hidratado: inox, Schedule 40, 6”

51

Linha saída H2O: aço carbono, Schedule 40, 6”

51

Exercícios.

1ª. Porque é necessária a especificação de uma linha antes de ser construída?

2ª. Qual as unidades de medida utilizadas nas linhas existentes nas plantas de processo?

3ª. O que é especificação de uma linha de processo?

12 - ACESSÓRIOS

BOMBAS – EQUIPAMENTO DESTINADO A MOVIMENTAR LÍQUIDOS

VENTILADORES – EQUIPAMENTOS DESTINADOS A MOVIMENTAR GASES

FLANGES – ACESSÓRIO DESTINADO A UNIR TUBOS, COTOVELOS, ESTREITAMENTOS, ETC.

51

CURVAS OU JOELHOS – ACESSÓRIO DESTINADO A FAZER CURVAS COM OS TUBOS COM 90 GRAUS OU MENOS.

ESTREITAMENTOS OU ALARGAMENTOS – ACESSÓRIO DESTINADO A CONECTAR TUBOS COM DIÂMETROS DIFERENTES.

PLACA DE ORIFÍCIO – DESTINADA A MEDIR A VAZÃO DENTRO DE UM TUBO.

VALVULAS – ACESSÓRIO DESTINADO A CONTROLAR FLUXO DE LÍQUIDOS E GASES.

SOLDAS – UNIÃO DESTINADA A UNIR DOIS TUBOS OU TUBOS A ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÃO.

FLANGE CEGO – ACESSÓRIO UTILIZADO PARA FECHAR UMA TUBULAÇÃO.

TIRANTE – ACESSÓRIO UTILIZADO PARA SUPORTAR UMA TUBULAÇÃO AÉREA (PENDURADA).

TIPOS DE ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÕES.

TAMPÃO45º RAIO LONGOSolda

90º RAIO LONGOSolda

180º RAIO LONGOSolda

45º RAIO CURTO Solda

180º RAIO CURTO Solda

TE RETO

TE COM REDUÇÃO

REDUÇÃOCONCÊNTRICA

REDUÇÃOEXCÊNTRICA

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OUTROS ACESSÓRIOS PARA TUBULAÇÕES

Purgador de bóia para ar comprimido.

Para purgação de linhas de ar comprimido e outros gases.Também aplicados, para desaeração de tubulações e vasos contendo líquidos

Purgador de bóia para vapor.

Para purgação e desaeração de linhas de vapor e quaisquer trocadores de calor. Especialmente aplicável em circuitos regulados e para controle de nível.

Válvula de retenção tipo portinhola.

São aplicáveis para líquidos, gases e vapor. Principalmente empregadas, nas indústrias químicas e petroquímicas, na indústria açucareira, em linhas de abastecimento de água e em instalações de vapor em geral.

Válvula de retenção de disco flangeada.

Para impedir o retorno de gases, líquidos ou vapor em tubulações. Indicadas também, para serem aplicadas como válvulas de pé em linhas de bombeamento, elementos de ventilação ou quebra-vácuo e como órgãos de segurança em linhas de revezamento.

Visor de fluxo com sifão e janela dupla.

Para controlar o fluxo do condensado a montante de purgadores e a jusante de superfícies de aquecimento em sistemas de vapor.

51

Visor de fluxo simples com janela dupla.

Para verificação das condições de fluxo no interior de tubulações, com fluidos líquidos e gasosos de pH até 10.

Visor de fluxo para controle a jusante de purgadores, janela dupla,cristal em vidro temperado.

Para observar o deslocamento de qualquer fluido em uma tubulação. Instalado a jusante de purgadores, que descarregam para linha de retorno, possibilitam verificar se os mesmos estão funcionando.

Válvulas de descarga contínua para caldeiras.

Para descarga contínua de sais e lixívias em caldeiras de vapor. Indicada, também, para evaporadores e similares, ou para ser aplicada como válvula reguladora e dosadora em outros equipamentos industriais.

Válvula de descarga periódica para extração de lodos da caldeira.

Para extração periódica de lodo e sais de caldeiras de vapor, vasos pressurizados e equip.similares. São aplicados em líquidos, gases ou vapor, sempre que se imponham abertura e fechamento instantâneos. Indispensáveis para o desempenho econômico e seguro

Válvula agulha.

Desenvolvida para ajuste preciso de vazão.

Distribuidor de Fluxo Múltiplo.

Desenvolvido para atuar na distribuição de ar comprimido, podendo ainda ser utilizado em sistemas óleo-dinâmicos em geral.

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Distribuidor de Fluxo Universal para Purgadores.

Para monitoração de purgadores nas linhas de vapor facilitando a manutenção e/ou reposição destes. Também permite o bloqueio da linha, além de recuperar o condensado para a linha quando o funcionamento normal.

Filtro para tubulações tipo cesta.

Para filtragem de qualquer fluídos em tubulações industriais.

Separador centrífugo de partículas.

Para eliminar condensado ou gotículas em suspensão, assim como outras impurezas, em instalações de vapor, ar comprimido ou outros gases. São aplicados tanto em instalações terrestres, quanto marítimas.

Filtro tipo "Y".

Para filtrar toda espécie de fluídos líquidos ou gasosos em tubulações industriais.

FONTE ASCA EQUIPAMENTOS

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Exercícios.

1ª. Porque existe uma diversidade tão grande de equipamentos nas linhas de processo?

2ª. Qual a função de um purgador?

3ª. Qual a função de uma válvula agulha?

4ª. Para que serve um registro globo?

5ª. Qual a função de um filtro na linha?

6ª. Para que serve um visor de fluxo?

7ª. É possível ter uma planta de processo sem acessórios de tubulação? Porque?

13 - MÉTODO PRÁTICO PARA DIMENSIONAMENTO DE TUBULAÇÃO DE BOMBEAMENTO.

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