Apostila de Processos is

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51 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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Sumrio 1 - Estrutura, propriedades e aplicaes dos materiais metlicos - como ferro, cobre e alumnio. 2 Ensaios de dureza e trao. 3 Noes de conformao - fundio, aciaria, laminao, trefilao, forjamento e extruso. 4 Tcnicas de unies e juntas - soldas, parafusos e rebites. 5 Tipos de aos ao carbono, baixa liga e alta liga. 6 Introduo. 7 Definies tubos e acessrios. 8 Fabricao. 9 - Aplicaes das tubulaes 10 Meios de ligao. 11 Materiais e especificaes com exemplos de instalaes. 12 - Vlvulas industriais e demais acessrios. 13 Clculo do dimetro de um sistema de bombeamento.

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1 - ESTRUTURA, PROPRIEDADES E APLICAES DOS MATERIAIS METLICOS - COMO FERRO, COBRE E ALUMNIO. Ferro O ferro no encontrado puro na natureza. Encontra-se geralmente combinado com outros elementos formando rochas as quais d-se o nome de MINRIO. Minrio de ferro O minrio de ferro retirado do subsolo, porm muitas vezes encontrado exposto formando verdadeiras montanhas. O principais minrios de ferro so a Hematita e Magnetita.Para retirar as impurezas, o minrio lavado, partido em pedaos menores e em seguida levados para a usina siderrgica. Obteno do ferro gusa Na usina, o minrio derretido num forno denominado ALTO FORNO. No alto forno, j bastante aquecido, o minrio depositado em camadas sucessivas, intercaladas com carvo coque(combustvel) e calcrio (fundente). Estando o alto forno carregado, por meio de dispositivo especial injeta-se ar em seu interior. O ar ajuda a queima do carvo coque, que ao atingir 1200C derrete o minrio. O ferro ao derreter-se deposita-se no fundo do alto forno. A este ferro d-se o nome de ferro-gusa ou simplesmente gusa. As impurezas ou escrias por serem mais leves, flutuam sobre o ferro gusa derretido. Atravs de duas aberturas especiais, em alturas diferentes so retiradas, primeiro a escria e em seguida o ferro-gusa que despejado em panelas chamadas CADINHOSO ferro-gusa derretido levado no cadinho e despejado em formas denominadas lingoteiras.

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Uma vez resfriado, o ferro-gusa retirado da lingoteira recebendo o nome de LINGOTE DE FERRO GUSA. A seguir so armazenados para receberem novos tratamentos, pois este tipo de ferro, nesta forma, usado apenas na confeco de peas que no passaro por processos de usinagem. Ferro fundido uma liga de ferro - carbono que contm de 2 a 4,5% de carbono. O ferro fundido obtido diminuindo-se a porcentagem de carbono do ferro gusa. portanto um ferro de segunda fuso. A fuso de ferro gusa, para a obteno do ferro fundido, feita em fornos apropriados sendo o mais comum o forno CUBIL. O ferro fundido tem na sua composio maior porcentagem de ferro, pequena porcentagem de carbono, silcio, mangans, enxofre e fsforo. Tipos de ferro fundido Os tipos mais comuns de ferro fundido so o ferro fundido cinzento e o ferro fundido branco. Ferro fundido cinzento Caractersticas: Fcil de ser fundido e moldado em peas. Fcil de ser trabalhado por ferramentas de corte. Absorve muito bem as vibraes, condio que torna ideal para corpos de mquinas. Quando quebrado sua face apresenta uma cor cinza escura, devido o carbono se encontrar combinado com o ferro, em forma de palhetas de grafite. Porcentagem de carbono varivel entre 3,5% a 4,5%. Ferro fundido branco Caractersticas:

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Difcil de ser fundido. Muito duro, difcil de ser usinado, s podendo ser trabalhado com ferramenta de corte especiais. usado apenas em peas que exijam muito resistncia ao desgaste. Quando quebrado, sua face apresenta-se brilhamte, pois o carbono apresenta-se totalmente combinado com o ferro. Porcentagem de carbono varivel entre 2% e 3%. O ferro fundido cinzento, devido s suas caractersticas, tm grande aplicao na indstria. O ferro fundido branco utilizado apenas em peas que requerem elevada dureza e resistncia ao desgaste. O acabamento de poos inclui as atividades realizadas em um poo aps sua perfurao para prepar-lo para uma produo segura de petrleo ou gs e tudo isso feito com ao. Depois de perfurar a rocha onde se espera encontrar petrleo ou gs, um poo alinhado com tubos de ao (invlucro de ao) que juntos formam um tubo contnuo vazio. bombeado cimento para o fundo do invlucro de ao e, sob presso, forado a sair do tubo de ao para, assim, preencher a lacuna entre o tubo e a rocha. Em muitos poos, os furos so feitos atravs do tubo de ao na profundidade onde se espera encontrar petrleo ou gs. Isso feito com uma pistola de perfurao, que contm cargas explosivas e projteis que provocam uma exploso ao longo do invlucro de ao, fazendo buracos por onde o petrleo fluir. Para poos feitos em areia macia, so usadas telas de ao em vez de um invlucro slido. Essas telas agem como uma peneira, que deixa o leo e o gs passarem, mas impede o desmoronamento de areia dentro do poo. Alguns poos no precisam de nenhum sistema de filtrao

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especial. Esses poos abertos (ou descalos) so feitos quando a geologia assegura que o petrleo e o gs podem fluir com segurana e eficincia da rocha desencapada para baixo da parte revestida da perfurao. Um dispositivo chamado rvore de Natal colocado no ponto mais alto dos poos. Ele contm vlvulas que controlam o fluxo de petrleo e gs e que podem interromper rapidamente o fluxo em caso de emergncia. Alguns poos tambm tm vlvulas e dispositivos de medio em uma parte profunda do poo que podem ser controlados a distncia para regular o fluxo de uma ou mais camadas de rocha e, assim, maximizar a produo de petrleo e gs por todo um campo petrolfero. Isso chamado de acabamento inteligente e em tudo isso utilizado ao. Cobre O cobre um metal vermelho-marrom, que apresenta ponto de fuso corresponde a 1.083C e densidade correspondente a 8,96 g/cm3 (a 20C), sendo, aps a prata, o melhor condutor do calor e da eletricidade. Sua resistividade eltrica de 1,7 x 10-6 ohm-cm (a 20). Por este ltimo caracterstico, uma de suas utilizaes principais na indstria eltrica. O Cobre apresenta ainda excelente deformabilidade. Alm disso, o cobre possui boa resistncia corroso: exposto ao do ar, ele fica, com o tempo, recoberto de um depsito esverdeado. A oxidao, sob a ao do ar, comea em torno de 500C. No atacado pela gua pura. Por outro lado, cidos, mesmo fracos, atacam o cobre na presena do ar. Apresenta, finalmente, resistncia mecnica e caracterstica de fadiga satisfatrios, alm de boa usinabilidade, cor decorativa e pode ser facilmente recoberto por eletrodeposio ou por aplicao de verniz. Caractersticas do cobre:

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Econmico A combinao do manejo, maleabilidade e fcil unio permitem economizar tempo, material e custos. A longo prazo, seu desempenho e confiabilidade representam menos reclamaes e convertem o cobre em um material ideal e econmico para tubulaes. Leve As tabulaes de cobre so de uma espessura muito menor que os tubos de ferro ou enroscados do mesmo dimetro interior, por isso o transporte custa menos e o material ocupa menos espao. Malevel O tubo de cobre pode ser dobrado e moldado de vrias formas, muitas vezes evitando o uso de cotovelos e unies, alm de se ajustar a qualquer contorno ou ngulo. Com tubos flexveis, requer-se muito menos espao em parede e teto, o que muito importante em projetos de reforma ou modernizao. Fcil de unir Os tubos de cobre podem ser unidos com conexes capilares que permitem poupar material e produzir unies lisas, limpas, fortes e livres de vazamentos. Seguro O tubo de cobre no queima nem espalha a chama, alm de no produzir gases txicos. Portanto, no propaga o fogo atravs de assoalhos, muros e tetos. Tambm no produz compostos orgnicos volteis na instalao. Confivel O tubo de cobre fabricado com uma composio bem definida de acordo com as normas e marcado por uma identificao indelvel para que o usurio saiba o tipo de tubo que usa e quem o fabricou. O tubo de cobre aceito virtualmente por qualquer regulamento para sistemas hidrulicos. Resistente corroso Sua excelente resistncia corroso e formao de

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depsitos assegura que o tubo de cobre oferea um servio eficiente, o que refletido na preferncia dos clientes. Beneficia o meio ambiente O cobre 100% reciclvel e cerca de 38% do metal que utilizamos hoje vem de fontes que j foram recicladas. O cobre pode ser reciclado sem perder sua qualidade. Deste modo usado na fabricao de bombas, compressores, vlvulas, equipamentos de ar condicionado, de refrigerao industrial e comercial, caldeiras e aquecedores de gua. Tambm utilizado em uma refinaria de petrleo, em equipamentos para a destilao do leo cru, operaes de craqueamento ou desintegrao, alquilao, isomerizao e processos afins. Dadas as severas condies de operao s quais podem estar submetidos os materiais de construo dos equipamentos de processo, o cobre e suas ligas so extraordinariamente teis por sua excelente resistncia corroso em relao a uma grande variedade de fluidos de processo.

O cobre forma uma srie de ligas muito importantes e segundo classificao da ABNT, os principais tipos de cobre so os seguintes: Cobre eletroltico tenaz (Cu ETP), fundido a partir de cobre eletroltico, contendo no mnimo 99,90% de cobre (e prata at 0,1%); Cobre refinado a fogo de alta condutibilidade (Cu FRHC), contendo um mnimo de 99,90% de cobre (includa a prata); Cobre refinado a fogo tenaz (Cu FRTP), fundido a partir do tipo anterior, contendo de 99,80% a 99,85% no mnimo de cobre (includa a prata); Cobre desoxidado com fsforo, de baixo teor de fsforo (Cu DLP), obtido por vazamento em molde, isento

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de xido cuproso por desoxidao com fsforo, com um teor mnimo de 99,90% de cobre (e prata) e teores residuais de fsforos (entre 0,004 e 0,012%); Cobre desoxidado com fsforo, de alto teor de fsforo (Cu DHP), obtido como o anterior, com teor mnimo de cobre (e prata) de 99,80% ou 99,90% e teores residuais de fsforo (entre 0,015 e 0,040%); Cobre isento de oxignio (Cu OF), do tipo eletroltico, de 99,95% a 99,99% de cobre (e prata); processado de modo a no conter nem xido cuproso e nem resduos desoxidantes; Cobre refundido (Cu CAST), obtido a partir de cobre secundrio e utilizado na fabricao de ligas de cobre; o teor mnimo de cobre (e prata) varia de 99,75% (grau A) a 99,50% (grau B). Esses tipos de cobre so fornecidos em forma de placas, chapas, tiras, barras, arames e fios, tubos, perfis ou conformados por forjamento. Suas propriedades mecnicas variam dentro dos seguintes limites: limite de escoamento - 5 a 35 kgf/mm2 limite de resistncia trao - 22 a 45 kgf/mm2 alongamento - 48 a 60% dureza Brinell - 45 a 105 HB mdulo de elasticidade - 12.000 a 13.500 kgf/mm2 Alguns tipos apresentam boa resistncia 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 designado pela expresso tmpera, a qual no tem nada a ver com o tratamento trmico de tmpera, aplicado nas ligas ferro-carbono. As aplicaes industriais dos vrios tipos de cobre acima mencionados so as seguintes:

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Cobre eletroltico tenaz (Cu ETP) e cobre refinado a fogo de alta condutibilidade (Cu FRHC) - de qualidade mais ou menos idntica - aplicaes onde se exige alta condutibilidade eltrica e boa resistncia corroso, tais como: na indstria eltrica, na forma de cabos condutores areos, linhas telefnicas, motores geradores, transformadores, fios esmaltados, barras coletoras, contatos, fiao para instalaes domsticas e industriais, interruptores, terminais, em aparelhos de rdio e em televisores tec.; na indstria mecnica, na forma de peas para permutadores de calor, radiadores de automveis, arruelas, rebites e outros componentes na forma de tiras e fios; na indstria de equipamento qumico, em caldeiras, destiladores, alambiques, tanques e recipientes diversos, em equipamento para processamento de alimentos; na construo civil e arquitetura, em telhados e fachadas, calhas e condutores de guas pluviais, cumeeiras, praraios, revestimentos artsticos etc.; Cobre refinado a fogo tenaz (Cu FRTP) - embora contendo maior teor de impurezas, as aplicaes so mais ou menos semelhantes s anteriores no campo mecnico, qumico e construo civil; na indstria eltrica, esse tipo de cobre pode ser aplicado somente quando a condutibilidade eltrica exigida no for muito elevada; Cobre isento de oxignio (Cu OF) - devido a sua maior conformabilidade, particularmente indicado para operaes de extruso por impacto; aplicaes importantes tm-se em equipamento eletro-eletrnico, em peas para radar, anodos e fios de tubos a vcuo, vedaes vidrometal, vlvulas de controle termosttico, rotores e condutores para geradores e motores de grande porte, antenas e cabos flexveis e em peas para servios a altas temperaturas, na presena de atmosferas redutoras; Cobre desoxidado com fsforo, de baixo teor em fsforo (Cu DLP) - utilizado principalmente na forma de tubos e chapas, em equipamento que conduz fluidos, tais como evaporadores e permutadores de calor, tubulaes de vapor, ar, gua fria ou quente e leo; em tanques e radiadores de automveis; em destiladores, caldeiras,

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autoclaves, onde se requer soldagem, em aparelhos de ar condicionado etc.; Cobre desoxidado com fsforo, de alto teor em fsforo (Cu (DHP) - aplicaes praticamente semelhantes s do tipo anterior. Alumnio Seu peso especfico de 2,7 g/cm3 a 20C; seu ponto de fuso corresponde a 660C e o mdulo de elasticidade de 6.336 kgf/mm2. Apresenta boa condutibilidade trmica e relativamente alta condutibilidade eltrica (62% da do cobre). no-magntico e apresenta baixo coeficiente de emisso trmica. Esses caractersticos, alm da abundncia do seu minrio principal, vm tornando o alumnio o metal mais importante, aps o ferro. O baixo peso especfico do alumnio torna-o de grande utilidade em equipamento de transporte - ferrovirio, rodovirio, areo e naval - e na indstria mecnica, numa grande variedade de aplicaes. O baixo ponto de fuso, aliado a um elevado ponto de ebulio (cerca de 2.000C) e a uma grande estabilidade a qualquer temperatura, torna a fuso e a moldagem do alumnio muito fceis. A condutibilidade trmica, inferior somente s da prata, cobre e ouro, o torna adequado para aplicaes em equipamento destinado a permutar calor. Sua alta condutibilidade eltrica e ausncia de magnetismo o tornam recomendvel em aplicaes na indstria eltrica, principalmente em cabos condutores. Finalmente, o baixo fator de emisso o torna aplicvel como isolante trmico. Entretanto, a resistncia mecnica 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 reduo de 75%)

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sobe para cerca de 11,5 kgf/mm2. muito dctil: alongamento de 60 a 70%. Apresenta boa resistncia corroso, devido estabilidade do seu principal xido Al2O3 que se forma na superfcie do metal. Essa resistncia corroso melhorada por anodizao, que ainda melhora sua aparncia, tornando-o adequado para aplicaes decorativas. As ligas de alumnio no apresentam a mesma resistncia corroso que o alumnio puro, de modo que quando se deseja aliar a maior resistncia mecnica das ligas com a boa resistncia corroso do alumnio quimicamente puro, utiliza-se o processo de revestimento da liga por capas de alumnio puro (cladding), originando-se o material Alclad. Devido a sua alta ductilidade, facilmente laminado, forjado e trefilado, de modo a ser utilizado na forma de chapas, folhas muito finas, fios, tubos etc. De um modo geral, pode-se dizer que o alumnio de pureza equivalente a 99,9% anodizado, apresenta caractersticos ticos anlogos aos da prata, aplicando-se, por exemplo, em refletores. Com pureza equivalente a 99,5% utiliza-se em cabos eltricos armados com ao, alm de equipamentos variados na indstria qumica. Com pureza de 99%, sua principal aplicao em artigos domsticos, principalmente para utilizao em cozinhas. Exerccios. 1 Porque o ferro logo que sai do alto forno no tem utilizao? Quando ter e porque? 2- Qual o estgio posterior do ferro gusa no processo de produo do ao? Qual a diferena? 3 Quais os tipos diferentes do ferro e quais seus usos? 4 Entre o Ferro, cobre e alumnio qual mais malevel ? 5 Qual deles mais fcil de fundir ? Porque ? 6 Qual destes materiais pode ser facilmente trefilado ? 7 qual deles o melhor condutor eltrico? 8 Quais os diferentes tipos de cobre existentes ? 9 Quais as temperaturas de fuso desses trs materiais? 10 Em qual processo no pode ser utilizado o alumnio enquanto que pode ser utilizado o Ferro?

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2 ENSAIOS DE DUREZA E TRAO. ENSAIOS DE TRAOEnsaio de trao

No ensaio de trao, uma amostra do material (corpo de prova) submetida a um esforo longitudinal. O corpo de prova tem dimenses padronizadas definidas por normas. As extremidades recebem garras do equipamento de medio. A Figura 01 (a) mostra um arranjo bsico, apenas ilustrativo e sem escalas.

Figura 01

Na condio inicial, a parte central tem um comprimento L0 e rea transversal S0. O equipamento de ensaio aplica gradativamente, a partir do zero, uma fora de trao no corpo de prova. Assim, de forma genrica, pode-se dizer que, a cada valor de fora aplicada F, corresponde uma deformao L do corpo. Continuando o aumento da fora F, chega-se, como em (c)

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da figura, ao ponto de ruptura do material, finalizando o ensaio. Em princpio, seria possvel estudar a relao F versus L, mas o resultado ficaria dependente do material e das dimenses do corpo de prova. Para obter resultados dependentes apenas do material, so usadas grandezas relativas. No lugar da fora, usada a tenso de trao , que a relao entre fora e rea da seo transversal. No ensaio, considera-se apenas a rea inicial do corpo:

Figura 02

F = S0

E, no lugar da deformao absoluta, usada a deformao relativa ao comprimento inicial L0:L = L0

O valor de pode tambm ser dado em percentual, bastando multiplicar a igualdade anterior por 100. E grficos aproximados da relao tenso x deformao51

podem ser vistos na Figura 02. (a) uma curva tpica para aos de alta resistncia. (b) curva para aos de baixo / mdio carbono. (c) para ferro fundido cinzento. (d) para materiais bastante maleveis como cobre.

Figura 03

Considera-se agora a curva que tem mais fases distintas, que (b) da Figura 02 (aos de baixa dureza). A Figura 04 mostra a curva tpica e a Figura 03 d uma ampliao da parte inicial 0E. Um material dito ter comportamento elstico se, uma vez removido o esforo, as dimenses retornam quelas antes da sua aplicao, isto , no h deformaes permanentes. O trecho 0L da Figura 03 a regio elstica do material, ou seja, o comprimento retorna ao valor L0 se o ensaio for interrompido nessa regio. A tenso mxima correspondente o limite de elasticidade L do material. Dentro da regio elstica, no trecho 0P, a tenso 51

proporcional deformao, isto , o material obedece lei de Hooke: =E Onde E o mdulo de elasticidade do material (no tem relao com o ponto E da curva). Para aos, um valor tpico de E 2,06 105 MPa. Portanto, a tenso P o limite de proporcionalidade do material.

Figura 04

O ponto L marca o incio da regio plstica ou escoamento do material, significando a existncia de deformaes residuais permanentes. usual considerar incio ou limite de escoamento E a tenso que produz uma deformao residual: = 0,002 ou 0,2% (ponto E conforme Figura 03). Em referncias de lngua inglesa, comum o uso da letra Y ("yield") para esse limite (Y ou SY).

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Depois do limite de escoamento h uma significativa reduo da rea da seo transversal e a tenso real segue algo como a curva tracejada da Figura 04. Mas a conveno usar tenso aparente, em relao rea inicial. Em B da Figura 04 ocorre a tenso mxima e, em R, a ruptura do corpo de prova. A tenso B a tenso mxima, tambm denominada resistncia trao do material. Em referncias de lngua inglesa, esse valor pode ser representado por U ou SU ("ultimate strength"). tambm comum o uso da expresso "tensile strength" para esse parmetro. A tenso em R a tenso de ruptura R ou "breaking strength" em ingls. Conforme j visto na Figura 02, materiais duros como ferro fundido no apresentam esses valores distintos e, portanto, a tenso mxima a prpria tenso de ruptura. ENSAIOS DE DUREZA Pode-se definir dureza como a resistncia que um material oferece penetrao de outro em sua superfcie. Ao contrrio do anterior (trao), o ensaio de dureza pode ser feito em peas acabadas, deixando apenas uma pequena marca, s vezes quase imperceptvel. Essa caracterstica faz dele um importante meio de controle da qualidade do produto.

Figura 01

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Dureza Brinell: Seja um material, representado na parte inferior na figura ao lado, que submetido ao de uma esfera de material duro. D: dimetro da esfera. F: fora aplicada. d: dimetro da cavidade no material. A dureza Brinell (HB) do material calculada pela frmula: F HB = (1/2) D [ D (D2 d2) ] A unidade da dureza Brinell a mesma da tenso mecnica (pascal ou outras). Para alguns materiais, a resistncia trao pode ser estimada a partir da dureza Brinell com relao: #A.1#

B = k HB #B.1#. A tabela abaixo d alguns valores de k.Material Ao-carbono K 0,36 Ao-liga 0,34 Cobre, lato 0,40 Bronze laminado Bronze fundido 0,22 0,23 -

Material Liga Al Cu Mg Liga Al Mg Outras ligas Mg Alumnio fundido K 0,35 0,44 0,43 0,26

Dureza Rockwell: Para materiais duros, o objeto penetrante um cone de diamante com ngulo de vrtice de 120. Essa escala denominada Rockwell C ou HRC. Com materiais semi-duros ou macios usada uma esfera de ao temperado de dimetro 1/16". a escala Rockwell B ou HRB. Em ambos os casos, aplicada uma carga padro definida em normas e a dureza dada pela profundidade de penetrao. Dureza Vickers:

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usada uma pirmide de diamante com ngulo de diedro de 136 que comprimida, com uma fora arbitrria F, contra a superfcie do material. Calcula-se a rea S da superfcie impressa pela medio das suas diagonais. E a dureza Vickers HV dada por F/S. Existe uma proporcionalidade entre a fora aplicada e a rea e, portanto, o resultado no depende da fora, o que muito conveniente para medies em chapas finas, camadas finas (cementadas, por exemplo). Dureza Janka: uma variao do mtodo Brinell, usada em geral para madeiras. definida pela fora necessria para penetrar, at a metade do dimetro, uma esfera de ao de dimetro 11,28 mm (0,444 in). O resultado , portanto, uma fora e no h um padro de unidade. Nos Estados Unidos usada libra-fora, em alguns pases europeus, quilogramafora ou newton ou quilonewton.

EXERCCIOS. 1 Qual o nome do basto utilizado no ensaio de trao? 2 Qual(is) a unidade utilizada para ensaio de trao? 3 O que representa o ensaio de compresso? 4 Qual a utilidade prtica destes ensaios ? 5 Explique com suas palavras o que o ensaio de dureza. 6 Explique com suas palavras o que ensaio de trao. 7 No ensaio de compresso qual a escala utilizada para materiais semi-duros ? 8 Existe mais de uma escala para medir a resistncia a trao de um material ? 9 Qual a utilidade da escala de dureza janka para ensaio de compresso? 10 Em que fase de deformao o material aps se deformar no retorna ao estgio inicial?

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3 Noes de conformao - fundio, aciaria, laminao, trefilao, forjamento e extruso.

FUNDIO O processo de fundio definido como o conjunto de atividades requeridas para dar forma aos materiais por meio da sua fuso (processo de passagem de uma substncia do estado slido para o estado lquido), conseqente liquefao e seu escoamento ou vazamento para moldes adequados e posterior solidificao. ACIARIA a unidade de uma usina siderrgica onde existem mquinas e equipamentos voltados para o processo de transformar o ferro gusa (produto imediato da reduo do minrio de ferro pelo coque ou carvo e calcrio num alto forno; o gusa normalmente contm at 5% de carbono, o que faz com que seja um material quebradio e sem grande uso direto) em diferentes tipos de ao (liga metlica formada essencialmente por ferro e carbono, com percentagens deste ltimo variveis entre 0,008 e 2,11%). Distingue-se do ferro fundido, que tambm uma liga de ferro e carbono, mas com teor de carbono entre 2,11% e 6,67%. O principal destes equipamentos o convertedor, que um tipo de forno, revestido com tijolos refratrios e que transforma o ferro gusa e a sucata em ao. Uma lana sopra oxignio em alta presso para o interior do forno, produzindo reaes qumicas que separam as impurezas, como os gases e a escria. A principal reao qumica no convertedor ocorre entre o oxignio injetado e o carbono presente no ferro gusa, gerando gases que so eliminados no convertedor. Estes gases se combinam e retiram o51

carbono do gusa, dando origem ao ao. O processamento na aciaria divide-se em refino primrio e refino secundrio. O refino primrio acontece no convertedor, onde o ferrogusa geralmente adicionado a sucata de ao transformado em ao. Nesta fase so removidos o silcio, o mangans, e principalmente o carbono. No refino secundrio so feitas as correes mais especficas e controladas. A composio de outros elementos qumicos corrigida com adio de ferro-ligas. Geralmente utiliza-se Forno-Panela para este acerto de composio qumica. Aps o acerto da temperatura e da composio qumica, o ao lquido solidificado. A solidificao pode ser feita via Lingotamento Convencional ou Lingotamento Contnuo. Quando enviado a mquina de lingotamento contnuo. O produto da aciaria normalmente o ao solidificado na forma de Lingotes, Placas, Blocos ou Tarugos. Estes produto opr sua vez so matria prima de outros processos como por exemplo a Laminao. Em sequncia estes produtos so separados em duas classes: Longos e Planos. Produtos longos (Blocos, Tarugos ou Fio-mquina) e Planos no caso de Placas.

LAMINAO Processo de reduzir a espessura de uma chapa, barra ou perfil metlico por meio de sua passagem entre 2 cilindros girantes, com separao menor que a espessura de entrada. A barra "puxada" pelos cilindros devido s foras de atrito entre as superfcies. O montante da reduo limitada pelas potncias dos motores, e resistncia mecnica dos cilindros, mancais, eixos cardans e redutores. Divide-se em 2 grandes ramos: Laminao de produtos planos e no planos. LAMINAO DE PRODUTOS PLANOS: O objetivo produzir chapas de determinada espessura a partir de chapas mais grossas, ou de blocos ou lingotes. A reduo progressiva, em vrios passes e sempre num mesmo plano,

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cada passe reduzindo a espessura num certo percentual. Os esforos chegam a milhares de toneladas devido s grandes reas envolvidas. Os cilindros de trabalho, que entram em contato com o material, so suportados por cilindros de encosto, de maior dimetro o que evita que aqueles se quebrem. De todo modo a deformao elstica resulta em uma deflexo maior no meio que nas extremidades dos cilindros. Para evitar que as chapas tenham espessura diferente ao longo da largura, os dimetros dos cilindros de trabalho so maiores no meio que nas extremidades.

Tipos de Trens d

B) QuantoPlanos

Classificao51

LAMINAO DE PRODUTOS LONGOS (NO PLANOS): O objetivo produzir barras (redondas, quadradas, chatas) ou perfis (cantoneiras, vigas U e I, trilhos, dormentes metlicos, etc). Para isso necessrio que a deformao seja muitas vezes alternada entre 2 planos, de modo que a largura e espessura sejam reduzidas. Ao contrrio dos cilindros usados para chapas, aqui eles recebem sulcos (canais) usinados, por onde passam as barras e perfis, que

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so assim obrigados gradualmente, passe a passe, a mudar da seo inicial ( por exemplo: quadrada) at o perfil final.

Tipos de Trens

B) Quant

Classifica51

No Plan

Laminao a quente51

TREFILAO processo de fabricao de arame e barras finas de metal. um processo industrial que acarreta na reduo da seo transversal (largura) e respectivo aumento no comprimento do material. Consiste na Trao da pea atravs de uma ferramenta chamada fieira ou trefila, com forma de canal convergente. FORJAMENTO Processo semelhante conformao (processo mecnico onde se obtm peas atravs da compresso de metais slidos em moldes, utilizando a deformao plstica da matria-prima para o preenchimento das cavidades dos moldes), diferenciado pelo fato de que este acontece por impacto. A matria-prima colocada na parte inferior do molde, ento a parte superior desce em alta velocidade e atinge a matria-prima. A rpida deformao plstica do material beneficia as propriedades mecnicas da pea, gerando encruamento superficial.51

EXTRUSO um processo de produo de componentes mecnicos de forma semi-contnua onde o material forado atravs de uma matriz adquirindo assim a forma pr determinada pelo projetista da pea. Em geral a configurao das formas, chamadas de matrizes de extruso, transversal e vazada, mas tambm pode ser cheia. Em funo de sua construo slida e resistente, a geometria da matriz no se altera pelo uso contnuo, tendo assim uma vida til longa. Os produtos extrudados tem seo transversal constante com dimenses bastante precisas, podendo no caso de peas compridas serem cortadas ou fatiadas de acordo com a necessidade de uso. Os produtos resultantes do processo de extruso em geral so quadros de janelas e portas, trilhos para portas deslizantes, tubos de vrias sees transversais e formas arquitetnicas. Produtos extrudados podem ser cortados nos tamanhos desejados para gerarem peas, como maanetas, trancas e engrenagens. Os materiais mais utilizados no processo de extruso podem ser o Alumnio, cobre, ao, magnsio, chumbo e polmeros em geral. EXERCCIOS. 1 Qual o objetivo da trefilao? 2 Qual o motivo da exestncia da aciaria no processo de produo do ao? 3 O que extruso? Explique seu processo. 4 Qual o bjetivo da laminao? 5 O que fundio? 6 Como o processo de forjamento? 7 O que uma matriz?

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8 Qual a caracterstica do material do molde? 9 Porque a rpida conformao da pea beneficia a qualidade do produto final no forjamento? 10 Pesquise sobre encruamento.

4 TCNICAS DE UNIES E JUNTAS - SOLDAS, PARAFUSOS E REBITES. SOLDAS A soldadura um processo que visa a unio localizada de materiais, similares ou no, de forma permanente, baseada na ao de foras em escala atmica semelhantes s existentes no interior do material e a forma mais importante de unio permanente de peas usadas industrialmente. Existem basicamente dois grandes grupos de processos de soldagem. O primeiro se baseia no uso de calor, aquecimento e fuso parcial das partes a serem unidas, denominado "processos de soldagem por fuso". O segundo se baseia na deformao localizada das partes a serem unidas, que pode ser auxiliada pelo aquecimento dessas at uma temperatura inferior temperatura de fuso, conhecido como "processos de soldagem por presso" ou "processos de soldagem no estado slido".

BRASAGEM Uma operao parecida e confundida com soldagem a brasagem. A principal diferena entre a brasagem e a soldagem o facto de que na brasagem no h fuso do metal de base. A unio obtida pela difuso entre o metal de adio (fundido) e o metal de base (slido). Outra diferena o mecanismo responsvel pelo preenchimento da cavidade, o qual ocorre pelo efeito de capilaridade.

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Existem alguns tipos de processos hbridos de brasagem, actualmente utilizados na vanguarda da indstria automvel, como o processo Laser Brazing. PROCESSOS Atualmente so usados mais de 50 processos diferentes de soldagem nos mais diversos tipos de indstria, desde a microeletrnica e ourivesaria at a construo de navios e grandes estruturas, passando pela fabricao de mquinas e equipamentos, veculos e avies e muitas outras. Cerca de 70% do PIB de um pas est relacionado de alguma forma soldagem. A solda deve propiciar forte aderncia mecnica, e no caso de soldas em equipamentos eltricos ou eletrnicos devem permitir a mnima resistncia eltrica. PROCESSO DE SOLDAGEM O processo envolve muitos fenmenos metalrgicos como, por exemplo, fuso, solidificao, transformaes no estado slido, deformaes causadas pelo calor e tenses de contrao, que podem causar muitos problemas prticos. Estes podem ser evitados ou resolvidos aplicando-se princpios metalrgicos apropriados ao processo de soldagem. Soldagem de pinos Trata-se de um processo de soldagem a arco eltrico que une pinos ou peas semelhantes por aquecimento e fuso do metal base e parte da ponta do pino, seguido de imediata presso, para melhor unio e solidificao. A energia eltrica e a fora mecnica so transmitidas atravs de um porta-pinos num dispositivo de elevao, e protegidos por uma cermica, que tem como funo a proteo contra os respingos, contaminao atmosfrica, e conter o metal lquido. O arco eltrico obtido atravs da operao de toque e retrao de pino. Depois de um determinado tempo, onde o pino submerso no banho de fuso. O anel de cermica concentra o arco voltaico, protege contra a atmosfera e limita o banho de fuso. Durante a soldagem, o anel de

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cermica e o pino so colocados manualmente no equipamento apropriado conhecido como pistola para Stud e o processo de solda executado pelos comandos existentes. O tempo de operao da ordem dos milisegundos, 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; contm um gatilho que libera a corrente de soldagem, a qual transmitida para a ponta do pino, que uma espcie de encaixe, estes encaixes podem ter diferentes geometrias e espessuras, compatveis com o pino a fixar. A pistola tambm fornece presso e alivio ao sistema, atravs de uma mola controlada por uma vlvula solenide. As unidades de controle so basicamente circuitos temporizadores para aplicao do tempo de soldagem e tempo de presso, que so ligadas as fontes e pistola de soldagem, os controladores podem ser integrados as fontes de energia ou separadas. As fontes de energia empregadas no processo convencional so semelhantes s usadas para o processo eletrodo revestido, tanto geradores ou retificadores, com os pinos ligados ao polo positivo, recomendado utilizar fontes com potncia acima de 400 Ampres e tenses em vazio de no mnimo 70 Volts, caso haja a exigncia de correntes mais elevadas, pode-se ligar as fontes em paralelo, ou utilizar-se de fontes desenvolvidas para goivagem a grafite, que normalmente so projetadas para correntes de at 1600 Ampres, outra variante do processo, utiliza-se uma fonte com descarga capacitiva, com capacitores de alta capacidade. APLICAES DA SOLDAGEM A PINOS

Caldeiraria, fornos e chamins, colocao de pinos em tubos de trocadores de calor e fixao de ancoragens para isolamento;

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Estruturas metlicas e em concreto armado, fixao de buchas e ancoramento de concreto. Construo eltrica substitui unies roscadas complicadas e pequenas peas de fixao; Construo naval: fixadores para mantas isolantes e fixadores de cabos; Indstria automobilstica, por exemplo, fixao das armaes, revestimentos, parafusos e porcas.

MATERIAIS Os pinos podem ser de ao SAE 1030, em ao baixa liga com cromo e molibidnio; pino de ao inox com alta liga; pinos de alumnio 99,5 em ligas de alumnio (proteo da poa de soldagem com gs argnio necessrio). possvel solda dissimilar, geralmente com pinos de ao inoxidvel para ancoragem de refratrio para vlvulas siderrgicas.

SOLDAGEM EM AO INOX Existem diversos modos de se unir duas partes metlicas. Entre elas est a soldagem, que um processo de unio, utilizando uma fonte de calor, com ou sem aplicao de presso. Caractersticas do Processo de Soldagem:

Produzir energia para unir dois metais Evitar o contato da regio aquecida com o ar atmosfrico Remover contaminaes das superfcies que esto sendo unidas Controlar as transformaes 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 unio. Industrialmente, os processos de soldagem mais empregados so os que utilizam a eletricidade como gerao de energia para realizar a unio. A soldagem por resistncia envolve as seguintes variantes de processo: soldagem a ponto, soldagem com costura, soldagem topo-a-topo e soldagem com ressalto. J a

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soldagem com arco eltrico pode ser subdividida entre soldagem com eletrodo consumvel e soldagem com eletrodo no consumvel. No primeiro caso esto 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 no consumvel so soldagem TIG e soldagem com plasma. Todos os processos citados podem ser utilizados para soldagem dos aos inoxidveis. A escolha vai depender de diversos fatores que so abordados a seguir. A escolha do processo de soldagem envolve basicamente quatro fatores: 1. 2. 3. 4. O projeto da junta (tipo, posio,...) A espessura do material A natureza do material a ser soldado O custo de fabricao (produtividade, qualidade da junta, durabilidade do produto...)

SOLDAGEM COM ELETRODO REVESTIDO

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Soldagem com eletrodo revestido Consiste em um arco eltrico que formado com o contato do eletrodo (revestido) na pea a ser soldada. O eletrodo consumido medida que vai se formando o cordo de solda, cuja proteo contra contaminaes do ar atmosfrico feita por atmosfera gasosa e escria, proveniente da fuso do seu revestimento. Eletrodo: alma metlica + revestimento. Funes do revestimento

Estabilizar o arco eltrico Gerar gases de proteo da poa de fuso Produzir escria que evita contaminao pelo ar atmosfrico da poa de fuso e do cordo de solda: Adicionar elementos de liga na poa de fuso Facilitar a soldagem fora de posio Facilidade de fabricao dos eletrodos revestidos

Vantagens

Baixo custo do equipamento Versatilidade Soldagem em locais de difcil acesso Disponibilidade de consumveis no mercado

Limitaes

Baixa produtividade devido taxa de deposio Necessidade de remoo de escria Dependente da habilidade do soldador Produo de fumos e respingos Qualidade do cordo inferior aos processos TIG, Plasma e MIG Posio de soldagem restrita A automatizao possvel, porm trabalhosa. Maior impacto ambiental com gerao de resduos das sobras do arame. Gera impacto sade do soldador em funo da inalao de fumos metlicos e pela irradiao51

infravermelha agressiva viso, obrigando a filtros especiais na mscara de solda. SOLDAGEM TIG O processo de soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) definido como o processo de soldagem a arco eltrico estabelecido entre um eletrodo no consumvel a base de tungstnio e a pea a ser soldada. A poa de fuso protegida por um fluxo de gs inerte. Vantagens

Soldas de excelente qualidade Acabamento do cordo de solda Menor aquecimento da pea soldada Baixa sensibilizao corroso intergranular Ausncia de respingos Pode ser automatizado Leva certa vantagem em alguns casos sobre a soldagem Mig/Mag

Limitaes

Dificuldade de utilizao em presena de corrente de ar Inadequado para soldagem de chapas de mais de 6 mm. Produtividade baixa devido taxa de deposio Custo do equipamento Processo depende da habilidade do soldador, quando no automatizado

SOLDAGEM MIG/MAG

No processo de soldagem MIG/MAG (Metal Inert Gas/Metal Active Gas) o arco eltrico aberto entre um arame alimentado contnuamente e o metal de base. A regio fundida protegida por um ou mais gases (argnio, CO2, hlio ou O2), que podem ser inertes (MIG) ou ativos (MAG).

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Vantagens

Facilidade de operao Alta produtividade Processo automatizvel Baixo custo No forma escria Cordo de solda com bom acabamento Gera pouca quantidade de fumos Soldas de excelente qualidade Mais fceis de serem conduzidas

Limitaes

Regulagem do processo bastante complexa No deve ser utilizado em presena de corrente de ar Posio de soldagem limitada Probabilidade elevada de gerar porosidade no cordo de solda Produo de respingos Manuteno mais trabalhosa

SOLDAGEM POR RESISTNCIA Ao contrrio dos outros processos, a soldagem por resistncia eltrica utiliza o aquecimento por efeito Joule para realizar a fuso da face comum entre as duas peas. O efeito Joule ocorre pela gerao de calor atravs da passagem de corrente eltrica em uma resistncia.No caso da soldagem de chapas, a maior resistncia est localizada exatamente na superfcie interna das chapas, utilizando-se as condies corretas de soldagem. Com aplicao da presso pelos eletrodos de ligas de cobre e a posterior passagem de corrente, ocorre a fuso desta face em comum, Vantagens

Soldagem de chapas muito finas Facilidade de operao Velocidade do processo elevada Facilidade para manuteno No depende da habilidade do soldador

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Acabamento com alta qualidade

Limitaes

No aceita peas com formatos muito complexos e pesadas Custo elevado do equipamento e da manuteno Demanda de energia eltrica durante a soldagem

ARAME TUBULAR Data da dcada de 30 o incio da utilizao de proteo gasosa nas operaes de soldagem, para resolver problemas da contaminao atmosfrica nas soldas de materiais reativos (i.e. alumnio, titnio e ligas de magnsio), tendo dado origem ao processo TIG (Tungsten Inert Gas). Utilizando o mesmo princpio de funcionamento do TIG, ou seja um arco eltrico estabelecido entre um eletrodo e a pea, envolto por uma atmosfera protetora de gs inerte, surge em 1948 o processo MIG, o qual difere do anterior por utilizar um eletrodo consumvel de alimentao contnua. Inicialmente utilizado para ligas altamente reativas, pois a utilizao de gases inertes tornava seu custo elevado para utilizao em aos carbono e baixa liga. Quando da introduo do CO2 como gs de proteo revelou-se um processo bem aceito para soldagem de ao carbono e baixa liga, uma vez que barateou o custo do processo. Esquema de um aparelho de soldagem por Arame Tubular No incio apenas arame slido era utilizado e por volta dos anos 50 foi introduzido o uso de Arame Tubular com proteo gasosa. Na dcada de 60 o Arame autoprotegido foi introduzido por pesquisadores e engenheiros da Lincoln Eletric [Miskoe 1983]. A utilizao de Arame Tubular deu uma alta qualidade ao metal de solda depositado, excelente aparncia ao cordo de solda, boas caractersticas de arco, alm de diminuir o nmero de respingos e possibilidade de solda em todas as posies, tendo ganho popularidade para soldagem de aos 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 posio de soldagem no permitia a aplicao de outros processos de alto rendimento tal como arco submerso ou eletroescria. O processo de soldagem por Arame Tubular tem duas variantes, podendo ser protegido por gs inerte, por gs ativo ou mistura destes ("dualshield") ou autoprotegido, sem a utilizao de gases de proteo ("innershield"). Atualmente a utilizao de Arames Tubular autoprotegido tem tido grande interesse em conseqncia da sua versatilidade e possibilidade de aplicao em ambientes sujeitos a intempries como, na fabricao de plataformas de prospeo de petrleo, estaleiros navais, locais de difcil acesso e condies de trabalho, onde at ento era absoluto o domnio do processo de soldagem por eletrodos revestidos, assim como vem aumentando sua utilizao em estaes de trabalho automatizadas e ou robotizadas. Definio O processo de soldagem por Arame Tubular definido como sendo um processo de soldagem por fuso, onde o calor necessrio a ligao das partes fornecido por um arco eltrico estabelecido entre a pea e um Arame alimentado continuamente. 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 inorgnicos e metlicos que possuem vrias funes, entre as quais a melhoria das caractersticas do arco eltrico, a transferncia do metal de solda a proteo do banho de fuso e em alguns casos a adio de elementos de liga, alm de atuar como formador de escria. Este processo possui basicamente duas variantes:

Arame Tubular com proteo gasosa Arame Tubular autoprotegidos

Soldagem TIG Em solda TIG, o gs geralmente utilizado o ARGNIO, o arco eltrico se estabelece entre a pea de trabalho e um eletrodo de tungstnio com aproximadamente 2% de

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trio(quando para ao carbono). A poa de fuso e o eletrodo so protegidos contra os efeitos do ar atmosfrico por um gs inerte, cujo fluxo direcionado por um bocal que circunda o eletrodo. O arco eltrico ignitado por um gerador de fasca (gerador de alta freqncia) entre o eletrodo e a pea. O eletrodo representa apenas o terminal de um dos plos e no adicionado poa de fuso (eletrodo no consumvel). Consequentemente so utilizados eletrodos de material de alto ponto de fuso e de alta emisso terminica (o ponto de fuso do tungstnio de 3.370C). Para solda de ao, cobre, nquel, titnio, etc, utilizada corrente contnua com polaridade direta (eletrodo conectado ao terminal negativo) aquecendo menos o eletrodo se comparado com a polaridade inversa. Alumnio e suas ligas so normalmente soldados com corrente alternada. A corrente alternada d um arco que limpa a chapa no ciclo positivo, permitindo ao metal fluir facilmente. Alumnio pode tambm ser soldado com corrente contnua, polaridade direta, com o uso de Hlio como gs de proteo. Escolha do gs de proteo para vrios metais base e suas ligas: Argnio o gs de proteo mais utilizado em soldagem pelo processo TIG. Hlio (He), misturas de Argnio/Hlio ou a mistura de Argnio/Hidrognio so utilizados em casos especficos. SOLDAGEM POR ARCO SUBMERSO O processo de soldagem por arco submerso um processo no qual o calor para a soldagem fornecido por um (ou alguns) arco (s) desenvolvido (s) entre um (s) eletrodo(s) de arame slido ou tubular e a pea obra. Como j est explcito no nome, o arco ficar protegido por uma camada de fluxo granular fundido que o proteger, assim como o metal fundido e a poa de fuso, da contaminao atmosfrica. Como o arco eltrico fica completamente coberto pelo fluxo, este no visvel, e a solda se desenvolve sem fascas, luminosidades ou respingos, que caracterizam os demais processos de soldagem em que o arco aberto. O fluxo, na forma granular, para alm das funes de proteo e limpeza do arco e metal depositado, funciona como um isolante trmico, garantindo uma excelente concentrao de calor que ir caracterizar a alta penetrao que pode ser obtida com o processo.51

Princpio de Funcionamento do Processo Em soldagem por arco submerso, a corrente eltrica flui atravs do arco e da poa de fuso, que consiste em metal de solda e fluxo fundidos. O fluxo fundido , normalmente, condutivo (embora no estado slido, a frio no o seja). Em adio a sua funo protetora, a cobertura de fluxo pode fornecer elementos desoxidantes, e em solda de aos-liga, pode conter elementos de adio que modificariam a composio qumica do metal depositado. Durante a soldagem, o calor produzido pelo arco eltrico funde uma parte do fluxo, o material de adio (arame) e o metal de base, formando a poa de fuso. A zona de soldagem fica sempre protegida pelo fluxo escorificante, parte fundida e uma cobertura de fluxo no fundido.O eletrodo permanece a uma pequena distncia acima da poa de fuso e o arco eltrico se desenvolve nesta posio. Com o deslocamento do eletrodo ao longo da junta, o fluxo fundido sobrenada e se separa do metal de solda lquido, na forma de escria. O metal de solda que tem ponto de fuso mais elevado do que a escria, se solidifica enquanto a escria permanece fundida por mais algum tempo. A escria tambm protege o metal de solda recm-solidificado, pois este ainda, devido a sua alta temperatura, muito reativo com o Nitrognio e o Oxignio da atmosfera tendo a facilidade de formar xidos e nitretos que alterariam as propriedades das juntas soldadas. Com o resfriamento posterior, remove-se o fluxo no fundido (que pode ser reaproveitado) atravs de aspirao mecnica ou mtodos manuais, e a escria, relativamente espessa de aspecto vtreo e compacto e que em geral se destaca com facilidade. O fluxo distribudo por gravidade. Fica separado do arco eltrico, ligeiramente frente deste ou concentricamente ao eletrodo. Esta independncia do par fluxo-eletrodo outra caracterstica do processo que o difere dos processos eletrodo revestido, MIG-MAG e arame tubular. No arco submerso, esta separao permitir que se utilize diferentes composies fluxo-arame, podendo com isto selecionar combinaes que atendam especificamente um dado tipo de junta em especial. O esquema bsico do funcionamento do processo pode ser visto na Figura 51

Componentes essenciais de um equipamento de arco submerso. Componentes Essenciais de um Equipamento de Arco Submerso O processo pode ser semi-automtico com a pistola sendo manipulada pelo operador. Esta porm no a maneira que o processo oferece a maior produtividade. Esta conseguida com o cabeote de soldagem sendo arrastado por um dispositivo de modo a automatizar o processo. Outra caracterstica do processo de soldagem por arco submerso est em seu rendimento pois, praticamente, pode-se dizer que no h perdas de material por projees (respingos). Possibilita tambm o uso de elevadas correntes de soldagem (at 4000 A) o que, aliado s altas densidades de corrente (60 a 100 A/mm2), oferecer ao processo alta taxa de deposio, muitas vezes no encontradas em outros processos de soldagem. Estas caractersticas tornam o processo de soldagem por arco submerso um processo econmico e rpido em soldagem de produo. Em mdia, gasta-se com este processo cerca de 1/3 do tempo necessrio para fazer o mesmo trabalho com eletrodos revestidos. As soldas realizadas apresentam boa tenacidade e boa resistncia ao impacto, alm de excelente uniformidade e acabamento dos cordes de solda. Atravs de um perfeito ajustamento de fluxo, arame e parmetros de soldagem, consegue-se propriedades mecnicas iguais ou melhores que o metal de base. A maior limitao deste processo de soldagem o fato que no permite a soldagem em posies que no sejam a plana ou horizontal. Ainda assim, a soldagem na posio horizontal s possvel com a utilizao de retentores de fluxo de soldagem. Na soldagem circunferncia pode-se recorrer a sustentadores de fluxo como o que apresentado na Figura - Exemplo de recurso para sustentao de fluxo. Soldagem em alumnio

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O desenvolvimento de mtodos para a soldagem do alumnio e suas ligas abriu um novo segmento de mercado em aplicaes, como pontes, construes, (embarcaes, trens e automveis), etc. O alumnio e suas ligas podem ser soldados satisfatoriamente com a escolha adequada da liga de adio, por meio da utilizao de tcnicas apropriadas, visto que as linhas de solda so bastante resistentes para as suas vrias aplicaes. A escolha do processo de soldagem determinada pela espessura do material, tipo de cordo de solda, requisitos de qualidade, aparncia e custo. A soldagem envolve a fuso conjunta das bordas a serem unidas, freqentemente pela adio de metal lquido para preencher um canal com a forma de V. O cordo de solda composto, parcial ou totalmente, por um metal-base de ressolidificao com uma estrutura bruta de fuso. Tradicionalmente, a solda de oxiacetileno utiliza um fluxo de sal lquido para dissolver o xido de alumnio e cobrir o metal lquido. A maioria dos mtodos modernos protege o alumnio lquido com um gs inerte (argnio ou hlio), sendo que os dois processos mais conhecidos e utilizados so o MIG e o TIG, descritos a seguir: O processo TIG o mais aplicado na soldagem das ligas de alumnio e foi o primeiro a ser desenvolvido com proteo de gs inerte adequado para soldar o alumnio. Na soldagem TIG, o arco eltrico estabelecido entre um eletrodo de tungstnio no consumvel e a pea, numa atmosfera de gs inerte. Neste processo, o arco eltrico pode ser obtido por meio de corrente alternada (CA), corrente contnua (CC) com eletrodo positivo no caso de materiais com espessuras reduzidas ou correntes baixas (at 25A), devido ao risco do eletrodo de tungstnio fundir-se causando deposio de tungstnio na junta. Devido ao fato do tungstnio ser um um material extremamente duro e com coeficiente de dilatao trmica diferente do alumnio, a sua deposio pode ocasionar o surgimento de micro trincas. Na soldagem de ligas de alumnio no possvel a soldagem com o eletrodo no plo negativo devido o bombardeamento de eltrons serem direcionado no sentido

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real da corrente, ou seja, do plo negativo para o positivo. Ao colocar o eletrodo no plo negativo, no possvel gerar um aporte trmico suficiente para romper a camada de xido de alumnio (denominado alumina) que se forma na superfcie do material e possui seu ponto de fuso por volta dos 2000C (sendo bem superior ao ponto de fuso do prprio alumnio, que possui um ponto de fuso equivalente a 650C).

SOLDAGEM PLASMA Usualmente a definio de plasma tida como sendo o quarto estado da matria. Costuma-se pensar normalmente em trs estados da matria sendo eles o slido, lquido e gasoso. Considerando o elemento mais conhecido, a gua, existem trs estados , sendo o gelo, gua e vapor. A diferena bsica entre estes trs estados o nvel de energia em que eles se encontram. Se adicionarmos energia sob forma de calor ao gelo, este transformar-se- em gua, que sendo submetida a mais calor, vaporizar, ver figura abaixo. PLASMA O QUARTO ESTADO DA MATRIA Porm se adicionarmos mais energia, algumas de suas propriedades so modificadas substancialmente tais como a temperatura e caractersticas eltricas. Este processo chamado de ionizao, ou seja a criao de eltrons livres e ons entre os tomos do gs. Quando isto acontece, o gs torna-se um "plasma", sendo eletricamente condutor, pelo fato de os eltrons livres transmitirem a corrente eltrica. Alguns dos princpios aplicados conduo da corrente atravs de um condutor metlico tambm so aplicados ao plasma. Por exemplo, quando a seco de um condutor metlico submetido a uma corrente eltrica reduzida, a resistncia aumenta e torna-se necessrio aumentar-se a tenso para se obter o mesmo nmero de eltrons atravessando esta seco, e conseqentemente a temperatura do metal aumenta. O

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mesmo fato pode ser observado no gs plasma; quanto mais reduzida for a seco tanto maior ser a temperatura. ARCO PLASMA A expresso arco plasma utilizada para descrever uma famlia de processos que utilizam um arco eltrico conscrito. Processos a arco plasma so empregados para soldar, cortar e fazer revestimentos (com ps metlicos ou cermicos). Em uma tocha plasma a ponta do eletrodo (no consumvel) recolhida em um bocal, atravs do qual o gs plasma flui. O gs ioniza-se ao passar pelo arco eltrico formando o plasma (dissociao das molculas em tomos e estes em ons e eltrons). Aquecido dentro do bocal, o plasma sofre uma enorme expanso e, por ter que sair atravs de um pequeno orifcio adquire altas velocidades (na ordem de 6 Km/s) acentuando o fenmeno de dissociao. Quando fora do bocal, os ons recombinam-se para voltar ao estado gasoso, liberando uma energia tal que o leva a temperaturas acima de 25 000 C. Esta energia , ento, utilizada para fundir o metal de base e o metal de adio. PRINCPIOS BSICOS DO PROCESSO DE SOLDAGEM PLASMA O processo de soldagem plasma assemelha-se muito ao processo TIG, pelo fato de se utilizar eletrodos no consumveis e gases inertes. As diferenas so tipo de tocha, tenso do arco eltrico, alm dos recursos necessrios fonte de energia. importante notar que os dois processos possuem regies com as mesmas temperaturas mximas, porm, com a constrio do arco, obtm-se uma substancial modificao da concentrao de calor na superfcie da pea tornando-a mais favorvel ao processo de soldagem. O gs de plasma recombinado no suficiente para a proteo da regio soldada e da pea de fuso, deste modo, fornecido um fluxo gasoso suplementar e independente para proteo contra a contaminao atmosfrica.51

O primeiro fluxo, que constituir o jato de plasma, circunda o eletrodo e passa atravs de um orifcio calibrado constringindo o arco eltrico. O fluxo de gs de proteo corre entre o corpo que contm o orifcio e uma cobertura exterior. SOLDA FRIA

Divises Os processos de soldagem pode ser divididos em vrias reas distintas, so algumas: - Oxiacetilnico - (utilizando gases {corte trmico}) - MIG/MAG - TIG - Eletrodo Revestido - Arco submerso (mtodo no qual o calor requerido para fundir o metal gerado por um arco formado pela corrente eltrica passando entre o arame de soldagem e a pea de trabalho. A ponta do arame de soldagem, o arco eltrico e a pea de trabalho so cobertos por uma camada de um material mineral granulado conhecido por fluxo para solda por arco submerso. No h arco visvel nem fascas, respingos ou fumos. Sem mencionar constantemente seu aquecimento. PARAFUSOS Parafusos so elementos de fixao, empregados na unio no permanente de peas, isto , as peas podem ser montadas e desmontadas facilmente, bastando apertar e desapertar os parafusos que as mantm unidas. Os parafusos se diferenciam pela forma da rosca, da cabea, da haste e do tipo de acionamento. Em geral, o parafuso composto de duas partes: cabea e corpo. O corpo do parafuso pode ser cilndrico ou cnico, totalmente roscado ou parcialmente roscado. A cabea pode apresentar vrios formatos; porm, h parafusos sem cabea.

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H uma enorme variedade de parafusos que podem ser diferenciados pelo formato da cabea, do corpo e da ponta. Essas diferenas, determinadas pela funo dos parafusos, permite classific-los em quatro grandes grupos: parafusos passantes, parafusos no-passantes, parafusos de presso, parafusos prisioneiros. PARAFUSOS PASSANTES Esses parafusos atravessam, de lado a lado, as peas a serem unidas, passando livremente nos furos. Dependendo do servio, esses parafusos, alm das porcas, utilizam arruelas e contra porcas como acessrios. Os parafusos passantes apresentam-se com cabea ou sem cabea. PARAFUSOS NO-PASSANTES. So parafusos que no utilizam porcas. O papel de porca desempenhado pelo furo roscado, feito numa das peas a ser unida.

PARAFUSOS DE PRESSO Esses parafusos so fixados por meio de presso. A presso exercida pelas pontas dos parafusos contra a pea a ser fixada. Os parafusos de presso podem apresentar cabea ou no. PARAFUSOS PRISIONEIROS So parafusos sem cabea com rosca em ambas as extremidades, sendo recomendados nas situaes que exigem montagens e desmontagens freqentes. Em tais situaes, o uso de outros tipos de parafusos acaba danificando a rosca dos furos. REBITES Para rebitar peas, no basta voc conhecer rebites e os processos de rebitagem. Se, por exemplo, voc vai rebitar51

chapas preciso saber que tipo de rebitagem vai ser usado de acordo com a largura e o nmero de chapas, a aplicao e o nmero de fileiras de rebites. Ainda, voc precisar fazer clculos para adequar os rebites espessura das chapas. TIPOS DE REBITAGEM Os tipos de rebitagem variam de acordo com a largura das chapas que sero rebitadas e o esforo a que sero submetidas. Assim, temos a rebitagem de recobrimento, de recobrimento simples e de recobrimento duplo. REBITAGEM DE RECOBRIMENTO Na rebitagem de recobrimento, as chapas so apenas sobrepostas e rebitadas. Esse tipo destina-se somente a suportar esforos e empregado na fabricao de vigas e de estruturas metlicas. REBITAGEM DE RECOBRIMENTO SIMPLES destinada a suportar esforos e permitir fechamento ou vedao. empregada na construo de caldeiras a vapor e recipientes de ar comprimido. Nessa rebitagem as chapas se justapem e sobre elas estende-se uma outra chapa para cobri-las.

REBITAGEM DE RECOBRIMENTO DUPLO Usada unicamente para uma perfeita vedao. empregada na construo de chamins e recipientes de gs para iluminao. As chapas so justapostas e envolvidas por duas outras chapas que as recobrem dos dois lados.

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Quanto ao nmero de rebites que devem ser colocados, pode-se ver que, dependendo da largura das chapas ou do nmero de chapas que recobrem a junta, necessrio colocar uma, duas ou mais fileiras de rebites. EXERCCIOS 1. O que parafuso e paraq que serve? utlizado em conjunto com o que ? 2. Para que serve a solda e quais os tipos? 3. Para que serve a junta de vedao? 4. O que um rebite? O que ele faz? 5. O que um parafuso prisioneiro? 6. O que solda fria? 7. O que soldagem a plasma e como funciona? 5 - TIPOS DE AO Existem uma famlia inteira de ligas denominadas gusa, com diferentes propriedades, bastando variar a quantidade de carbono. Aos especiais so conseguidos se adicionando outros metais a liga. o caso por exemplo do inoxidvel, contendo cromo, nquel e outros metais; h aos de corte rpido, com at 20% de tungstnio, empregados na fabricao de instrumentos de corte; aos de silcio, que contm esse elemento num percentual varivel entre 2,5 e 4,5% com alta resistncia eltrica e baixa capacidade de magnetizao. O metal de fuso derramado em uma forma e a fica at se solidificar para o resfriamento. No caso de objetos acabados, necessrio realizar depois um polimento para eliminar rebarbas e imperfeies do molde. O metal incandescente macio e assim pode ser tracionado entre 2 longas sries de cilindros rotativos que lhe do forma e espessura desejada. No forjamento dado liga a forma e dimenses por meio de golpes violentos. Tais podem ser produzidos por um martelo mecnico ou prensa. Esta pode exercer uma presso de vrias toneladas por cm quadrado. TIPOS DE AO E SUA CLASSIFICAO

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Os vrios tipos de aos utilizados na industria da construo mecnica podem ser classificados com o sistema de codificao SAE/AISI que usa em geral quatro algarismos na forma ABXX onde: A e B - nmeros que identificam os principais elementos de liga presentes no ao e seus teores dados em porcentagem de peso. XX - indicam a porcentagem em peso de carbono do ao multiplicado por 100. Isso significa dizer que um ao identificado como 1045 contm 0,45 % em peso de carbono em sua composio qumica. Quando a letra B aparece entre os dois primeiros nmeros e os dois ltimos indica que o ao tem um teor de boro no mnimo 0,0005% em peso (o boro, quanto presente no ao em teores muito baixos, facilita a tmpera do ao, aumentando a sua resistncia). Quando o teor de carbono excede 1% o sistema admite a utilizao de cinco algarismos. O ao prata, utilizado principalmente na fabricao de anis, esferas e roletes de rolamentos, pois apresenta uma dureza elevada, codificado como 52100 o que corresponde a, 1,5% Cr e 1% de carbono. TIPOS DE AO E SUA CLASSIFICAO Os vrios tipos de aos utilizados na industria da construo mecnica podem ser classificados com o sistema de codificao SAE/AISI que usa em geral quatro algarismos na forma ABXX onde: A e B - nmeros que identificam os principais elementos de liga presentes no ao e seus teores dados em porcentagem de peso. XX - indicam a porcentagem em peso de carbono do ao multiplicado por 100.

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Isso significa dizer que um ao identificado como 1045 contm 0,45 % em peso de carbono em sua composio qumica. Quando a letra B aparece entre os dois primeiros nmeros e os dois ltimos indica que o ao tem um teor de boro no mnimo 0,0005% em peso (o boro, quanto presente no ao em teores muito baixos, facilita a tmpera do ao, aumentando a sua resistncia). Quando o teor de carbono excede 1% o sistema admite a utilizao de cinco algarismos. O ao prata, utilizado principalmente na fabricao de anis, esferas e roletes de rolamentos, pois apresenta uma dureza elevada, codificado como 52100 o que corresponde a, 1,5% Cr e 1% de carbono.Designa o SAE AISI 10XX 11XX C10X Aos carbono comuns X C11X Aos de usinagem (ou corte) fcil, com alto S X

TIPO DE AO

13XX 13XX Ao mangans com 1,75% de Mn 23XX 23XX Aos Nquel com 3,5% de Ni 25XX 25XX Aos Nquel com 5,0% de Ni 31XX 31XX Aos Nquel Cromo com 1,25% de Ni e 0,65% de Cr 33XX E33X Aos Nquel Cromo com 3,5 % de Ni e 1,55 Cr X

40XX 40XX Aos Molibdnio com 0,25% de Mo 41XX 41XX 43XX 43XX 46XX 46XX Aos Cromo Molibdnio com 0,50% ou 0,90% de Cr e 0,12% ou 0,20% de Mo Aos Nquel cromo com molibdnio com 1,80% de Ni e 0,20% ou 0,25% de Mo Aos Nquel Molibdnio com 1,55% ou 1,80% de Ni e 0,20% ou 0,25% de Mo

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47XX 47XX

Aos Nquel Cromo Molibdnio com 1,05%de Ni, 0,45% de Cr e 0,20 de Mo

48XX 48XX Aos Nquel Molibdnio com 3,5 % de Ni e 0,25% de Mo 50XX 50XX Aos cromo com 0,28% ou 0,65% de Cr 50BX 50BX Aos cromo boro com baixo teor de Cr e no mnimo 0,0005% de X X B 51XX 51XX Aos cromo com 0,80 a 1,05% de Cr 61XX 61XX Ao cromo vandio com 0,8 ou 0,95% de Cr a 0,1% ou 0,15% de v

86XX 86XX Aos nquel molibdnio com baixos teores de Ni, Cr e Mo 87XX 87XX Idem 92XX 92XX Ao silcio mangans com 0,85% de Mn e 2,0% de Si 93XX 93XX Aos silcio mangans com 3,25% de Ni, 1,20% de Cr e 0,12% de Mo

94BX 94BX Ao nquel cromo molibdnio com baixos teores de Ni, Mo e no X X mnimo 0,0005% de B 98XX 98XX Ao nquel cromo molibdnio com 1,0% de Ni,0,80 de Cr e 0,25% de Mo

Sistema de codificao SAE/AISI

SISTEMA DE CODIFICAO DIN (DIN EM 10027-1)

Elemento Cr,Co, Mn, Ni, Si, W Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr Ce, N, P, S B

Fator 4 10 100 1000

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INTERPRETAO DA CODIFICAO DIN Um nmero que 100 vezes o teor especificado de carbono. Caracteriza-se pelo uso dos smbolos dos elementos qumicos que indicam os elementos de liga que caracterizam o ao em questo. A seqncia dos smbolos deve estar em ordem decrescente de seu teor, quando o valor dos teores for o mesmo para dois ou mais elementos, os smbolos correspondentes devem ser indicados em ordem alfabtica. Cada nmero representa, respectivamente, a percentagem mdia do elemento indicado, multiplicado pelos fatores dados pela tabela codificao SAE e arredondados para o mais prximo inteiro, nmeros que se referem a diferentes elementos devem ser separados por hfens. Desta forma: Ao 37CrS4 - Este ao possui 0,37% de Carbono, 0,90% de Cromo (4 x 0,90=3,60%, arredondando = 4) alm do enxofre.

Norma DIN / Tipo de Aplicao

DIN N 1629 - Jan 61 1651 - Abr 70 1654 - Mar 80

TIPO APLICAO Aos no ligados para tubos sem costura Aos de usinagem fcil Aos para parafusos

17100 - Jan Aos para construo em geral51

80 17115 - Ago Aos para correntes soldadas 72 17135 - Mar Aos resistentes ao envelhecimento 64 17155 - Jan Aos para caldeiras 59 17200 - Nov Aos para beneficiamento 84 17210 - Dez Aos para cementao 69 17211 - Ago Aos para nitretao 70 17212 - Ago Aos para tmpera por chama ou 72 induo 17221 - Dez Aos laminados a quente para molas 72 beneficiadas 17222 - Ago Aos laminados a frio para molas 79 17225 - Abr Aos resistentes ao calor para molas 55 17230 - Set Aos para rolamentos 80 17240 - Jul 76 Aos resistentes ao calor para porcas e parafusos

Fatores que Influenciam as Propriedades Mecnicas51

PROPRIEDADES Aumenta dureza Aumenta a resistncia Diminui a dutilidade Diminui a soldabilidade Desoxidante Aumenta a resistncia ao impacto Aumenta a resistncia a corroso Aumenta a temperabilidade Aumenta a resistncia abraso Aumenta resistncia altas temperaturas

C MnP S Si Ni Cr Mo V Al X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X

BARRAS: RETILINIDADE

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PROPRIEDADES TRMICAS: INFLUNCIA NAS PROPRIEDADES MECNICAS

TRATAMENO TRMICO

FINALIDADE Remoo de tenses deixadas no ao por trabalho a frio. Diminui a dureza e as tenses de escoamento e ruptura. Amolece o ao.

PROCESSO Aquecimento seguido de resfriamento no prprio forno (lentamente).

RECOZIMENTO

Homogeneizao da Aquecimento microestrutura e alvio de seguido de NORMALIZAO tenses internas resfriamento ao causadoras de ar. empenamento. PATENTEAMENT Obtenso de uma estrura Aquecimento O que combine com alta seguido de resistncia a trao, boa resfriamento em ductilidade (especial para banhos de arames de alta taxa de chumbo lquido a trefilao), resultando em

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alta tenacidade. Obtenso de uma micro estrutura interna extremaemente dura (martensita) que aumenta o limite de resistncia a traa e tambm a sua dureza.

450C. Aquecimento a alta temperatura seguido de resfriamento rpido (em gua ou leo)

TMPERA

REVENIMENTO

Acompanha a tmpera, aliviando ou removendo Aquecimento e as tenses internas permanncia em deixadas por ela, e temperatura de corrigindo as excessivas 250 a 550 C, dureza e fragilidade do seguido de material, melhorando sua resfriamento. ductilidade. Aquecimento em Aumentar a dureza e conjunto com resistncia ao desgaste uma substncia superficial (por frico ou em carbono atrito), enquanto mantm permitindo a o ncleo (miolo) do difuso do para material ainda dctil. o ao.

CEMENTAO

Aos Ferramenta So aos com propriedades especficas utilizados na transformao de outros materiais. Dividem-se em classes conforme a aplicao: Aos ferramenta para trabalhos a quente, aos ferramenta para trabalhos a frio, aos ferramenta para moldes plsticos e aos rpidos.

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Aos ferramenta para trabalho a frio So aos que se destinam a fabricao de ferramentas utilizadas no processamento a frio de aos, metais no ferrosos e materiais no metlicos em operaes diversificadas como corte, dobramento, estampagem, cunhagem, trabalhos em madeira, cermicos, corte de papel, etc. PROPRIEDADES: Alta resistncia a abraso - Quando se tem um grande atrito entre a ferramenta e o material trabalhado. Ela assegurada pela presena de carbonetos complexos de Cr, W, Mo e V juntamente com elevado teor de carbono. Elevada reteno de corte - capacidade conferida ao material de produzir um elevado nmero de cortes de boa qualidade entre retificaes como em facas, estampos de corte, punes, etc. Esta propriedade est ligada a uma alta dureza e a presena de carbonetos de Cr, Mo, W e V juntamente com carbono elevado. Alta tenacidade - capacidade de se deformar quando submetido a esforo mecnico e recuperar sua forma inicial. Alta resistncia ao choque - uma propriedade que apresenta alta dureza superficial associada a um ncleo de grande tenacidade capaz de absorver e distribuir rapidamente a energia transmitida pelo impacto das punes, talhadeiras, ponteiros, rompedores, etc. Esses aos para ter essa propriedade, possuem carbono mais baixo na faixa de 0,40 a 0,60% alm dos teores mais baixos de elementos de liga. Grande estabilidade dimensional - importante pra ferramentas de preciso que no permitem correes de forma ou dimensionais aps o tratamento trmico de51

tmpera e revenimento. No existem aos indeformveis e sim aos de baixa deformabilidade isso porque podem ocorrer distores no tratamento trmico devido a tenses trmicas, em razo das diferenas de velocidade de esfriamento entre superfcie e ncleo da pea, onde a superfcie esfria mais depressa. As transformaes estruturais que ocorrem na tmpera como contrao ocorrida na austenizao e dilatao da martensita durante o esfriamento, e no revenimento com a transformao da austenita retida em martensita teremos um aumento de volume. Outros empenamentos podem ser decorrentes de projetos inadequados como furaes prximas umas das outras, cantos vivos, rasgos de chaveta, defeitos de usinagem, grandes diferenas de perfis, restos de superfcies brutas. Os cuidados nos tratamentos trmicos como apoio de peas, calamento evitando vazios, meios de resfriamento adequados, revenimentos logo aps a tmpera, so importantes para que no ocorram deformaes. Aos ferramenta para trabalho a quente Se destinam a fabricao de ferramentas utilizadas no trabalho a quente de aos, ligas no ferrosas, etc.. Suas principais caractersticas so: . . . . . . . elevada resistncia ao revenimento; elevada resistncia mecnica a quente; boa tenacidade e polibilidade; grande resistncia abraso em temperaturas elevadas; Boa condutividade trmica; elevada resistncia fadiga; boa resistncia a formao de trincas trmicas.

Essas caractersticas conferem s ferramentas a capacidade de resistir s solicitaes mecnicas a que esto sujeitas, apesar de serem aquecidas pelo material que est processado. Elementos qumicos como Cr, Mo, V e W que conferem essas propriedades ao se juntarem ao carbono, que nesses

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aos est entre 0,30 e 0,60% formando carbonetos que contribuem para a obteno das propriedades requeridas nos aos. Com tratamentos trmicos adequados essas qualidades se completam. O Ni adicionado quando se necessita de maior tenacidade.

Aos para moldes Aos para moldes usados para transformao de plsticos so freqentemente associados designao P20. A norma ASTM A 681 estabelece uma faixa de composio qumica para este ao, que j no engloba todas, e principalmente as mais usuais verses atualmente existentes. P20 portanto, transformou-se em sinnimo de um grupo de aos e moldes para transformao de plsticos. Principais propriedades: . . . . . usinabilidade; resistncia uniforme ; polibilidade; soldabilidade; excelente resposta texturizao e nitretao.

Aos Rpidos So estes os principais tipos de aos utilizados em ferramentas, face aos seus caractersticos de alta dureza no estado temperado e reteno da dureza a temperaturas em que o gume cortante da ferramenta se torna vermelho, devido ao calor gerado na usinagem. Seu caracterstico principal a capacidade de operar em velocidades e outras condies de corte que podem elevar a temperatura do gume cortante da ferramenta a cerca de 550C-600C, durante a operao de usinagem. Nessas

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temperaturas, os aos em estudo retm a dureza que lhes permite ainda continuar na operao de usinagem; ao resfriar , aps realizada essa operao readquirem a dureza original. Este caracterstico chamado de dureza a quente e constitui a mais importante propriedade dos aos rpidos. Alm disso, devido ao alto teor de carbono e ao elevado nmero de carbonetos de liga, o que confere ao ao uma resistncia ao desgaste superior a de outros tipos de aos para ferramentas, tornando sua durabilidade maior. Sua composio tal que os torna facilmente endurecveis por tmpera atravs da seco inteira, mesmo pelo resfriamento em leo ou em banhos de sal; nessas condies, a tendncia a empenamento ou ruptura, no resfriamento por tmpera, menor, desde que certas precaues - como suporte adequado das peas durante o aquecimento, em vista as temperaturas de austenizao serem muito elevadas - sejam tomadas. So de difcil retificao, exigindo maiores cuidados.

Aos Inoxidveis Martensticos Estes aos caracterizam-se por serem aos cromo, contendo entre 11,5% e 18,0%; eles tornam-se martensticos e endurecem pela tmpera. Dentro deste grupo podem ser considerados trs classes: . baixo carbono, tambm chamado tipo "turbina"; . mdio carbono, tambm chamado tipo "cutelaria"; . alto carbono, tambm chamado tipo "resistente ao desgaste". As caractersticas mais importantes destes aos so: . so ferro magnticos; . podem ser facilmente trabalhados, tanto a quente como a frio, sobretudo quando o teor de carbono for baixo;

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. apresentam boa resistncia corroso quando exposto aos tempo, ao da gua e de certas substncias qumicas; medida que aumenta o teor de carbono, fica prejudicada a resistncia corroso, o que, entretanto, compensado pelo alto teor de cromo; . normalmente, no so suscetveis precipitao de carbonetos nos contornos de gro; . o nquel melhora a sua resistncia a corroso, o melhor ao inoxidvel martenstico de vista de resistncia corroso, o 431, devido ao baixo carbono, alto cromo e presena de nquel; . a tmpera tambm melhora a resistncia a corroso, pois contribui para evitar a possibilidade de precipitao de carbonetos. Exerccios. 1. Como so Classificados os aos? 2. Quais as normas que regem esta classificao? 3. Quais os tipos de tratamento trmico a que so submetidos os aos? 4. Por que so necessrios os tratamentos trmicos? 5. Porque necessrio o revenimento? 6. Qual a funo da tempera? 7. O que so aos inoxidveis e quais seus tipos? 8. O que so martensita, perlita e cementita? 9. O que atenua a corroso dos aos ? 10. Para que servem os aos rpidos?

6 - INTRODUO

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Com base nos captulos anteriores, onde descrevemos vrios tipos de metais, suas ligas e mtodos utilizados para fabricao, nos captulos seguintes utilizaremos os conhecimentos adquiridos para entender como so manipulados os materiais metlicos para fabricar equipamentos utilizados nos diversos tipos de aplicaes. A indstria de petrleo est repleta de equipamentos fabricados com materiais metlicos especficos para cada aplicao onde as caractersticas de cada um so utilizadas. Para fabricar os mais diversos equipamentos para as mais diversas aplicaes, os materiais utilizados na indstria petrolfera so necessrios desde materiais dcteis at os mais resistentes materiais tanto em relao as suas propriedades fsicas como a resistncia a trao, compresso, dureza bem como em relao a sua resistncia qumica. As caractersticas de resistncia estrutural como o prprio nome j diz vo fazer com que os equipamentos se tornem robustos afim de suportarem os esforos fsicos. As caractersticas de resistncia qumica so necessrias para evitar ou minimizar a corroso imposta por meios agressivos quimicamente onde h tambm altas temperaturas e altas presses as quais tambm causam corroso, impondo reduo de vida til dos equipamentos. Exerccios. 1. Qual a relao entre a primeira parte da matria e a segunda parte? 2. Porque a preveno corroso importante? 3. Como as propriedades qumicas atenuam a corroso?

7 - DEFINIES - TUBOS E ACESSRIOS. TUBOS. Um tubo tambm chamado de tubulao ou um cilindro oco comprido geralmente fabricado em cermico, metal ou plstico. Tubos so utilizados em:51

Transporte de lquidos e/ou gases Construo civil Revestimento de poos de petrleo

Partes de mquinas e equipamentos mecnicos

Suas dimenses so expressas como dimetro interno, dimetro interno, espessura, comprimento, tipo e norma de aplicao. ACESSRIOS. So peas das mais diversas formas as quais so utilizadas em conjunto com os tubos afim de manusear os fluidos que so conduzidos atravs dos mesmos. Os acessrios de tubulaes podem ser citados como:

Controle do escoamento dentro dos tubos. Unio dos tubos atravs de mecnica e soldas. Fixao de tubos e outros acessrios. Medies de variveis de processo tais como presso, temperatura, fluxo, etc.

Exerccios. 1. Qual a funo dos tubos? 2. Eles podem ser substitudos por outro equipamento ou no? Porque? 3. Para que so utilizados os acessrios e por que so produzidos por diferentes tipos de materiais? 4. Porque importante medir variveis de processo? 8 - FABRICAO TUBOS Podem ser produzidos com e sem costura. SEM COSTURA.

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Os tubos sem costura so produzidos por processo de laminao a quente, a partir de bloco macio de seo redonda de ao, o qual ser laminado e perfurado por mandril, obtendo-se dessa maneira, suas dimenses finais. So resfriados em leito de resfriamento, at temperatura ambiente, e, por possurem uniforme distribuio de massa em torno de seu centro,mantm temperatura praticamente constante ao longo de todo o seu comprimento e em qualquer ponto de sua seo transversal. Por esse motivo possuem baixo nvel de tenses residuais , o que os distingue de tubos de ao com costura, produzidos a partir de chapas de ao calandrada e costurados (soldados) no encontro das mesmas. A regio afetada termicamente pelo processo de soldagem possui nveis de tenses residuais diferente das demais regies da seo transversal do tubo, tambm tensionadas devido ao processo de calandragem e expanso. Tal uniformidade encontrada nos tubos sem costura conduz a uma melhor performance do ao em seu emprego estrutural.

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COM COSTURA COSTURA HELICOIDAL Consiste no desenrolamento de uma bobina de ao, onde a folha de ao vai sendo dobrada por roletes dispostos de forma a unir lateralmente as folhas enquanto as mesmas vo sendo soldadas. O posicionamento dos roletes, a direo e a largura da folha de ao, as caractersticas fsicas e a composio do ao so fatores importantes na produo que vo conferir ao produto final um tubo com costura helicoidal. Segue abaixo o fluxograma de produo:

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COSTURA RETILNEA Os tubos que iremos comentar, so chamados de "com costura". Esta uma denominao errnea para o material, porm o nome se consolidou tal como "xerox". Esta denominao veio de muito tempo atrs, quando o processo utilizado era de baixa freqncia (50 ou 60 hz) o que dava ao material uma aparncia de material "costurado".

Tubos c51

Hoje o processo realizado com solda longitudinal pelo processo E.R.W. (Solda por Resistncia Eltrica) com alta freqncia. Este processo garante a homogeneidade da matria-prima com a solda, o que confere excelentes caractersticas aos produtos. Os processos de fabricao para obteno 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 matrias-primas (tipo de ao utilizado), que so normalmente fornecidas segundo especificaes 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 ( Associao Brasileira de Normas Tcnicas) e outras. A matria prima utilizada comprada em forma de bobinas, que so classificadas em dois grandes grupos:

BF - BOBINA LAMINADA A FRIO: possuem uma cor clara, sendo necessrio alguns cuidados especiais aos tubos produzidos nesta matria-prima , pois ela altamente susceptvel a oxidao ( corroso, ferrugem). Os tubos devem ser armazenados e transportados sempre evitando a umidade, seno tendem a amarelar, o que pode causar srias conseqncias na utilizao final sobre o produto. Estas bobinas so produzidas normalmente em espessuras abaixo de 2,00 mm e possuem melhor tolerncia dimensional e acabamento. Devido seu processo de fabricao ser maior que as BQ, seu custo final maior. BQ - BOBINA LAMINADA A QUENTE: Possuem uma cor escura e so menos susceptveis a oxidao. Os tubos podem ser armazenados e transportados em condies normais at mesmo em cu aberto (por pouco tempo) sem ter sua qualidade prejudicada. Estas bobinas so produzidas normalmente em espessuras51

acima de 2,00 mm e no possuem uma tolerncia dimensional to restrita quanto as BF, sendo que so tambm denominadas de BG (Bobinas Grossas), quando a espessura for superior a 5,00 mm. Quando for necessrio em uma espessura de BQ uma melhor condio dimensional podemos fazer uma relaminao a frio da chapa. Este processo tambm utilizado para se obter espessuras no fornecidas pelas usinas. As chapas relaminadas a frio so chamadas de RL. Quando os tubos de conduo so zincados a quente (galvanizados a fogo como so popularmente conhecidos) no temos a preocupao com a superfcie do tubo. Devemos apenas tomar pequenos cuidados quanto ao seu armazenamento. A verificao da qualidade da solda e/ou do produto final pode ser feita atravs de ensaios destrutivos e/ou ensaios no destrutivos, que podem ser: ELETROMAGNTICO: atravs de correntes parasitas testa o tubo quanto a descontinuidades. No garante a estanqueidade, porm admitido como o teste opcional ao hidrosttico na maioria das normas de conduo devido a sua grande velocidade de execuo. HIDROSTTICO: Consiste em testar o tubo a uma determinada presso hidrulica para garantir a estanqueidade do tubo. ENSAIOS DESTRUTIVOS: durante o processo de fabricao so realizados vrios ensaios mecnicos destrutivos em amostras retiradas durante a produo, tais como alargamento, flangeamento etc. DIMETRO EXTERNO (mm) para tubos de conduo.

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DIAMETR TAMANH ASTM BS O O A120/A13 1387 NOMINAL NOMINAL 5 1/8 3/8 1 1 1 2 2 3 3 4 5 6 6 8 10 15 20 25 32 40 50 65 80 90 100 125 150 21,30 26,70 33,40 42,20 48,30 60,30 73,00 88,90 101,60 114,30 141,30 168,30

DIN 2440

NBR 5580

NBR 5590 10,29 13,72 17,25 21,34 26,67 33,40 42,16 48,26 60,32 73,03 88,90 101,60 114,30 141,30 168,28

10,20 10,20 13,50 13,50 13,50 17,20 17,20 17,20 21,30 21,30 21,30 26,90 26,90 26,90 33,70 33,70 33,70 42,40 42,40 42,40 48,30 48,30 48,30 60,30 60,30 60,30 76,10 76,10 76,10 88,90 88,90 88,90 101,6 101,6 101,6 0 0 0 114,3 114,3 114,3 0 0 0 139,7 139,7 139,7 0 0 0 165,1 165,1 165,1 0 0 0

DIMETRO EXTERNO (mm) para eletrodutos de ao DIAMETRO NOMINAL 1/8 3/8 1 1 1/4 1 1/2 2 TAMANHO NOMINAL 6 8 10 15 20 25 32 40 50 NBR 5597 NBR 5598 ANSI C 80

17,1 21,3 26,7 33,4 42,2 48,3 60,3

17,2 21,3 26,9 33,7 42,4 48,3 60,3

17,1 21,3 26,7 33,4 42,2 48,3 60,351

2 1/2 3 3 1/2 4 5 6

65 80 90 100 125 150

73,0 88,9 101,6 114,3 141,3 168,3

76,1 73,0 88,9 88,9 101,6 101,6 114,3 114,3 139,7 141,3 165,1 16

Schedule a denominao dada ao resultado arredondado a dezena calculado pela frmula: SCH = P / S onde P a presso de trabalho do tubo e S a tenso (presso) correspondente a 60% do limite de escoamento do material a 20 Graus C. Portanto para um mesmo dimetro externo de um tubo de conduo, quanto maior o SCH maior a espessura de parede em relao ao seu dimetro. O Schedule define, portanto, a espessura de parede do tubo de conduo, sendo que os valores estabelecidos para cada Schedule (espessura) nos vrios dimetros so tabulados e convencionados nas normas correspondentes. Por exemplo, os tubos das normas americanas (carbono ASTM), seguem o padro definido na norma ANSI B 36.10 (a norma brasileira NBR 5590 tambm segue este padro). Nas normas europias (DIN, BS e outras), bem como nas normas brasileiras (ABNT) no comum a designao das espessuras em Schedule e sim conforme recomendao da ISSO (INTERNACIONAL STANDARDZATION ORGANIZATION) que estabelece classes de espessuras, que so definidas conforme tabela de cada norma. Por exemplo, na NBR 5580 temos classes leve, mdia e pesada. A tabela a seguir fornece a espessura de parede dos tubos em funo do dimetro nominal (em polegadas) e o Schedule. DIAMETRO NOMINAL 1/8 SCH 40 1,73 SCH 80 2,41

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3/8 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2 4 5 6

2,24 2,31 2,77 2,87 3,38 3,56 3,68 3,91 5,16 5,49 5,74 6,02 6,55 7,11

3,02 3,20 3,73 3,91 4,55 4,85 5,08 5,54 7,01 7,62 8,08 8,56

Fonte: http://www.pipesystem.com.br/Artigos_Tecnicos/Tubos_Aco/ body_tubos_aco.html#fabricacao Exerccios. 1. O que um tubo com costura? Porque chamado assim? 2. Descreva o processo de fabricao de um tubo sem costura. 3. O que schedule de um tubo? O que ele quer dizer? 4. Como um tubo dobrado antes de ser soldado? 5. Como feita a costura helicoidal?

9 - APLICAES DAS TUBULAES COMPSITOS Os materiais compsitos so, atualmente, muito utilizados em diversos setores industriais, principalmente Petrleo e Aeronutico. Feitos a partir de dois ou mais materiais de

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classes diferentes (p.ex. metal/cermica, cermico/polmero), os compsitos so materiais de qualidade superior que possuem novas propriedades que no podem ser atendidas pelas ligas metlicas. Em geral estes materiais se dividem em duas ou mais fases que tm por objetivo fornecer resistncia mecnica e flexibilidade. A performance destes materiais depende tanto do seu processo de fabricao quanto da sua microestrutura (frao de cada fase, distribuio de tamanho, forma e espacial da fase de reforo, defeitos, etc.). Atualmente possvel fabricar desde chapas at tubos de materiais compsitos. Tubos de matriz polimrica reforado por fibras de vid ro, foram o objeto desta pesquisa. Na fabricao destes tubos foi utilizada a tcnica de enrolamento filamentar (Filament Winding), na qual diversas camadas de fibras banhadas em resina so enroladas em torno de um mandril para gerar uma pea com simetria cilndrica. O interesse na fabricao destes tubos vem da sua crescente utilizao como tubulaes no transporte de guas de servio em plataformas de produo de petrleo, com vantagens relativas aos tubos metlicos tradicionais. Durante o processo de fabricao, comum surgirem defeitos, denominados vazios, onde a resina no ocupa adequadamente o espao entre fibras, ou devido a problemas durante a cura do polmero (p.ex. bolhas de ar). Estes vazios tm impacto sobre as propriedades mecnicas do material e devem, portanto, ser caracterizados para permitir uma avaliao da performance da pea em servio. FERRO / AOTUBOS PARA TROCA TRMICA:

NORMAS ASTM - A 178 NBR 5595

UTILIZAES Caldeiras Caldeiras

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ASTM A 226 ASTM A 214 NBR 5585 NBR 5596 DIN 2458 / DIN 1628 DIN 2458 / DIN 1615 DIN 2458 / DIN 1626 ASTM A 106 EB 203 EB 334 EB 335 EB 336 EB 338 EB 339 EB 340 EB 363 EB 383 ASTM A 179 ASTM A 192 ASTM A 199 ASTM A 209 ASTM A 210 ASTM A 213 ASTM A 214 ASTM A 333 ASTM A 334 ASTM A 335

Caldeira alta presso e superaquecedor Trocadores e condensadores Trocadores e condensadores Super aquecedores Para alta performance Sem requisitos especiais Com requisitos especiais Sem cotura para altas temperaturas Ferramentas Altas temperaturas Caldeiras e superaquecedores Caldeiras e superaquecedores Caldeiras e superaquecedores Para caldeiras Caldeiras e superaquecedores Baixas temperaturas Altas temperaturas Sem costura, trocadores Sem costura alta presso Sem costura permutadores e condensadores Sem costura caldeira Sem costura caldeira Sem costura caldeira Com costura permutadores Baixa temperatura Sem costura caldeira Sem costura caldeira51

ASTM A 405 ASTM A 557

Sem costura alta temperatura Aquecedores

TUBOS PARA EVAPORADORES

2558 / 1626 DIN EN 10220 - 0310217 2458 / 1615-ST.33TUBOS PARA PERMUTADORES

ASTM - A 214 / 96TUBOS PARA FINS ESTRUTURAIS

TUBO DE AO CARBONO DE SEO CIRCULAR FORMADOS A FRIO PARA USOS ESTRUTURAIS, SOLDADOS, PARAFUSADOS E REBITADOS. NBR 8261 ASTM A 500 BS 6363TUBOS MECNICOS

Aplicaes industriais, tais como trefilao, autopeas, equipamentos, moveis. O produtos deve ter exatido dimensional, qualidade de superfcie e propriedades mecnicas. NBR 6591 ASTM A 513 (TIPO 1) DIN 2394 NBR 5599 NBR 8621TUBOS DE PRECISO

Normalmente trefilados com elevados ndices dimensionais e composio qumica. Prprios para cilindros hidrulicos e de presso. NBR 559951

Classe I sem exigncias Classe II - sem exigncias, porem, com certificados Classe III com exigncias especiais ASTM A 513 trefilado com mandril externo (tipo 3) ou com mandril interno