Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

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1 Tecnologia da Solda Prof. Duperron Marangon Ribeiro Universidade Federal do Rio de Janeiro Centro de Tecnologia Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Naval e Oceânica Última revisão: 27/04/2000

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Tecnologia da Solda

Prof. Duperron Marangon Ribeiro

Universidade Federal do Rio de JaneiroCentro de TecnologiaEscola de Engenharia

Departamento de Engenharia Naval e Oceânica

Última revisão: 27/04/2000

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Contribuições

Esta apostila foi escrita a partir do trabalho desenvolvido na disciplina Tecnologia deSoldagem pelos alunos Jorge Capeto, Rafael Fernandes Fanchini, Bernardo Nietmann,Felippe Fernandes Oliveira e Ulisses Monteiro durante o segundo período de 1999.

O alto grau de interesse pela disciplina assim como a dedicação, capacidade e desempenhodestes alunos possibilitaram o prazer de poder auferir o grau máximo para três deles.

Quero portanto registrar o meu reconhecimento e agradecimento pela contribuição quedeixaram para todas as turmas que se sucederão a esta.

Duperron Marangon Ribeiro

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CONTRIBUIÇÕES...................................................................................................2

INTRODUÇÃO ......................................................................................................11

HISTÓRICO DAS TÉCNICAS DE SOLDAGEM ...................................................12

PROCESSOS DE SOLDAGEM ............................................................................14

Eletrodo Revestido - SMAW.......................................................................................................................... 14O Eletrodo Revestido.................................................................................................................................... 16Vantagens e Limitações ................................................................................................................................ 18

MIG/MAG (Metal Inert Gas/Metal Active Gas).......................................................................................... 20Vantagens ..................................................................................................................................................... 20Limitações..................................................................................................................................................... 21Princípio de Operação................................................................................................................................... 22

Arame Tubular - FCAW................................................................................................................................ 23Fundamentos do Processo............................................................................................................................. 24Principais Características .............................................................................................................................. 24

Arco Submerso - SAW ................................................................................................................................... 26Principais características............................................................................................................................... 27

Gravidade ........................................................................................................................................................ 29Vantagens ..................................................................................................................................................... 30Desvantagens ................................................................................................................................................ 30Equipamento ................................................................................................................................................. 30

TIG - GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) ................................................................................................. 30Introdução ..................................................................................................................................................... 30Princípios de Operação ................................................................................................................................. 31Vantagens ..................................................................................................................................................... 32Limitações e Potenciais Problemas............................................................................................................... 32

Eletroescória.................................................................................................................................................... 33

Eletrogás .......................................................................................................................................................... 35Fundamentos do Processo............................................................................................................................. 35Equipamentos................................................................................................................................................ 37Consumíveis.................................................................................................................................................. 37Aplicações Industriais................................................................................................................................... 38

Oxiacetileno - OFW ........................................................................................................................................ 38Fundamentos do Processo............................................................................................................................. 38Características dos Gases de Combustão ...................................................................................................... 39

DEFEITOS NA SOLDAGEM.................................................................................45

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Classificação dos Defeitos............................................................................................................................... 45

Defeitos Dimensionais..................................................................................................................................... 46Distorção....................................................................................................................................................... 46Preparação Incorreta da Junta. ...................................................................................................................... 47Tamanho Incorreto da Solda......................................................................................................................... 47Perfil Incorreto da Solda ............................................................................................................................... 48

Descontinuidades Estruturais da Solda ........................................................................................................ 49Porosidade..................................................................................................................................................... 49Trincas .......................................................................................................................................................... 52Inclusões Não-metálicas ............................................................................................................................... 55Falta de Penetração ....................................................................................................................................... 57Falta de Fusão ............................................................................................................................................... 58Mordedura..................................................................................................................................................... 59

ENSAIOS NÃO-DESTRUTIVOS...........................................................................61

Introdução ....................................................................................................................................................... 61

Exame Visual................................................................................................................................................... 61

Líqüido Penetrante ......................................................................................................................................... 62

Partículas Magnéticas..................................................................................................................................... 63

Ultra–som ........................................................................................................................................................ 64Generalidades................................................................................................................................................ 64Aplicações do ultra-som no estaleiro ............................................................................................................ 65Medição de Espessura em Navios Velhos .................................................................................................... 66Inspeção de Materiais ................................................................................................................................... 66Inspeção de Soldas........................................................................................................................................ 66

Exame Radiográfico das Soldas..................................................................................................................... 69Generalidades................................................................................................................................................ 69Produção de Raios-X .................................................................................................................................... 70Técnicas de Radiografia................................................................................................................................ 71Penetrômetros ............................................................................................................................................... 71Defeitos no filme radiográfico ...................................................................................................................... 73

Utilização Apropriada dos Diferentes Métodos de Ensaios......................................................................... 74

TENSÕES RESIDUAIS .........................................................................................76

Conceito de Tensões Residuais em Metais.................................................................................................... 76

Tensões Residuais na Soldagem..................................................................................................................... 78

Formação das Tensões Residuais na Soldagem............................................................................................ 81

DEFORMAÇÕES ..................................................................................................82

Contração Transversal ................................................................................................................................... 83

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Contração Longitudinal ................................................................................................................................. 84

Distorção Angular........................................................................................................................................... 84

Distorção Rotacional....................................................................................................................................... 85

Flexão Longitudinal ........................................................................................................................................ 85

Distorção Devido à Instabilidade................................................................................................................... 86

EXECUÇÃO DA SOLDAGEM ..............................................................................88

Introdução ....................................................................................................................................................... 88

Preparação da Solda....................................................................................................................................... 88

Seqüência de Passes e Seqüência de Cordões ............................................................................................... 88Seqüência de Deposição dos Passes e Cordões............................................................................................. 89

Seqüência de Soldagem................................................................................................................................... 91

Chanfros (Goivagem) ..................................................................................................................................... 93

Escalopes.......................................................................................................................................................... 94

CORTE..................................................................................................................95

Corte com Oxiacetileno .................................................................................................................................. 95O Processo de Corte...................................................................................................................................... 95Equipamento ................................................................................................................................................. 96Prevenção de Acidentes ................................................................................................................................ 96Principais Defeitos dos Cortes ...................................................................................................................... 96

Corte com Arco-plasma.................................................................................................................................. 97Precauções para corte com plasma: .............................................................................................................. 99

JUNTAS SOLDADAS .........................................................................................101

Preparação dos Chanfros............................................................................................................................. 101

Tipos de Juntas ............................................................................................................................................. 101Juntas de Topo ............................................................................................................................................ 102Juntas em T ou em Cruz.............................................................................................................................. 102Juntas de Quina........................................................................................................................................... 103Juntas Superpostas (ou Sobrepostas) .......................................................................................................... 103Juntas de Arestas Paralelas ......................................................................................................................... 104Juntas com Talas de Reforço ...................................................................................................................... 105

Decoesão Lamelar ......................................................................................................................................... 105

Dimensionamento da Solda.......................................................................................................................... 108Soldas de Topo ........................................................................................................................................... 108Soldas de Filete........................................................................................................................................... 109

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Juntas em “T” ............................................................................................................................................. 109

QUALIFICAÇÃO DE SOLDADORES E PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM .111

Introdução ..................................................................................................................................................... 111

Qualificação do Procedimento de Soldagem............................................................................................... 111

Qualificação de Soldadores .......................................................................................................................... 112

A SOLDAGEM NA CONSTRUÇÃO NAVAL ......................................................114

Introdução ..................................................................................................................................................... 114

Mudanças Introduzidas pela Soldagem na Construção Naval ................................................................. 114Vantagens da Soldagem na Construção Naval............................................................................................ 114Construção do Navio por Blocos ou Seções ............................................................................................... 115

Processos de Soldagem Utilizados na Estrutura de Navios ....................................................................... 116Processos de Soldagem Utilizados na Montagem dos Blocos .................................................................... 116Técnicas de Construção Naval.................................................................................................................... 117Estágios da Fabricação................................................................................................................................ 118Estágio da Submontagem............................................................................................................................ 118Estágio de Montagem ................................................................................................................................. 119Estágio da Edificação.................................................................................................................................. 120

Processos de Soldagem Utilizados ............................................................................................................... 120

MANUTENÇÃO...................................................................................................121

Diferença entre Solda de Produção e Manutenção .................................................................................... 121

Manual de Metais ......................................................................................................................................... 122Aço.............................................................................................................................................................. 122

Identificação do Metal .................................................................................................................................. 123Aço fundido ................................................................................................................................................ 123Aço de Baixo Carbono................................................................................................................................ 123Aço de Alto Carbono .................................................................................................................................. 123Aço Rápido ................................................................................................................................................. 124Aços Inoxidáveis......................................................................................................................................... 124

Corrosão nos Cordões de Solda ................................................................................................................... 124

ASPECTOS PRÁTICOS DA SOLDAGEM..........................................................126

Local de Soldagem ........................................................................................................................................ 126

Sistema de Alimentação de Gases................................................................................................................ 126

Sistema de Alimentação de Corrente Elétrica............................................................................................ 127

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Fontes de Corrente Elétrica para a Solda................................................................................................... 128

Bancadas de Solda ........................................................................................................................................ 128

Ensaio de Estanqueidade.............................................................................................................................. 129Ensaio com Pressão Hidráulica................................................................................................................... 129Ensaio a vácuo ou ar comprimido............................................................................................................... 129Processo de ensaio por vazamento de gás................................................................................................... 129Objeto de Ensaio sob Super Alta Pressão a Gás de Teste ........................................................................... 130Processo de Detecção de Vazamentos por Ultra-som................................................................................. 130

Trabalhos de Soldagem e Corte em Recintos Confinados......................................................................... 130Perigos da Soldagem e Corte Oxi-acetilênico em Recintos Confinados..................................................... 130Medidas de Precaução em Recintos Confinados......................................................................................... 131

Trabalhos em Áreas com Risco de Incêndio............................................................................................... 132

SOLDAGEM SUBAQUÁTICA.............................................................................133

Reparos em Águas Profundas e Ultra-profundas ...................................................................................... 135Soldagem em Ambiente Hiperbárico.......................................................................................................... 135

SOLDAGEM DE AÇOS ESPECIAIS...................................................................138

Classificação do Aço-carbono ...................................................................................................................... 138

Soldagem de Aços de Baixa Liga ................................................................................................................. 140Introdução ................................................................................................................................................... 140

Aços de Alta Resistência............................................................................................................................... 141

Aços Criogênicos ........................................................................................................................................... 141

Soldagem dos aços de baixa liga .................................................................................................................. 141Soldabilidade dos Aços de Baixa Liga........................................................................................................ 142Trincas na Solda.......................................................................................................................................... 142Fragilização da Zona de Solda .................................................................................................................... 142

Soldagem do Aço-inoxidável ........................................................................................................................ 143Classificação dos Aços-inoxidáveis............................................................................................................ 143Propriedades dos Aços-inoxidáveis ............................................................................................................ 144Soldagem .................................................................................................................................................... 144

SOLDAGEM DE LIGAS NÃO-FERROSAS ........................................................147

Soldagem do Magnésio e Suas Ligas ........................................................................................................... 147Considerações gerais................................................................................................................................... 147Soldabilidade .............................................................................................................................................. 147Processos de soldagem................................................................................................................................ 148

Soldagem do Cobre e Suas Ligas ................................................................................................................. 148Considerações Gerais.................................................................................................................................. 148Soldabilidade .............................................................................................................................................. 148

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Soldagem .................................................................................................................................................... 149

Soldagem do Titânio e Suas Ligas ............................................................................................................... 150Considerações Gerais.................................................................................................................................. 150Soldabilidade .............................................................................................................................................. 150Soldagem .................................................................................................................................................... 151

Soldagem do Alumínio.................................................................................................................................. 151Características do Alumínio e suas Ligas ................................................................................................... 151Aspectos e Problemas de Soldagem............................................................................................................ 151Soldabilidade das Ligas de Alumínio: ........................................................................................................ 154Execução da Soldagem do Alumínio e suas Ligas...................................................................................... 154

SOLDAGEM DE MATERIAIS DISSIMILARES...................................................157

Soldagem por Explosão ................................................................................................................................ 157Fundamentos............................................................................................................................................... 157Utilização Comercial .................................................................................................................................. 157Vantagens ................................................................................................................................................... 158Princípio de Operação................................................................................................................................. 158Detonação ................................................................................................................................................... 160Velocidade e Ângulo de Sobrechapa .......................................................................................................... 160Colisão, Jato e Soldagem ............................................................................................................................ 161Natureza da Ligação ................................................................................................................................... 161Propriedades dos Explosivos ...................................................................................................................... 162Procedimentos de Soldagem ....................................................................................................................... 162Qualidade da Solda ..................................................................................................................................... 163Características............................................................................................................................................. 164Segurança.................................................................................................................................................... 165

Soldagem Por Fricção................................................................................................................................... 166Princípios .................................................................................................................................................... 166Soldagem por Fricção Contínua.................................................................................................................. 167Soldagem por Fricção Inercial .................................................................................................................... 169Aplicações do processo............................................................................................................................... 170Vantagens ................................................................................................................................................... 171Limitações................................................................................................................................................... 172

SOLDAGEM DE LINHAS DE DUTOS (PIPELINES) ..........................................173

Aspectos Gerais ............................................................................................................................................. 173

Posições da Soldagem ................................................................................................................................... 173

Processos de Soldagem ................................................................................................................................. 174

Formato de Juntas ........................................................................................................................................ 175

Preparação Anterior à Soldagem ................................................................................................................ 176

Condições dos Chanfros ............................................................................................................................... 176

Alinhamento e Fixação ................................................................................................................................. 176

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Ponteamento.................................................................................................................................................. 177

A Operação de Soldagem ............................................................................................................................. 178Passe na Raiz .............................................................................................................................................. 178Passes de Enchimento e Passe de Acabamento........................................................................................... 181Tratamento Térmico Antes e Após a Soldagem.......................................................................................... 182Ambiente e Altura Mínima do Solo para Execução da Soldagem .............................................................. 182Outros Detalhes Pertinentes ........................................................................................................................ 182

Qualificação de Soldadores e Operadores .................................................................................................. 183

Inspeções e Ensaios ....................................................................................................................................... 183Inspeções Antes da Soldagem..................................................................................................................... 183Inspeção Durante a Soldagem..................................................................................................................... 183Inspeção Visual........................................................................................................................................... 183Ensaio Hidrostático e de Estanqueidade ..................................................................................................... 184Ensaios Não-destrutivos.............................................................................................................................. 184

Defeitos na Soldagem.................................................................................................................................... 184

DESEMPENO......................................................................................................185

Contração e Tensões na Soldagem .............................................................................................................. 185

Contração Transversal ................................................................................................................................. 185

Contração Angular ....................................................................................................................................... 186Contração Angular de Juntas em Ângulo.................................................................................................... 186

Contração Longitudinal ............................................................................................................................... 187

Ação Conjunta das Contrações Transversais e Longitudinais ................................................................. 187

Prevenção Contra Empenos e Deformações ............................................................................................... 187

Medidas Contra Contrações Transversais.................................................................................................. 188

Medidas Contra Empeno Angular .............................................................................................................. 188

Tratamento Posterior ................................................................................................................................... 188

Plano de Seqüência de Soldagem................................................................................................................. 188

PRÉ E PÓS-AQUECIMENTO .............................................................................190

CUSTOS DE SOLDAGEM ..................................................................................193

SEGURANÇA NA SOLDAGEM..........................................................................196

Acidentes Provocados por Radiação do Arco............................................................................................. 196Radiação Visível ......................................................................................................................................... 196Meios de Proteção....................................................................................................................................... 196

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Acidentes Provocados por Choques Elétricos ............................................................................................ 197

Precaução Contra Acidentes Causados por Choques Elétricos................................................................ 198

Acidentes Provocados por Gases Tóxicos ................................................................................................... 198

Controle Ambiental ...................................................................................................................................... 199Ventilação ................................................................................................................................................... 199Protetores de Gases e Fumaça:.................................................................................................................... 200

Acidentes Provocados por Salpicos e Escórias ........................................................................................... 200Luvas Protetoras ......................................................................................................................................... 201

SIMBOLOGIA RELATIVA À SOLDAGEM .........................................................202

Símbolos Básicos ........................................................................................................................................... 202

Símbolos Suplementares............................................................................................................................... 205

Representação dos Símbolos ........................................................................................................................ 205

Exemplos de Utilização dos Símbolos de Solda .......................................................................................... 208

GLOSSÁRIO .......................................................................................................209

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Introdução

A soldagem é hoje em dia, amplamente empregada na união de

componentes de estruturas metálicas e de equipamentos para as finalidades mais

diversificadas. As grandes vantagens da soldagem sobre os demais processos de união

consistem em sua simplicidade e economia, uma vez que a execução das juntas soldadas

requerem quantidades relativamente pequenas de material.

Os processos de soldagem têm um amplo campo de aplicação, incluindo,

entre outros, construção naval, estruturas civis, vasos de pressão, tubulações, etc.

A soldagem também encontra grande aplicação em serviços de reparo e

manutenção, como o enchimento de falhas em fundidos, reparos de trilhos, depósitos

superficiais de alta dureza na recuperação de ferramentas e outras aplicações congêneres.

Deve-se alertar, porém, que a soldagem em si não constitui o objetivo principal de uma

obra estrutural, entretanto, como ela afeta diretamente a segurança e a economia da

construção, seu estudo torna-se cada vez maior, sendo considerado um dos itens principais

no processo global da construção de estruturas. Dessa maneira, além do projeto adequado

da junta soldada, é necessário seguir uma seqüência de operações, que inclui a qualificação

dos procedimentos e dos soldadores, bem como a seleção dos métodos de inspeção para

garantir à estrutura as características funcionais segundo as quais foi concebida e projetada.

Apesar da aparente simplicidade, a soldagem envolve uma gama bastante

grande de conhecimentos que são implicitamente empregados durante a execução de uma

junta soldada. Assim, a Engenharia de Soldagem é, na verdade, um somatório de

conhecimentos que engloba as áreas de Engenharia Elétrica, Estrutural, Mecânica,

Metalúrgica, Química e também Física Aplicada. O conhecimento de assuntos destas áreas

é de fundamental importância para solucionar as tarefas envolvidas no projeto e na

execução de uma obra estrutural como a seleção dos processos de soldagem, a escolha dos

materiais de consumo, o estabelecimento da seqüência de soldagem e os processos de

inspeção e controle de qualidade.

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Histórico das Técnicas de Soldagem

A arte de unir dois ou mais materiais metálicos já era conhecida desde as

eras pré-históricas. Um exemplo típico é a brasagem que utiliza ligas de ouro e cobre, ou

então de chumbo e estanho, empregada desde os anos 3000 ac. Obviamente, fontes de

energia conhecidas naquela época restringiam-se à lenha ou ao carvão mineral, de modo

que as limitações não permitiram um avanço maior das técnicas de união de metais.

Foi somente após a descoberta da energia elétrica que a soldagem teve o

impulso necessário para atingir o estágio que se encontra agora. Prova disso consiste no

fato de que os processos de soldagem modernamente empregados, em sua maioria, foram

desenvolvidos somente a partir do fim do século XIX.

O arco elétrico de soldagem foi empregado pela primeira vez em 1885,

por Bernados, que utilizou um eletrodo de grafita para obter o arco. O arco elétrico era

gerado, mantendo-se o eletrodo de grafita cerca de 2mm distante do metal base, após o

fechamento do circuito elétrico. Após o estabelecimento do arco, a soldagem se processava,

um vez que o calor por ele gerado era suficiente para promover a fusão do metal base e do

metal de enchimento, que era introduzido manualmente na poça da fusão.

Utilizando o mesmo princípio, Zerner desenvolveu, em 1889, um novo

método para fundir o metal base. O processo consistia em usar dois eletrodos de grafita

para o arco elétrico, que por sua vez, era defletido em direção à junta da solda,

empregando-se um campo magnético de alta intensidade.

Em 1892, Slavianoff utilizava pela primeira vez na história da soldagem

um eletrodo metálico que se fundia diretamente na poça de fusão. Posteriormente, o sueco

Oscar Kjellberg descobriu que um eletrodo metálico, revestido por um material formando

escória, melhorava sensivelmente a qualidade da junta soldada, dando assim início à era

dos eletrodos revestidos, tão difundidos nos dias atuais.

Anteriormente aos trabalhos de Slavianoff e Kjellberg, que foram marcos

históricos no desenvolvimento tecnológico da soldagem, há de se destacar alguns outros

desenvolvimentos de grande importância. Em 1886, Thompson inventou o processo de

soldagem por resistência elétrica; em 1895 Goldschmitt desenvolveu a solda Termite e, em

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1901, a chama oxiacetilênica foi empregada com grande sucesso na união de materiais

metálicos, por Fouché e Piccard.

Em termos práticos, pode-se considerar que os quase 20 anos

compreendidos entre 1885 e 1901 constituíram a primeira fase áurea da Engenharia de

Soldagem, uma vez que grande parte do desenvolvimento que levaria aos métodos de

soldagem empregados atualmente teve origem naquele período.

Após um intervalo de relativa estagnação, iniciou-se, em 1926, a segunda

fase áurea da tecnologia de soldagem, cabendo a Lungumir desenvolver, naquele ano, o

processo de soldagem por meio de hidrogênio atômico. Logo em seguida, Hobart e Denver

patentearam o processo de soldagem em atmosfera de gás inerte, cujo emprego é

largamente utilizado nos dias atuais. Em 1935, Kennedy divulgava seus trabalhos sobre um

método automatizado de soldagem, e que deu origem ao processo de arco submerso. Logo a

automatização do processo de soldagem trouxe seus reflexos na qualidade das juntas

soldadas experimentaram uma melhoria considerável. Os aperfeiçoamentos posteriores

introduzidos no processo de soldagem por arco submerso acabaram por elevá-lo à posição

de destaque que ocupa hoje em dia, em todos os países.

O rápido progresso da ciência e da tecnologia, a partir dos anos 50,

proporcionaram um novo impulso à Engenharia de Soldagem, o que possibilitou o

desenvolvimento de novas técnicas, desta vez muito sofisticadas e mais voltadas para

aplicações específicas. Durante esta terceira fase áurea, vários processos foram patenteados,

dentre os quais poderiam ser destacados os métodos de soldagem por pressão a frio, por

atrito, em atmosfera de gás ativo ou CO2, a soldagem por eletroescória , a soldagem

ultrassônica, por feixe de elétrons, a plasma , por laser e outros.

Apesar do grande número de métodos existentes, é necessário frisar que

nem todos foram utilizados em toda a sua potencialidade, esperando-se que isto aconteça à

medida que novas técnicas, cada vez mais precisas e perfeitas, sejam requisitadas para a

construção de estruturas cada vez mais complexas.

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Processos de Soldagem

Eletrodo Revestido - SMAW

No processo de soldagem com eletrodo revestido, um arame coberto é

fundido sobre a peça de trabalho pelo calor de um arco elétrico que é estabelecido entre o

eletrodo e a peça. A corrente elétrica que sustenta o arco pode ser alternada ou continua, e

nesta última a polaridade depende de qual parte é conectada aos pólos negativo e positivo

da fonte. O pólo negativo, pelo qual os elétrons entram no arco é chamado “cátodo” e o

pólo positivo é conhecido como “ânodo”. Em soldagem com eletrodo revestido, bem como

outros processos que usam eletrodos consumíveis, a polaridade reversa (ânodo positivo) é

usada para a maioria das aplicações.

A soldagem com eletrodo revestido é tipicamente realizada manualmente,

mas equipamentos semi-mecanizados estão também disponíveis. A fonte de soldagem é

comumente de “corrente constante” para prevenir mudanças da tensão durante a soldagem

manual.

Na operação manual, o soldador toca a ponta do eletrodo sobre o metal de

base para iniciar o arco. Este procedimento aquece a face descoberta do arame no núcleo do

eletrodo e queima o revestimento próximo, induzindo a ionização de alguns elementos, que

estabilizam o arco. Em processos semi-mecanizados este procedimento é realizado

conectando o eletrodo e a peça de trabalho com uma pequena peça de palha de aço ou

sobrepondo alta freqüência ao fornecimento de corrente principal ao eletrodo até formar o

arco. No primeiro caso, a pequena peça de palha de aço queima quando a corrente de

soldagem é aplicada. A emissão de elétrons ou ionização de alguns ingredientes do

revestimento também ocorre. Com a alta freqüência, a ionização de moléculas entre a ponta

do eletrodo e a peça de trabalho resultam em um fluxo de corrente de soldagem.

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Depois do arco estabilizado, o soldador deve ser capaz de iniciar um

movimento de alimentação (mergulho), para manter o comprimento do arco constante

enquanto se mantém um movimento de translação para distribuir o metal fundido ao longo

do comprimento de solda.

Com equipamento mecanizado, esta operação pode ser realizada pela

translação do porta-eletrodo, usando um carro automático e realizando o movimento de

mergulho por meio de motores elétricos ou sistemas pneumáticos e hidráulicos. Alguns

equipamentos mecanizados podem ser pré-programados com as duas velocidades, e a

soldagem é conduzida com um comprimento de arco e uma velocidade de alimentação

constantes. Outros com motores de passos podem ser equipados com um sistema de

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controle com realimentação de tensão (feedback) entre o porta-eletrodo e a peça a ser

soldada, o que controla o movimento de mergulho, mantendo a tensão preestabelecida.

Durante a soldagem, a corrente elétrica passa do porta-eletrodo para o

eletrodo e através deste para a coluna do arco, entrando na poça de fusão no metal de base.

O calor gerado pelo arco funde ambos, o metal de base e o eletrodo e causa a transferência

do metal líquido, na forma de gotas da ponta do eletrodo para a poça de fusão. Entre 60 e

90 segundos, tempo em que um eletrodo é consumido, vários fenômenos físico-químicos,

metalúrgicos e elétricos ocorrem na zona do arco, os quais são decisivos na morfologia, nas

propriedades mecânicas e na microestrutura da solda. Interações metal/escória na poça da

solda e aquecimento do eletrodo devido ao efeito Joule, e também devido ao calor

conduzido do arco, são alguns destes fenômenos.

Soldagem a arco com eletrodo revestido

O Eletrodo Revestido

A fabricação de eletrodos revestidos para o processo SMAW se torna

cada vez mais complicada à medida em que a faixa aplicada se amplia requerendo

consideração especial.

O revestimento do eletrodo é geralmente compactado em torno de um

arame por meio de prensas extrusoras com grande capacidade de pressão. O material do

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17

arame do núcleo do eletrodo, para eletrodos de aço doce ou de baixa liga, é, na maioria dos

casos, o aço de baixo carbono. Para aços de alta liga, um arame com composição química

similar à do metal base é mais usado.

A primeira importante para o fluxo que será utilizado como revestimento

é a sua extrudabilidade em torno do arame do núcleo. Ele deve aderir tenazmente ao arame

e não se deteriorar ou se decompor de maneira prematura com o calor vindo da poça de

fusão durante a soldagem. Deve também resistir a impactos ou vibrações durante a

embalagem ou o transporte.

Outro fator importante a ser considerado na manufatura dos eletrodos é a

razão entre as áreas de seção transversal do arame e do revestimento, definida como a

“razão do revestimento”. Esta razão é definida como:

RD d

d= −( )

*2 2

2100

Onde:

- R - razão do revestimento (%);

- D - diâmetro externo do revestimento em milímetros;

- d - diâmetro do arame do núcleo do eletrodo em milímetros.

A razão do revestimento junto com a concentricidade do revestimento,

tem uma grande influência na estabilidade do arco e pode afetar significativamente o

aquecimento do eletrodo durante a soldagem. Dependendo do tipo de eletrodo sendo usado,

o revestimento efetua uma ou várias das seguintes funções:

1. Gera a atmosfera de proteção para o arco e a poça de solda fundida;

2. Fornece a quantidade suficiente de elementos desoxidantes ao metal

de solda para refinar a microestrutura;

3. Fornece elementos de liga ao metal de solda;

4. Forma uma escória para proteger o metal de solda durante a

solidificação e o resfriamento;

Page 18: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

18

5. Sustenta a estabilidade do arco, etc.

Vantagens e Limitações

O processo SMAW é um dos processos mais amplamente utilizados. Ele é

o mais simples em termos de necessidade de equipamentos. Apesar da perícia do soldador

ser um fator importante, muitos operários adquirem habilidade através de treinamento e

experiência no trabalho. O custo de investimento em equipamentos é relativamente baixo, e

os eletrodos para soldagem (exceto os para metais muito reativos, tais como o titânio,

magnésio, e outros), são facilmente encontrados no mercado e estão disponíveis para

aplicações em manutenção, construção e outros processos que necessitem de soldagem.

O processo SMAW possui a maior flexibilidade entre todos os processos

de soldagem, pois pode ser usado em todas as posições (plana, vertical, horizontal, etc)

além de trabalhar com praticamente todas as espessuras do metal base e em áreas de acesso

limitado, o que representa uma vantagem muito importante.

O processo SMAW possui várias outras vantagens, tais como:

1. O metal de solda e os meios de proteção desta solda são fornecidos

pelo eletrodo revestido;

2. O processo de soldagem é menos sensível a correntes de ar do que

o processo de solda a arco de proteção gasosa (GMAW);

3. Não necessita de gás auxiliar de proteção;

4. É apropriado para a maioria dos metais e ligas metálicas

comumente usadas.

Os eletrodos são disponíveis para aço carbono e aços de baixa liga, cobre,

níquel e suas ligas, e para algumas ligas de alumínio.

Por ser um processo tipicamente manual e o nível de habilidade do

soldador é de fundamental importância para se obter uma solda de qualidade aceitável. O

processo SMAW tem algumas limitações tais como, as baixas taxas de deposição quando

comparado com o processo GMAW, e um fator do operação baixo. Como o eletrodo pode

Page 19: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

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ser consumido até um comprimento mínimo, quando este comprimento é atingido, o

soldador deve trocar a parte não consumida por um outro eletrodo. Esta troca de eletrodos

torna o rendimento do processo menor, comparado aos demais.

Metais como o zinco e suas ligas não são soldados pelo SMAW, pois a

intensidade do calor do arco é muito alta para eles. Este processo não é adequado para

metais reativos como o titânio, o zircônio e o tântalo, pois o revestimento fornecido não

permite evitar a contaminação do oxigênio na solda.

Uma limitação importante é que, assim que o arco é estabelecido, a

corrente atravessa o comprimento inteiro do eletrodo. A quantidade de corrente que pode

ser usada, portanto, é limitada pela resistência elétrica do arame do núcleo do eletrodo.

Uma amperagem excessiva sobreaquece o eletrodo e danifica o revestimento. Isso provoca

mudança nas características do arco e da própria proteção obtida. Devido a esta limitação,

as taxas de fusão são geralmente menores do que no processo GMAW.

Obs.: Revestimentos de eletrodo podem ser fabricados para serem usados

em corrente alternada AC. Com AC, o arco se extingue cada vez que a corrente passa pelo

zero e é restabelecido cada vez que a corrente inverte a sua direção. Para uma boa

estabilidade do arco, é necessário que tenha um gás no fluxo do arco, que permaneça

ionizado a cada inversão da corrente. Este gás tornará ,possível a reignição do arco. Os

gases que rapidamente ionizam são facilmente encontrados em compostos, incluindo

aqueles com potássio. É a inclusão destes compostos no revestimento que torna possível a

operação em AC. Ex.: Eletrodo rutílico(TiO2).

A ação de proteção do arco é basicamente a mesma para todos os

eletrodos, mas o método e o volume de escória produzido variam de um tipo para outro.

Alguns materiais de revestimento têm o seu volume convertido em gás, gerando uma

escória muito fina. Esse tipo de eletrodo depende de uma proteção gasosa para prevenir

contaminações do ar atmosférico.

Por outro lado, existem eletrodos cujo volume de revestimento é

transformado em escória pelo calor do arco e um volume pequeno de gás de proteção.

Pequenos glóbulos de metal transferido são inteiramente protegidos por uma pequena

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camada fina de escória fundida. Esta escória flutua na superfície da poça de fusão pois é

mais leve, e solidifica depois do metal de solda. A soldagem com este tipo de eletrodo é

caracterizada por grandes deposições de escória, cobrindo completamente a camada de

solda. Entre estes dois extremos, existe uma variedade de eletrodos, cada um com uma

combinação diferente de gás e escoria de proteção.

MIG/MAG (Metal Inert Gas/Metal Active Gas)

Gas Metal Arc Welding - GMAW é um processo que utiliza o arco

elétrico para aquecer a peça, e um metal de alimentação contínua para a união de peças

metálicas. Esse processo utiliza uma fonte externa de gás de proteção para a poça de solda,

contra contaminação do ar externo.

A concepção básica do GMAW iniciou-se em 1920, entretanto somente

em 1948 o processo tornou-se comercial. Inicialmente, altas densidades de corrente e

pequenos diâmetros de eletrodos consumíveis com proteção de gás inerte eram utilizados.

Por causa dessa característica, o processo era conhecido como Metal Inert Gas - MIG. Com

a evolução do processo, permitiu-se a união de peças com baixas densidades de corrente,

podendo a corrente ser pulsada, e empregar gás ativo ou mistura de gases. Esse processo

ficou conhecido como Metal Ative Gas - MAG.

O processo GMAW pode operar nos modos automático e semi-

automático, para soldagem de uma enorme gama de materiais ferrosos e não ferrosos (aço

carbono, high strength low alloy steel - HSAS, aço liga, aço inoxidável, alumínio, cobre,

titânio e ligas de níquel), em todas as posições de soldagem.

A soldagem GMAW é usada em processos de fabricação e manutenção

de equipamentos e peças metálicas, na recuperação de peças desgastadas e no recobrimento

de superfícies metálicas com materiais especiais.

Vantagens

1. Operação fácil e suave;

2. Alta eficiência;

3. Velocidade de deposição elevada;

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4. Alta taxa de deposição;

5. Soldagem com longos cordões de solda, sem interrupção;

6. Não existência de fluxos de soldagem;

7. Não há praticamente formação de escória;

8. Soldagem em todas posições;

9. Alto fator de ocupação do soldador;

10. Grande versatilidade quanto ao tipo de material e espessuras

aplicáveis;

11. A junta soldada apresenta características de elasticidade,

tenacidade, estanqueidade e resistência à propagação de trincas,

superiores às obtidas por meio de outros processos equivalentes,

No gráfico abaixo tem-se a relação entre a velocidade de deposição e a

corrente de soldagem, mostrando a elevada eficiência do processo GMAW (possui a maior

taxa de deposição entre os processos).

Limitações

1. Equipamento complexo, menos portátil em relação ao SMAW, de

maior investimento e custo operacional;

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2. Dificuldade de realização de soldas em lugares estreitos;

3. Necessita-se de proteção contra ventos, onde correntes de ar são

consideráveis;

4. Maior sensibilidade à variação dos parâmetros elétricos de

operação do arco;

5. Ajuste rigoroso de parâmetros para se obter um determinado

conjunto de características para a solda;

6. Menor variedade de consumíveis;

7. Dificuldade de proteção do cordão de solda, principalmente na zona

termicamente afetada (ZTA);

Princípio de Operação

A soldagem GMAW é um processo normalmente semi-automático em

que a alimentação do arame é feita mecanicamente (através de um alimentador

motorizado), sendo o soldador responsável pela iniciação e interrupção da soldagem, além

da movimentação da tocha ao longo da junta.

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O soldador deve aproximar a tocha da peça e acionar o gatilho. Quando o

eletrodo tocar a peça, dá-se a abertura do arco, iniciando o fluxo de gás protetor e

alimentação do arame. Depois da formação da poça de fusão, a tocha é deslocada ao longo

da junta com velocidade uniforme, podendo-se realizar movimentos de tecimento do cordão

se necessário. Ao final da operação, o soldador deve soltar o gatilho, interrompendo todo o

processo.

A manutenção do arco é garantida pela alimentação contínua de arame ao

arco, e seu comprimento é mantido aproximadamente constante, independentemente dos

movimentos do soldador, dentro de certos limites. Essa característica se dá devido à

utilização de fontes de soldagem de corrente constante que permitem grandes variações de

tensões para pequenas variações de corrente.

Entretanto, para soldagem em alumínio, a manutenção da velocidade de

alimentação do arame e a utilização de fontes de soldagem de corrente constante resultam

em uma pequena diferença de temperatura na superfície do material, o que poderá não ser

suficiente para fundir a camada de óxido refratário superficial. Nesse caso, uma alta

habilidade do soldador será requerida.

O calor gerado pelo arco durante o processo é usado para a fusão das

peças a serem unidas, sendo o arame transferido para a junta em forma de metal de adição.

Arame Tubular - FCAW

Os processos de soldagem a arco tiveram início nos anos 20, quando

definiram que o arco e o metal fundido deveriam ser protegidos da contaminação da

atmosfera. De qualquer modo o desenvolvimento do eletrodo revestido, reduziu o interesse

pelos métodos de soldagem com proteção gasosa.

Argônio e Hélio foram os dois primeiros gases de proteção deste tempo.

Trabalhos de pesquisas lideraram o assunto de soldagem, parte com eletrodo revestido e

parte com a soldagem com proteção gasosa. Os resultados destas análises mostraram que o

gás predominante era o conhecido CO2.

O processo com arame tubular é um contínuo aprimoramento. Fontes de

energia e arame tubulares são no momento o grande acontecimento. Os eletrodos estão em

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contínuo desenvolvimento. As ligas de eletrodos em pequenos diâmetros são os mais

avançados.

Fundamentos do Processo

1. É um processo que forma um arco entre o eletrodo e a poça de fusão;

2. É um processo que usa a proteção que vem do fluxo interno do arame,

podendo ou não ter proteção gasosa adicional;

3. O eletrodo tubular é composto de um arame oco e um núcleo com

vários ingredientes em pó e estes ingredientes exercem determinadas

funções tais como: proteção contra a atmosfera, desoxidação,

estabilização do arco, formação de escória e pode também conter

elementos de liga;

4. Durante a soldagem há uma grande formação de escória, que protege

a solidificação do metal soldado;

5. A principal característica operacional do processo resulta das

propriedades que são atribuídas ao desenvolvimento do eletrodo;

6. O aspecto que distingue o FCAW dos outros processos de

soldagem a arco, é o enclausuramento dos ingredientes do fluxo

dentro do eletrodo.

Principais Características

As principais características estão concluídas em:

1. Produção de arame contínuo para soldagem;

2. A possibilidade de produzir o fluxo conforme metalurgia;

3. A ajuda da escória na forma e aspecto da gota.

O processo de soldagem com arame tubular tem duas versões. Na 1a

versão (Eletrodo com proteção gasosa) o fluxo interno tem principalmente a função de

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desoxidante e de introdutor de elementos de liga. As funções de proteção do arco e da

criação de uma atmosfera mais ionizável ficam mais a cargo do gás introduzido a parte que

tem a finalidade de proteger o metal fundido dos gases da atmosfera externa. O gás de

proteção usualmente é o dióxido de carbono ou uma mistura de argônio e dióxido de

carbono. O processo de proteção a gás é apropriado para produção de peças pequenas e

soldagem de profunda penetração.

No processo com proteção a gás, o extremo do arame emerge do interior

de um tubo que estabelece o contato elétrico e há um outro tubo que forma uma coifa

(regador) de onde flui o gás de proteção do arco.

Soldagem a arco com arame tubular com proteção gasosa

Na 2a versão (Eletrodo auto-protegido) a proteção é obtida pelos

ingredientes do fluxo, que vaporizam e se deslocam com o ar para os componentes da

escória que cobrem a poça para protegê-la durante a soldagem.

O arame tubular emerge de um tubo guia eletricamente isolado e o

contato elétrico fica mais distante da extremidade do arame.

Page 26: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

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Soldagem a arco com arame tubular auto-protegido

Características de alguns eletrodos auto-protegidos, é o uso de eletrodos

com grande extensão. A extensão dos eletrodos é o comprimento do mesmo não fundido

até o final do tubo de contato durante a soldagem e varia de 19 a 95 mm, dependendo da

aplicação.

Aumentando a extensão do eletrodo aumenta a resistência elétrica do

eletrodo, este pré-aquece e diminui a tensão requerida do arco. Em alguns casos a corrente

de soldagem diminui o que reduz o calor disponível para fundir o metal de base, resultando

assim uma solda estreita e rasa.

Alguns eletrodos auto-protegidos têm sido desenvolvidos especificamente

para soldagem de revestimento de zinco, aço e alumínio, comuns em produção

automobilística.

Grandes extensões dos eletrodos não podem ser igualmente aplicados

para outros métodos de proteção a gás, por causa de efeitos desfavoráveis na proteção.

Normalmente o processo com eletrodo auto-protegido é usado para

trabalhos em campo, porque eles permitem correntes de ar maiores.

Arco Submerso - SAW

SAW é um processo no qual a união de metais se dá pelo calor fornecido

por um arco elétrico entre um eletrodo nu e uma peça. O nome desse processo é devido ao

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fato do arco e do metal fundido pelo calor estarem submersos numa cobertura de um fluxo

granular fusível. Não é usada pressão e o metal de enchimento é obtido do eletrodo ou de

uma fonte suplementar como uma varinha (welding rod) ou metal granular.

O fluxo desempenha importante função na soldagem pois dele dependem

a estabilidade do arco, as propriedades mecânicas e químicas da solda e a qualidade da

mesma. O processo SAW é um processo capaz de fazer soldas com correntes acima de

2000 amperes, alternadas ou contínuas e também um ou mais arames como enchimento.

O arco elétrico gerado entre um arame de enchimento e o metal-base

permanece sob uma camada de um material fundente, denominado fluxo, o qual tem a

função de proteger a poça de fusão dos efeitos da atmosfera. A figura abaixo esquematiza

este processo de soldagem.

Principais características

1. Como o arco e a poça de fusão são totalmente protegidos pelo fluxo,

obtém–se um metal depositado de alta qualidade;

2. Como os arames de enchimento, normalmente, têm grandes

diâmetros, as correntes de soldagem também são altas, o que

proporciona uma penetração bastante profunda, associada

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igualmente a uma grande eficiência de deposição;

3. Devido ao alto rendimento térmico do processo, os chanfros da junta

são pequenos, permitindo uma alta economia de material consumível;

4. A automatização do processo não requer treinamento especializado

do operador, e este tem pouca influência sobre a qualidade final da

junta soldada;

5. Como o arco não é visível, uma combinação inadequada das

variáveis de soldagem poderá condenar totalmente uma junta

soldada e executada sob estas condições;

6. A soldagem só poderá ser executada na posição plana;

7. A automação do processo oferece poucas alternativas de aplicação,

se comparada a outros tipos de soldagem, semi–automáticos ou

manuais.

A maior vantagem da soldagem por arco submerso reside em sua alta

eficiência e na possibilidade de usar altas correntes, de modo que, quando se empregam

múltiplos eletrodos simultaneamente, a intensidade da corrente pode atingir valores de até

3000 amperes.

Um dos pontos críticos do processo reside na manutenção do alinhamento

do arco com a linha de centro da junta, uma vez que todo o sistema fica sob o fluxo. Além

disso, devido ao diâmetro do arame de enchimento, é impossível a execução manual da

soldagem, razão pela qual o processo deve ser automatizado.

Existem vários tipos de equipamentos para soldagem por arco submerso,

na figura abaixo podemos ver um dos mais comumente empregados na prática. Nele, o

cabeçote da soldagem é montado sobre um carro, que se movimenta ao longo de trilhos

apropriados. O fluxo é alimentado por meio de um tubo, ligado ao reservatório, que

também está montado no carro. Um carretel de arame completa o sistema móvel e a sua

alimentação se faz por meio de um mecanismo alimentador de arame de enchimento. Para

aumentar a velocidade de deposição do processo, costuma-se, muitas vezes, utilizar dois ou

três arames de enchimento simultaneamente.

Page 29: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

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Fontes de alimentação de CA com características tombantes e fontes de

CC com tensão constante são utilizados na soldagem por arco submerso. As primeiras têm

um custo acessível e são facilmente operáveis, tendo como vantagem a eliminação do sopro

magnético, mesmo com altas intensidades de corrente. Por outro lado as fontes de CA

exigem um controle mais preciso da velocidade de alimentação do arame. Isto é conseguido

através de um circuito apropriado no qual a tensão do arco controla a velocidade do

eletrodo, para manter o comprimento do arco o mais estável possível. Já nas fontes de CC,

é possível trabalhar com uma velocidade de alimentação constante e a polaridade inversa

do arame de enchimento. O processo a CC é também empregado na soldagem de chapas

finas de aço, a altas velocidades e na utilização do método de múltiplos eletrodos.

Os arames de enchimento são apresentados em uma grande gama de

diâmetros. Atualmente, existem no mercado os arames de 2,4; 3,2; 4,0; 4,8; 5,6; 6,4; e 8,0

milímetros. Do ponto de vista de eficiência de deposição, os arames de 4,0 a 6,4 milímetros

de diâmetro são os mais empregados.

Gravidade

Os princípios básicos da solda por gravidade são os mesmos da solda com

eletrodo revestido, mas tem sua utilização limitada por ser usada somente para solda de

filete. Os eletrodos têm um revestimento com pó de ferro e óxido de ferro, e tem

comprimentos de 635 a 760 mm.

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Vantagens

O operador pode operar de 4 a 6 suportes de eletrodo simultaneamente,

ganhando produtividade e diminuindo o custo de H/H, já que o operador não necessita ser

um soldador altamente qualificado.

Desvantagens

Difícil montagem dos suportes em lugares confinados.

Equipamento

O suporte é formado por um tripé, onde o grampo de eletrodo desce por

uma guia inclinada enquanto o eletrodo é consumido. Quando o eletrodo é consumido, o

operador troca o eletrodo para prosseguir com a solda.

Equipamento utilizado para a solda por gravidade

TIG - GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)

Introdução

O processo de soldagem TIG, como é mais conhecido atualmente, é um

processo de soldagem a arco elétrico que utiliza um arco entre um eletrodo não consumível

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de tungstênio e a poça de soldagem. Conforme pode-se notar pela figura abaixo, a poça de

soldagem, o eletrodo e parte do cordão são protegidos através do gás de proteção que é

soprado pelo bocal da tocha. No processo, pode-se utilizar adição ou não (solda autógena),

e seu grande desenvolvimento deveu-se à necessidade de disponibilidade de processos

eficientes de soldagem para materiais difíceis, como o alumínio e magnésio, notadamente

na indústria da aviação no começo da segunda grande guerra mundial. Assim, com o seu

aperfeiçoamento, surgiu um processo de alta qualidade e relativo baixo custo, de uso em

aplicações diversas, com inúmeras vantagens que descreveremos a seguir.

Princípios de Operação

O GTAW funciona através do eletrodo de tungstênio (ou liga de

tungstênio) preso a uma tocha. Por essa mesma tocha é alimentado o gás que irá proteger a

soldagem contra a contaminação da atmosfera. O arco elétrico é criado pela passagem de

corrente elétrica pelo gás de proteção ionizado, estabelecendo-se o arco entre a ponta do

eletrodo e a peça. Em termos básicos, os componentes do GTAW são:

1. Tocha;

2. Eletrodo;

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3. Fonte de Potência;

4. Gás de Proteção.

Por suas características resume-se, então, as vantagens e limitações do

processo:

Vantagens

1. Produz soldas de qualidade superior, geralmente livres de defeitos;

2. Está livre dos respingos que ocorrem em outros processos a arco;

3. Pode ser utilizado com ou sem adição;

4. Permite excelente controle na penetração de passes de raiz;

5. Pode produzir excelentes soldagem autógenas (sem adição) a altas

velocidades;

6. Permite um controle preciso das variáveis da soldagem;

7. Pode ser usado em quase todos os metais, inclusive metais

dissimilares;

8. Permite um controle independente da fonte de calor e do material

de adição.

Limitações e Potenciais Problemas

1. Taxas de deposição inferiores com processos de eletrodos

consumíveis;

2. Há necessidade de maior destreza e coordenação do operador em

relação ao SMAW e GMAW;

3. É menos econômico que os processos de eletrodos consumíveis para

espessuras a 10 mm;

4. Há dificuldade de manter a proteção em ambientes turbulentos;

5. Pode haver inclusões de Tungstênio, no caso de haver contato do

mesmo com a poça de soldagem;

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6. Pode haver contaminação da solda se o metal de adição não for

adequadamente protegido;

7. Há baixa tolerância a contaminantes no material de base ou adição;

8. Vazamento no sistema de refrigeração pode causar contaminação

ou porosidade, sopro ou deflexão do arco, como em outros

processos.

Eletroescória

A soldagem por eletroescória é um processo no qual o coalescimento do

metal–base e o do metal de enchimento é provocado pelo calor gerado pelo efeito de

resistência elétrica no interior de uma escória em fusão. O eletrodo é continuamente

alimentado para o interior da escória e o calor aí gerado deve ser suficiente para fundir

tanto o metal – base, como o próprio eletrodo. Este vai-se depositando no fundo da junta

assim formada, delimitada pelas paredes do metal–base e por duas sapatas de cobre, fixas

ou deslizantes e devidamente resfriadas a água. O princípio de funcionamento de soldagem

por eletroescória é ilustrado na figura abaixo.

Este processo é empregado para soldagem de seções pesadas na posição

vertical, e tem-se notícias da execução de juntas com 300 milímetros de espessura, soldadas

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em um só passe, utilizando três eletrodos simultaneamente. Em termos comparativos, a

eficiência do processo eletroescória é superior ao do arco submerso, principalmente para

chapas bastante espessas, sendo, por isso, muito utilizado na soldagem de equipamentos

para a indústria química e motores marítimos.

A preparação de juntas de geometria complicada é dispensável na

soldagem por eletroescória, sendo suficiente a junta de bordas retas, ou em I, na maioria

dos casos. A abertura entre as chapas deve se situar entre 20 e 35 milímetros, que é

aparentemente exagerada para chapas de menor espessura, mas relativamente baixa para

chapas bastante grossas.

Devido às características do processo eletroescória, o metal-base e a zona

termicamente afetada apresentam-se com granulação grosseira, o que acarreta uma

diminuição da sua tenacidade. Nos casos em que se exige um nível mínimo de tenacidade

para a junta soldada, deve-se proceder a um tratamento térmico adequado, como por

exemplo a normalização.

Um aperfeiçoamento do processo ora em estudo consiste na soldagem por

eletroescória, utilizando um tubo-guia consumível, que permite uma operação mais

simples. Por este método, um tubo-guia, revestido com fundente apropriado, é imerso no

banho de escória e, através dele, o arame de enchimento é alimentado de modo contínuo. O

tubo–guia funciona como supridor de fundente para o banho, um guia para o arame de

soldagem e uma fonte adicional de energia. A figura abaixo apresenta uma ilustração do

funcionamento do processo, bem como dois tipos de tubo-guia consumível.

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35

Os tubos-guia são fabricados a partir de tubos de aço e revestidos com

fundentes apropriados. O diâmetro dos tubos varia entre 8 e 12 milímetros e o

comprimento, entre 500 e 1200 milímetros. O diâmetro a ser utilizado é função da

espessura da chapa a ser soldada e a extensão da junta é, em geral, limitada pelo

comprimento do tubo–guia. Quando se deseja uma junta mais extensa, é comum utilizar-se

mais de um tubo–guia. Nesse caso, uma corrente suplementar de soldagem é alimentada na

altura do ponto médio dos tubos, para diminuir o efeito de baixa de seu isolamento, devido

ao aquecimento pelo efeito de resistência elétrica. As propriedades da zona de solda são

similares às obtidas pelo processo eletroescória convencional.

Eletrogás

Fundamentos do Processo

A soldagem eletrogás (Electrogas Welding - EGW) é uma variação dos

processos de soldagem a arco com eletrodo metálico e proteção gasosa (GMAW) e

soldagem a arco com arames tubulares (FCAW). Por outro lado, seus aspectos operacionais

são similares aos da soldagem por eletroescória, a partir do qual foi desenvolvido.

A soldagem eletrogás é um processo de soldagem por fusão, que utiliza

como fonte de calor um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico contínuo,

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36

sólido ou tubular, e um banho de metal fundido ou de escória. O material fundido fica

contido numa cavidade com eixo na vertical, formada pelas chapas e sapatas de contenção,

como no processo eletroescória. É opcional o uso de proteção gasosa do banho,

dependendo do tipo de eletrodo usado. O arco elétrico é aberto inicialmente sobre uma

chapa de partida, situada na parte inferior da junta. O calor gerado pelo arco funde o

eletrodo e as superfícies do metal de base. Uma poça de metal líquido é formada sob o arco.

0(s) eletrodo(s) são alimentados continuamente ao arco e as sapatas de contenção são

deslocadas para cima à medida que a junta vai sendo preenchida. A solidificação do metal

depositado consolida a união.

Na soldagem com eletrodos sólidos, a proteção é feita por uma nuvem de

gás inerte, ativo ou mistura, fornecida por uma fonte externa, geralmente através de

orifícios adequados nas sapatas de contenção. Na soldagem com eletrodo tubular a proteção

é dada pela fina camada de escória produzida a partir do fluxo de soldagem contido no

eletrodo, que pode ser suplementada por uma nuvem de gás, quando se empregam arames

tubulares recomendados para uso com proteção gasosa.

Neste processo, a escória utilizada na soldagem eletroescória é substituída

pela blindagem de CO2, mas as operações de soldagem são bastante similares. Como no

processo MAG, o CO2 tem também a função de proteger o arco elétrico, que é gerado entre

o arame de enchimento, de alimentação contínua, e a poça de fusão. O gás é introduzido na

região de solda por meio de orifícios apropriados existentes na sapata deslizante de cobre.

A soldagem eletrogás é bastante utilizada na união vertical de chapas de aço de até 30

milímetros de espessura.

Como no caso do processo eletroescória, o eletrogás também proporciona

alta eficiência, possibilidade de executar juntas pesadas em um só passe e dispensa a

necessidade de preparar as juntas de solda.

Do ponto de vista operacional, o processo em discussão apresenta as

seguintes vantagens em relação ao seu similar que utiliza o banho de escória:

1. A abertura entre as chapas é mais reduzida, economizando, dessa

maneira, material consumível e energia despendida na soldagem;

2. As tolerâncias no contato das sapatas de cobre são mais brandas,

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37

pois elas não têm a função específica de vedar o banho de escória.

Conseqüentemente, um pequeno desalinhamento das chapas não irá

influenciar na qualidade da junta soldada;

3. É aplicável a chapas de espessuras menores;

4. O comprimento da região de pouca penetração é menor no início da

soldagem, comparativamente ao processo por eletroescória.

Equipamentos

O equipamento usado na soldagem eletrogás é similar ao da soldagem por

eletroescória com guia não consumível, consistindo de uma fonte de energia elétrica, um

cabeçote de soldagem, onde geralmente são colocados um alimentador de arame e um

sistema de movimentação, sapatas de contenção, sistema de controle e cabos. Em alguns

casos, pode-se usar ainda um dispositivo para oscilar o eletrodo. A diferença básica é a

adaptação das sapatas para injeção de gás protetor e a fonte deste, quando aplicável.

A fonte de energia usada é de corrente contínua, com saída do tipo tensão

constante, geralmente um transformador-retificador ou motor-gerador.

A fonte de gás protetor é constituída de um cilindro do gás ou mistura e

reguladores de pressão e/ou vazão, como nos processes GMAW ou FCAW.

Consumíveis

Os consumíveis usados na soldagem EGW são os mesmos dos processos

GMAW e FCAW, isto é, eletrodos e gases de proteção.

Os eletrodos para soldagem de aços-carbono e aços de alta resistência e

baixa liga (ARBL) são classificados pela especificação AWS A 5.26-78, e são divididos em

sólidos e tubulares. Os arames sólidos são idênticos aos usados no processo GMAW, com

diâmetro entre 1,6 e 4 milímetros. Os eletrodos tubulares também são encontrados nesta

faixa de diâmetro e são classificados quanto à necessidade de uso de proteção gasosa,

composição química e propriedades mecânicas do metal depositado.

Page 38: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

38

Os gases usados são geralmente o CO2 e misturas 80% argônio e 20%

CO2, tanto com arames tubulares quanto com arames sólidos.

Aplicações Industriais

A soldagem eletrogás é mais usada na união de chapas de aços-carbono

ou ARBL posicionadas verticalmente. Esta situação é freqüentemente encontrada na

montagem de estruturas robustas, como cascos de navios, tanques de armazenagem,

edifícios, etc. O processo pode ser aplicado a outros tipos de materiais soldáveis pelos

processes GMAW e FCAW. Em grande parte dos casos, a soldagem é feita no campo.

Oxiacetileno - OFW

Fundamentos do Processo

Soldagem a oxigás (OFW) inclui qualquer operação que usa a combustão

de um gás combustível com oxigênio como fonte de calor. O processo envolve a fusão do

metal base e normalmente de um metal de enchimento, usando uma chama produzida na

ponta de um maçarico. O gás combustível e o oxigênio são combinados em proporções

adequadas dentro de uma câmara de mistura. O metal fundido e o metal de enchimento, se

usado, se misturam numa poça comum e se solidificam ao se resfriar.

Uma vantagem deste processo é o controle que o soldador exerce sobre o

calor e a temperatura, independente da adição de metal. O tamanho do cordão, a forma e a

viscosidade da poça são também controlados no processo. OFW é adequado para soldagem

de reparo, para soldagem de tiras finas, tubos e tubos de pequeno diâmetro. Soldar seções

espessas, exceto para trabalho de reparo, não é economicamente viável quando comparada

com outros processos disponíveis.

O equipamento usado em OFW tem um custo baixo, é normalmente

portátil e versátil o bastante para ser usado para uma variedade de operações, tais como

dobramento e retificação, pré-aquecimento, pós-aquecimento, deposição superficial,

brazagem e soldabrazagem.

Page 39: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

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Acessórios de corte, bicos para multichama e uma variedade de

acessórios para aplicações especiais aumentam a versatilidade do equipamento. Com

mudanças relativamente simples no equipamento, operações de cortes manuais e mecânicos

podem ser realizadas. Aços-carbono e de baixa liga e muitos metais não ferrosos, mas

geralmente não refratários ou reativos, são normalmente soldados.

Gases comerciais têm uma propriedade em comum, requerem oxigênio

para sustentar a combustão. Um gás, para ser conveniente às operações de soldagem, deve

apresentar as seguintes propriedades quando queimado:

1. Alta temperatura de chama;

2. Alta taxa de propagação de chama;

3. Conteúdo de calor suficiente;

4. Mínimo de reação química da chama com os metais base e de

enchimento.

Dentre os gases comercialmente disponíveis, o acetileno é o que mais se

aproxima destes requisitos. Outros gases como propano, gás natural, propileno e gases

baseados nestes, oferecem temperaturas de chama suficientemente altas, mas exibem baixas

taxas de propagação de chama. As chamas finais destes outros gases são excessivamente

oxidantes pelas proporções de oxigênio-gás combustível que são altas para gerar taxas de

transferência de calor utilizáveis.

Características dos Gases de Combustão

A Tabela 1 lista algumas das principais características de gases

comerciais. A fim de reconhecer o significado das informações nesta tabela, é necessário

entender alguns termos e conceitos.

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Tabela 1 – Características de gases combustíveis comuns

Fórmula G.E. V.E R.E. T chama Calor da Combustão

Gás (Ar=1 a (m 3 /kg) (oC) 1 a 2 a 3 a

15,6 o C) MJ/m 3 MJ/m 3 MJ/m 3

Acetileno C2H2 0,906 0,91 2,5 3087 19,0 36 55

Propano C2H3 1,520 0,54 5,0 2526 10,0 94 104

Metil Acetileno C3H4 1,480 0,55 4,0 2927 21,0 70 91

Propileno C3H6 1,480 0,55 4,5 2900 16,0 73 89Metano CH4 0,620 1,44 2,0 2538 0,4 37 37Hidrogênio H2 0,070 11,77 0,5 2660 - - 12

Obs: G.E. = Gravidade específica; V.E. = Volume específico; R.E. = Razão estequiomética

Gravidade Específica

A gravidade específica de um gás, com referência ao ar, indica como o

gás pode acumular em caso de vazamento. Por exemplo, gases com uma gravidade

específica menor que o ar tendem a subir e podem juntar-se nos cantos superiores e no teto.

Aqueles gases com gravidade específica maior que o ar tendem a se acumular em áreas

baixas.

Volume Específico

Uma quantidade específica de gás a uma temperatura e pressão padrão

pode ser descrita pelo seu volume ou peso. Os valores mostrados na Tabela 1 fornecem o

volume específico a 15,6 ºC e sob pressão atmosférica. Se conhecermos o peso e o

multiplicarmos pelo valor da tabela, teremos o volume e vice-versa.

Razão de Combustão ou Estequiométrica

A Tabela 1 indica o volume de Oxigênio teoricamente requerido para a

combustão completa de cada gás. Estas razões Oxigênio-gás combustível (chamadas de

estequiométricas) são obtidas do balanço químico das equações dado na Tabela 2. Os

valores mostrados para combustão completa são úteis para os cálculos, porém, eles não

representam a razão Oxigênio-gás combustível normalmente liberada na operação do

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maçarico, porque a combustão completa é parcialmente sustentada pelo Oxigênio do ar das

vizinhanças.

Calor de Combustão

O calor total de combustão de um gás de hidrocarboneto é a soma dos

calores gerados nas reações primária e secundária que acontecem na chama global. Isto está

mostrado na Tabela 1. Normalmente, o conteúdo de calor da reação primária é gerado na

chama interna ou primária, onde a combustão é sustentada pelo Oxigênio fornecido pelo

maçarico. A reação secundária acontece na chama externa (secundária), que envolve a

primária, e é onde os produtos de combustão da reação primária são sustentados pelo

Oxigênio do ar.

Tabela 2 - Equações químicas para a combustão completa de gases combustíveis comuns

Gás Combustível Reação com Oxigênio

Acetileno C2H2 + 2,5 O2 = 2 CO2 + H2O

Metilacetileno-propadieno (MPS) C3H4 + 4 O2 = 3 CO2 + 2 H2O

Propileno C3H6 + 4,5 O2 = 3 CO2 + 3 H2O

Propano C3H8 + 5 O2 = 3 CO2 + 4 H2O

Gás Natural ( Metano ) CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2OHidrogênio H2 + 0,5 O2 = H2O

Embora o calor da chama secundária seja importante em várias

aplicações, o calor mais concentrado da chama primária é a principal contribuição para a

capacidade de soldagem de um sistema a oxigás. A chama primária é dita neutra quando a

equação da reação primária está balanceada, fornecendo apenas monóxido de carbono e

hidrogênio. Sob estas condições, a atmosfera da chama primária não é nem carburizante

nem oxidante.

Desde que a reação secundária depende necessariamente dos produtos

finais da reação primária, o termo neutro serve como um ponto de referência conveniente

para descrever as razões de combustão e comparar os vários calores característicos de

diferentes gases combustíveis.

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Temperatura da Chama

A temperatura da chama de um gás combustível variará de acordo com a

razão de Oxigênio a ser queimado. Embora a temperatura da chama dê uma indicação da

capacidade de aquecimento do gás combustível, ela é apenas uma das muitas propriedades

físicas a considerar se fizermos uma avaliação global.

As temperaturas de chama listadas na Tabela 1 são para as chamadas

chamas neutras, i.e., a chama primária que não é nem oxidante nem carburizante.

Temperaturas maiores que as listadas na tabela podem ser encontradas, mas, em todo o

caso, aquela chama será oxidante, uma condição indesejável na soldagem de muitos metais.

Velocidade de Combustão

Uma propriedade característica de um gás combustível, sua velocidade de

combustão (taxa de propagação da chama), é um fator importante no calor produzido pela

chama oxigás. Esta é a velocidade na qual a chama viaja através do gás adjacente não

queimado. Ela influencia o tamanho e a temperatura da chama primária. Também afeta a

velocidade na qual os gases podem escoar do bico do maçarico sem causar o afastamento

da chama ou seu “engolimento”. O afastamento da chama ocorre quando a combustão

acontece em alguma distância longe da extremidade do maçarico ao invés de acontecer na

extremidade. O engolimento é o recuo momentâneo da chama para dentro do maçarico,

seguido pela reaparição ou completa extinção da chama.

Como mostra o gráfico a seguir, a velocidade de combustão de um gás

combustível varia de maneira característica de acordo com as proporções de Oxigênio e

combustível na mistura.

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Velocidade normal de combustão da mistura de vários gases com oxigênio.

Intensidade de Combustão

Temperaturas de chama e os valores de aquecimento de combustíveis têm

sido usados quase exclusivamente como critério para avaliação dos gases. Estes dois fatores

sozinhos, entretanto, não fornecem informação suficiente para uma completa avaliação dos

gases para fins de aquecimento. Um conceito conhecido como intensidade de combustão é

usado para avaliar diferentes combinações Oxigênio-gás combustível. A intensidade de

combustão considera a velocidade de queima da chama, o valor de aquecimento da mistura

de Oxigênio e gás combustível e a área do cone da chama fluindo pelo bico.

A intensidade de combustão pode ser expressa como segue:

Ci = Cv . Ch

Onde:

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Ci - intensidade de combustão em Btu/pés2.s ( J/ m2.s)

Cv - velocidade normal de combustão da chama em pés/s (m/s)

Ch - valor de aquecimento do gás de mistura em consideração em

Btu/pés3 (J/m3)

A intensidade de combustão (Ci), portanto, é máxima quando o produto

da velocidade normal de combustão da chama (Cv) e o valor de aquecimento do gás de

mistura (Ch) é máximo. Como o calor de combustão, a intensidade de combustão de um gás

pode ser expressa como a soma das intensidades de combustão das reações primária e

secundária. Entretanto, a intensidade de combustão da chama primária, localizada próxima

do bico do maçarico, é da maior importância na soldagem. A intensidade de combustão

secundária influencia o gradiente térmico nas proximidades da solda.

Intensidade Total de Combustão

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Defeitos na Soldagem

Classificação dos Defeitos

Os defeitos de soldagem podem ser assim agrupados: (1) os que estão

ligados às exigências de projeto ou especificações; (2) os que estão associados às

descontinuidades estruturais na própria solda, (3) os que dizem respeito às propriedades do

metal de solda ou da junta soldada. Estas três classes de defeitos podem ser subdivididas

como segue:

1. Defeitos dimensionais

1.1. Distorção;

1.2. Preparação incorreta da junta;

1.3. Tamanho incorreto da solda;

1.4. Perfil incorreto da solda.

2. Descontinuidades Estruturais na Solda

2.1. Porosidade;

2.2. Inclusões não-metálicas;

2.3. Fusão imperfeita;

2.4. Penetração Incompleta;

2.5. Mordedura;

2.6. Trincas;

2.7. Defeitos superficiais

3. Deficiências nas propriedades

3.1. Deficiências nas propriedades mecânicas;

3.2. Deficiências nas propriedades químicas.

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Defeitos Dimensionais

A fabricação ou montagem de obras soldadas, para ser considerada

satisfatória deve, entre outras exigências, manter as dimensões especificadas, não só no que

se refere ao formato e tamanho das soldas mas também às de todo conjunto.

Distorção

A operação de soldagem envolve a aplicação de calor e a fusão do metal

em seções localizadas. Daí decorrem expansões e contrações que podem dar origem a

tensões de alta magnitude que persistem na parte soldada após haver a estrutura resfriado.

Tais tensões tendem a causar distorção na estrutura. Pode-se eliminar ou reduzir a

distorção, introduzindo-se outras tensões que ajam em sentido contrário, contrabalançando-

se por meio de uma seleção criteriosa de seqüências de soldagem e pelo emprego de

dispositivos de rígida fixação. Até certo ponto, pode-se também fazer uso do martelo de

bola, para diminuir a distorção.

Distorção Angular

Embicamento

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Preparação Incorreta da Junta.

As práticas estabelecidas de soldagem requerem adequadas dimensões das

juntas, para cada processo de soldagem, para cada bitola de chapa, para cada composição

de metal base e para exigência de serviço. O afastamento destes requisitos pode conduzir a

muitos defeitos inclusive, como vimos, tendência à distorção, bem como descontinuidades

estruturais.

Exemplo com desalinhamento da junta

Tamanho Incorreto da Solda

O tamanho de uma solda em ângulo é definido como o comprimento

correspondente ao lado do maior triângulo retângulo isósceles que possa ser inscrito dentro

do corte transversal desta solda.

As deficiências das soldas devidas ao tamanho excessivo ou reduzido

podem ser determinadas por inspeção de um calibre.

Solda de filete assimétrica

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Perfil Incorreto da Solda

O perfil da solda acabada pode ter considerável influência no

comportamento da estrutura sob carga bem como na ocorrência de defeitos tais como a falta

de fusão, inclusão de escórias, etc.

Ângulo excessivo

Concavidade

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Convexidade excessiva

Deposição insuficiente

Penetração excessiva

Descontinuidades Estruturais da Solda

Porosidade

São os vazios globulares freqüentemente encontrados nas soldas,

causados por gases que foram aprisionados, provindos de qualquer fonte, seja da atmosfera,

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do revestimento dos eletrodos, da umidade na superfície que esta sendo soldada, etc.

Quando o metal base contem mais de 0,05% de enxofre e está na presença do hidrogênio

contido na atmosfera do arco, formam-se bolhas de ácido sulfídrico (H2S) que ficam

prisioneiras no metal base. O hidrogênio provém quase sempre do revestimento do

eletrodo. Utiliza-se eletrodos de baixo hidrogênio, eliminando-se ou reduzindo-se esta

forma de porosidade. Também o carbono do metal base pode provocar porosidade pois

reage com o oxigênio para formar o monóxido de carbono (CO). O oxigênio pode provir da

atmosfera, do revestimento do eletrodo, dos óxidos dos fluxos, da ferrugem, das crostas,

etc. Tal tipo de porosidade pode ser reduzida empregando-se metal de enchimento de aço

totalmente acalmado. O nitrogênio dissolvido também é motivo de porosidade. A presença

na superfície das juntas de óleo, graxa, pintura e matérias orgânicas, por óbvias razões,

conduz a porosidade. Então, os vazios são causados devido aos gases que são absorvidos

quando o material está em fusão e expelidos quando ele resfria mas, não expelidos

suficientemente depressa para evitar o aprisionamento. São causados também pelos gases

provenientes de reações químicas que ocorrem durante a soldagem. Intensidades de

correntes elevadas e comprimentos de arco excessivos provocam porosidade porque tais

condições resultam em consumo indevido de elementos desoxidantes do revestimento dos

eletrodos. A falta de desoxidantes na poça de fusão para combinar com os gases durante o

resfriamento significa liberação para os gases.

A distribuição da porosidade dentro de uma solda é de alguma

importância. Sua ocorrência pode ser geralmente classificada como segue:

1. Bolsões mais ou menos uniformemente espalhados pelo metal de

solda. Os valores dos bolsões vão de 1/8" de diâmetro a dimensões

microscópicas;

Porosidade em Bolsão

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2. Porosidades em grupos: muitas vezes associadas a determinadas

condições de soldagem como por exemplo, quando se substitui um

eletrodo, interrompendo-se e reacendendo-se o arco;

Porosidade agrupada

3. Porosidade linear : Ocorre no primeiro passe e é encarada como

caso especial de penetração incompleta . Geralmente, são três ou

mais cavidades tendo um diâmetro médio não menor que 1/16",

distribuídos em linha paralela ao eixo longitudinal da solda, sendo

a distância média entre cada cavidade não maior que 3/4" ou menor

que 1/16".

Porosidade alinhada

Em síntese, as causas e curas da porosidade podem ser assim

apresentadas:

1. Causa: hidrogênio excessivo, oxigênio, nitrogênio ou umidade na

atmosfera de soldagem;

Correção: mudar de eletrodos ou regular o gás protetor (caso se

trate do processo TIG ou MIG);

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2. Causa: solda resfriando muito rapidamente;

Correção: retardar o resfriamento ou pré-aquecer;

3. Causa: metal base com alto teor de enxofre;

Correção: mudar de metal. Empregar eletrodos de baixo hidrogênio;

4. Causa: óleo, pintura ou ferrugem na superfície da junta;

Correção: limpar a junta;

5. Causa: comprimento do arco indevido;

Correção: corrigir a técnica de soldagem;

6. Causa: intensidades de correntes excessiva;

Correção: diminuir a amperagem;

7. Causa: manipulação errada de eletrodo;

Correção: corrigir a técnica de soldagem;

8. Causa: umidade excessiva na junta ou eletrodo;

Correção: secar a junta com ligeiro pré-aquecimento e manter o

eletrodo com estufa;

9. Causa: desenho incorreto da junta;

Correção: corrigir o afastamento ou preparo da junta;

Trincas

Resulta da presença de tensões localizadas em alguns pontos e que excedem

a resistência à ruptura do material, podendo ocorrer a qualquer temperatura. Geralmente

classifica-se as trincas em:

1. Trincas a quente;

2. Trincas a frio.

Trincas a Quente

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Quando a trinca ocorre em temperaturas acima de 500 oC, o

caminhamento da fissura pelo metal é, geralmente, intergranular, isto é, caminha nos

limites entre os grãos, em vez de atravessar os grãos.

A trinca pode ser encontrada nos cordões de solda, porque, ao resfriar-se a

junta, o metal-base e o metal de solda se contraem e as tensões aparecem.

No primeiro estágio de solidificação de uma solda em ângulo, quando o

cordão de um filete desta espécie está esfriando, o metal de solda sólido soldado às paredes

da junta, está se contraindo. A não ser que as chapas sejam finas, elas causam tensão

suficiente para afastar os cristais no centro de cordão, que estão separados apenas por

tênues camadas de metal líquido, sem resistência à tração sofrida. Quanto mais um metal

demora a solidificar mais facilidade ele terá para sofrer trincas. Para impedir o

aparecimento de trincas deve-se, portanto, diminuir a quantidade de calor utilizada na

soldagem ou fazer pré/pós-aquecimento.

A trinca a quente não se restringe ao metal de solda, ela também aparece no

metal base. Alguns metais de alta liga contém na sua microestrutura carburetos complexos

ou compostos intermetálicos que se tornam fracos a certas temperaturas. Se no momento da

solda forem aplicadas tensões à peça que está sendo soldada, pode-se iniciar uma trinca.

Outra causa de trinca, que normalmente aparece na soldagem do aço, é a

presença do enxofre. Este elemento reage com o ferro para formar sulfeto de ferro. O

sulfeto cerca os cristais e retarda a solidificação. Para se evitar isso, pode-se adicionar

manganês que possui maior afinidade pelo enxofre que o ferro e impede a formação de

sulfeto de ferro.

Outra causa de trincas a quente é o aprisionamento de escória. Os

revestimentos dos eletrodos devem produzir escórias de baixa densidade e de ponto de

fusão não muito baixo. A baixa densidade favorece uma subida rápida da escória para a

superfície. Por outro lado, se uma escória de ponto de fusão muito baixo for aprisionada no

metal de solda, aumentam as probabilidades de existir escória líquida entre os cristais.

Trincas a Frio

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É uma trinca intergranular e pode ocorrer no próprio metal de solda ou em

zonas adjacentes ao cordão, onde a temperatura do metal foi elevada acima do limite crítico

e a estrutura cristalina do ferro tornou-se de cubo centrado. Presumindo que o metal seja

aço, temos portanto uma área de austenita, pois não houve tempo para a transformação

desta, em ferrita e perlita. Caso o teor de carbono seja bastante elevado forma-se

martensita, dura e de baixa dutilidade. É nesta zona de martensita que se formam

geralmente as trincas, provocadas por tensões elevadas.

Outra causa de trinca a frio é a presença, em quantidades críticas, de alguns

elementos residuais de aço. Estanho, fósforo e hidrogênio são responsáveis por trincas.

Tensões multi-axiais também provocam trincas. Quando um esforço de

tração é aplicado a uma seção de metal, este se alonga e a seção diminui. Quando outro

esforço é aplicado fazendo um ângulo reto com o primeiro, aparecem tensões bi-axiais. Se

tais tensões estão acima do limite elástico, a deformação plástica será enfraquecida. Quando

uma terceira tensão for acrescentada em ângulos retos com as duas primeiras, como

acontece muitas vezes em soldagem, aparecem tensões tri-axiais e a deformação plástica

torna-se ainda mais difícil. Os metais sob tensões multi-axiais tendem a exibir dutilidades

excepcionalmente baixas e rompem, às vezes, sob cargas muito baixas.

Trina superficial

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Trinca na raiz

Inclusões Não-metálicas

Este termo é usado para descrever os óxidos e outros sólidos que muitas

vezes são encontrados como inclusões alongadas ou globulares nas soldas. Durante a e

disposição subsequente solidificação do metal de solda, muitas reações químicas ocorrem

entre o metal-base, o arco elétrico, os materiais de revestimento dos eletrodos e a escória

por eles produzidas. Alguns dos produtos destas reações são compostos não metálicos,

somente até certo ponto solúveis no metal em fusão. Devido a terem menor peso específico,

estes produtos tendem a flutuar na superfície a não ser que sejam impedidos por qualquer

causa, como a rápida solidificação ou a alta viscosidade do material. Pode acontecer ainda,

de a escória ser forçada para baixo do metal fundido pela força do arco. Também ela pode

flutuar adiante do arco e ser encoberta pelo metal de solda. A escória, assim forçada no

metal em fusão ou então formada por reações químicas, apresenta a maioria das vezes, o

aspecto de inclusões globulares finamente divididas. O trabalho a quente alonga estas

inclusões.

A escória mecanicamente aprisionada no material de solda como resultado

de indevida manipulação do arco é a mais perigosa pois seu tamanho é geralmente, bastante

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grande. O formato é irregular também. Quando se solda fora de posição, principalmente

sobre-cabeça é mais comum a ocorrência de tais inclusões.

Sob determinadas circunstâncias, é possível ainda que surjam inclusões

sob a forma de películas. Estas circunstâncias são :

1. Uma vareta de enchimento sendo adicionada à cratera gota por

gota e havendo fluxo inadequado ou insuficiente, em volta de cada

gota forma-se uma atmosfera oxidante. A não ser que o metal de

solda seja mexido para trazer esta película à superfície, ela

permanecerá na solda.Quando se começa um novo cordão no término

do precedente (quando se muda de eletrodo, por exemplo) sem

remover a escória da extremidade do primeiro cordão, o metal em

fusão pode cobrir a escória e também a película de óxido do cordão

solidificado e não devidamente limpo.

A profundidade da poça de fusão tem pequeno efeito no aprisionamento da

escória porque quanto mais profundo o metal em fusão se encontra, mais devagar ele

solidifica e mais tempo tem a escória para subir à superfície. Por outro lado, quanto mais

quente o metal em fusão, menos viscoso ele é e menos resistência ele oferece à subida das

inclusões. Uma pequena reflexão, contudo, mostrará que a vantagem de se elevar a

temperatura da poça de fusão é fartamente derrubada por outras desvantagens. Quando a

temperatura sobe, a escória na superfície torna-se menos viscosa e não cobre

adequadamente o metal da solda. Ainda mais, a elevadas temperaturas o metal de solda

dissolve muita escória. Conseqüentemente, não é boa política elevar, intencionalmente, a

temperatura.

Em resumo, os fatores que mais afetam o aprisionamento de escória são:

1. Viscosidade do metal em fusão: quanto mais viscoso, mais devagar

as inclusões sobem à superfície;

2. Temperatura: quanto mais alta, mais a escória se dissolve no metal

de solda, em contraposição, quanto mais elevada a temperatura

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57

menor será a viscosidade;

3. Pudlagem: quanto maior a agitação do banho, maior é a

probabilidade de aprisionamento de escórias, a não ser que a

manipulação seja proposital e estudada;

4. Grau de esfriamento: quanto mais rápido o resfriamento maior é a

probabilidade de inclusão de escórias.

A inclusão de escórias é geralmente impedida pela preparação da junta antes

de depositar cada cordão de solda, tomando-se o cuidado em corrigir contornos que

dificultarão a penetração plena do arco. Obviamente, a libertação da escória pela poça de

fusão será ajudada por todos os fatores que tornem o metal menos viscoso ou retardem sua

solidificação: pré–aquecimento e controle de temperaturas inter–passes.

Inclusão de escória

Falta de Penetração

O termo é aplicado à falta de fusão entre o metal depositado e o metal

base na raiz da solda. Uma das causas deste defeito pode ser devido ao fato de não haver

sido alcançado a temperatura de fusão em toda a profundidade do chanfro. Outra causa

pode ser, no caso das soldas em ângulo, o vazio produzido pelo ligamento das fases da

junta pelo metal de solda, sem que ele tenha atingido o fundo.

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A penetração incompleta é indesejável particularmente se a raiz da solda

está sujeita a tensões diretas ou a tensões de flexão. A área não fundida permite

concentração de tensões que podem redundar em rompimento, mesmo sem deformação

apreciável. No entanto, mesmo que as tensões da estrutura não envolvam dobramento neste

ponto ou não o atinjam diretamente, os esforços resultantes do calor da soldagem podem

dar origem a uma trinca que, iniciando-se no primeiro cordão, pode atingir toda solda.

A causa mais freqüente deste defeito é um mau desenho da junta.

Falta de penetração

Falta de Fusão

Pode ser causada por :

1. Insuficiente fusão do metal base (ou do cordão previamente

depositado);

2. Insuficiente dissolução dos óxidos ou matérias estranhas na

superfície do metal base pelos fluxos.

Para evitar tal defeito, deve-se limpar bem as superfícies a soldar e empregar

uma técnica de soldagem correta.

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59

Falta de fusão

Mordedura

É o entalho que aparece nas bordas de um cordão de solda e geralmente tem

uma ou várias das seguintes causas :

1. Intensidade excessiva da corrente de solda;

2. Manipulação indevida do eletrodo;

3. Eletrodo de tipo não recomendado para o trabalho;

4. Velocidade de soldagem excessiva;

5. Bitola excessiva do eletrodo (poça de fusão exageradamente grande);

6. Costuramento excessivo;

7. Eletrodo fazendo ângulo pequeno demais com a superfície vertical

nas soldas em ângulo.

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Mordedura

Mordedura na raiz

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Ensaios Não-destrutivos

Introdução

A utilização dos ensaios não-destrutivos é largamente aplicada na

indústria da construção naval como forma de verificar a solidez/qualidade das soldas

durante a construção ou reparo dos navios. Um plano dos testes com ensaios não-

destrutivos é freqüentemente utilizado, para assegurar uma confiabilidade estrutural maior,

especificando-se uma extensão maior de ensaios do que seriam realizados em uma inspeção

normal.

Exame Visual

Todas as soldas estão sujeitas à inspeção visual, variando desde uma

inspeção casual por parte do soldador até uma formal por parte de um inspetor qualificado

ou vistoriador. O exame visual, quando executado corretamente, é considerado por muitos

como um dos métodos mais importantes de se assegurar a qualidade da solda, pelo fato de

fornecer informações importantes que não estão disponíveis prontamente pelos outros

métodos.

No exame visual de juntas soldadas, devem-se considerar a aparência do

cordão, as condições da superfície, os aspectos dimensionais e o tratamento da junta.

Em relação à aparência, verifica-se a regularidade da superfície do cordão

e o formato do pé da solda, não só em virtude do aspecto estético mas também pelo fato de

que defeitos graves na soldagem podem estar sendo escondidos. Os defeitos superficiais,

superposições, saliências, mordeduras, crateras ou trincas devem ser evitados. A verificação

dimensional deve ser realizada para os reforços da solda, o comprimento desta, e o

comprimento da perna do filete. A verificação dos tratamentos após a soldagem, como

remoção da escória e dos respingos, também deve ser efetuada visualmente.

Os defeitos observados devem ser reportados prontamente a tempo que

ações corretivas sejam tomadas por parte da produção.

Page 62: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

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Líqüido Penetrante

O ensaio por líquido penetrante é um método de inspeção não-destrutivo

bastante sensível, utilizado para detectar e localizar pequenas descontinuidades que se

abrem para a superfície, como fissuras, poros e mesmo vazamentos. O método baseia-se na

propriedade que certos líquidos têm de penetrar profundamente em descontinuidades

superficiais dos materiais. Assim, após sua aplicação, o excesso de líquido é removido da

superfície, restando somente aquelas porções que ficaram retidas nas descontinuidades

existentes. O líquido remanescente é então retirado por uma emulsão reveladora,

geralmente talco e álcool, pois quando o álcool evapora o talco absorve o líquido penetrante

permitindo a localização das falhas eventualmente existentes na superfície examinada. A

figura abaixo mostra o princípio de funcionamento da inspeção por líquido penetrante.

A inspeção por líquido penetrante é um método relativamente rápido, de

baixo custo e bastante simples, de tal forma que os operadores não encontram maiores

dificuldades em aplicá-lo adequadamente. É muito útil na detecção de falhas em materiais

não-magnéticos, mesmo os não-metálicos, desde que não seja poroso. Serve para detectar

somente os defeitos superficiais, e exige uma limpeza da peça para que a sujeira não se

deposite nas fissuras.

Page 63: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

63

Partículas Magnéticas

A inspeção por partículas magnéticas é realizada em materiais

ferromagnéticos e baseia-se na formação de um campo magnético no material ou na peça

que se deseja examinar. Caso o item que está sendo examinado apresente uma falha,

haverá, neste local, a formação de pólos magnéticos, ou seja, de um pequeno ímã, que

poderão ser detectados ao se espalhar uma camada de limalha de ferro bastante fina, pois as

partículas serão atraídas e se concentrarão no local da falha, devido à sua baixa relutância

magnética, seguindo a orientação do campo magnético existente. O princípio de

funcionamento da inspeção por partículas magnéticas está esquematizado na figura abaixo.

A eficiência deste ensaio decresce com a diminuição do tamanho da

descontinuidade e com o aumento da profundidade de sua localização, sob a superfície do

material. O formato da descontinuidade também influi na sensibilidade do ensaio. Formas

arredondadas, ou mesmo esféricas, são mais difíceis de serem detectadas do que as que

apresentam formato alongado, como as trincas. Além disso, a sensibilidade máxima é

conseguida, quando as descontinuidades são normais às linhas de corrente do fluxo

magnético.

Um ponto importante a ser observado na preparação do ensaio consiste na

orientação dos defeitos que se deseja detectar, uma vez que o ensaio só será efetivo se a

descontinuidade realmente distorcer o campo magnético, de forma a causar a fuga das

linhas de corrente de sua direção normal. As descontinuidades de formas alongadas e finas,

como em costuras de solda, inclusões ou microfissuras, não interrompem as linhas de fluxo

que são paralelas à direção da referida descontinuidade, prejudicando, portanto, o ensaio

Page 64: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

64

que está sendo realizado. Nesse caso, deve-se mudar a direção do campo magnético para

que os defeitos possam ser identificados.

No caso em que a orientação dos possíveis defeitos é desconhecida, deve-

se efetuar o ensaio pelo menos em duas direções mutuamente normais.

As condições superficiais do material ensaiado também influem nos

resultados dos ensaios. A presença de rugosidades, por exemplo, pode causar a distorção do

campo magnético e provocar a falsa impressão de uma descontinuidade. As superfícies

deverão, portanto, ser limpas, secas e livres de graxas e materiais estranhos, antes de se

conduzirem os ensaios propriamente ditos.

Em juntas soldadas, costuma-se utilizar o método dos pólos magnéticos,

utilizando-se solenóides apropriados, ou o método das bobinas auto-excitadoras de campo,

para a realização dos ensaios.

Ultra–som

Generalidades

A inspeção por ultra-som baseia-se nas propriedades de propagação,

refração e reflexão de ondas sonoras de alta freqüência em corpos sólidos. Assim, por

intermédio de um emissor, uma onda sonora de alta freqüência é emitida através da peça

que se deseja inspecionar e a sua reflexão é recebida por um receptor que transforma o sinal

recebido em um impulso elétrico, que pode ser registrado ou então lido em uma tela de

cinescópio. Os aparelhos de ultra-som empregados em construção naval para inspeção de

materiais comuns tais como aço doce, cobre, alumínio, antimônio, etc, possuem o emissor e

o receptor incorporados em um mesmo cabeçote.

A produção de ultra-som é baseada nas propriedades piezoelétricas de

certos cristais, como por exemplo o cristal de quartzo. Baseando-se nesta propriedade, se

fizermos passar por uma lâmina de quartzo, cujo corte é feito de maneira a ter-se a sua

estrutura convenientemente orientada, podemos obter uma vibração que será função da

freqüência da corrente elétrica aplicada, obtendo-se assim freqüências variando desde

poucos ciclos por segundo até freqüências próximas de 25 megaciclos por segundo.

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Na prática, para que haja um bom contraste entre o cabeçote e a peça é

necessário usar película de óleo, graxa ou mesmo água entre a superfície de contato do

cabeçote e a peça.

A figura abaixo mostra os sinais recebidos em uma tela de cinescópio

após retificação e filtragem.

A indicação vertical assinala a presença de uma superfície refletora no

caminho do feixe sonoro, cuja amplitude do sinal vertical guarda uma proporcionalidade

direta à quantidade de energia retornando ao receptor. A distância horizontal entre uma

indicação vertical e outra é proporcional ao tempo gasto pela onda sonora em percorrer o

caminho de ida e volta entre uma superfície e outra. Assim, pode-se saber qual a espessura

da peça sendo inspecionada, assim como, pode-se determinar qual a distância do defeito à

superfície encontrada, ou seja, a profundidade do mesmo.

Aplicações do ultra-som no estaleiro

O ultra-som é usado nos estaleiros principalmente para:

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1. Medir a espessura de chapas em navios velhos;

2. Inspeção de materiais (chapas, tubos, forjados e fundidos);

3. Inspeção de soldas.

Medição de Espessura em Navios Velhos

O procedimento para medir a espessura de chapas em navios velhos

consiste basicamente em :

a. Preparar a superfície para o contato do cabeçote. Geralmente, a

preparação da superfície consiste em esmerilhar o local a ser

inspecionado em uma área cujo diâmetro é aproximadamente 10cm,

de modo a remover escamas de ferrugem ou camadas de tinta que

possam atrapalhar o contato direto do cabeçote. De qualquer modo

sempre deverá ser usado óleo, graxa ou outra substância de contato.

b. Calibragem do equipamento de ultra-som em blocos padrão de

espessuras próximas da que se espera encontrar e do material

aproximadamente idêntico ao da chapa.

c. Executar pelo menos duas medidas em cada chapa, a média

aritmética das duas medidas poderá ser considerada como

representativa da espessura da chapa.

Inspeção de Materiais

As inspeções de materiais são efetuadas principalmente na verificação

interna de peças de aço fundido e forjado. A aplicação do ultra-som no estaleiro em peças

de ferro fundido é bastante reduzida.

Inspeção de Soldas

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Na inspeção de soldas por ultra-som, as duas técnicas usuais são: feixe

sonoro “direto” e feixe sonoro “angular”. A seleção de uma ou outra técnica depende das

condições da superfície da peça no local a ser inspecionado e do tipo de defeito que se

espera encontrar.

Quando há possibilidade de haver uma fratura perpendicular à superfície

da peça deve-se usar o feixe sonoro “angular” que dá melhor interpretação do defeito.

O feixe sonoro “angular” é capaz de inspecionar somente uma pequena

porção da seção considerada num dado instante, portanto, para que toda a seção seja

inspecionada é necessário movimentar-se o cabeçote segundo o esquema abaixo.

Para facilitar a localização do defeito quando se usa o feixe sonoro

“angular” usa-se adaptar sobre o cabeçote uma escala graduada indicando os pontos de

reflexão do feixe sonoro. Com o uso desta escala e tendo-se a distância horizontal da

indicações tomada na tela do cinescópio, após uma pró calibragem, pode-se determinar a

posição do defeito e a sua profundidade. Como pode haver uma escala para cada espessura

de chapeamento usa-se, para simplificar, uma mesma escala com traços correspondentes às

várias espessuras.

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Há certos casos em que se pode usar indiferentemente qualquer um dos

dois métodos citados anteriormente dependendo apenas da prática do operado. Um exemplo

deste caso são as soldas do trincaniz com o cintado.

Vantagens

- Pode ser executado em materiais metálicos e não metálicos;

- Não necessita, para inspeção, do acesso por ambas as superfícies da

peça;

- Permite locar e dimensionar com precisão as descontinuidades;

- É um exame mais rápido do que radiografia;

- Pode ser executado em juntas de geometria complexa, como nós de

estruturas tubulares;

- Não requer paralisação de outros serviços diante a sua execução e

não requer requisitos rígidos de segurança, tais como os requeridos

para o exame radiográfico.

Limitações e Desvantagens

- Não se aplica a peças cuja forma, geometria superficial impeçam o

perfeito acoplamento do cabeçote à peça;

- O grão grosseiro de certos metais de base e de solda (particularmente

ligas de níquel e aço oxidável austenítico) podem dispersar o som e

causar sinais que perturbem ou impeçam exame;

- O reforço da raiz, cobre-juntas e outras condições aceitáveis podem

causar indicações falsas;

- Peças pequenas ou pouco espessas são difíceis de inspecionar;

- O equipamento de ultra-som é caro;

- Os inspetores de ultra-som requerem, para sua qualificação, de maior

treinamento e experiência que para outros ensaios não destrutivos;

- A melhor detecção de descontinuidade depende da orientação do

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defeito da solda;

- A identificação do tipo de descontinuidade requer grande treinamento

e experiência, porém mesmo assim não é totalmente segura.

Exame Radiográfico das Soldas

Generalidades

O exame radiográfico baseia-se na propriedade da radiação em penetrar

através dos metais. A radiação ao atravessar um material será parcialmente absorvida,

sendo que a quantidade de absorção é função da densidade e espessura do material

atravessado. No caso da solda, se houver uma falha interna, como por exemplo porosidade,

inclusão de escória, etc, o feixe de radiação terá mais facilidade de atravessar a solda neste

local do que em outro onde não há falha alguma. Conseqüentemente haverá uma variação

na absorção da radiação pela solda nas regiões defeituosas, variação esta que pode ser

registrada em um filme , cuja revelação posterior permite a análise dos defeitos no interior

da solda.

Numa construção naval para se garantir uma boa qualidade da solda

durante a construção do casco do navio deve-se fazer inspeções ocasionais por meio de

radiografias em locais escolhidos aleatoriamente e sem qualquer possibilidade de previsão

por parte do soldador. Isto tem uma excelente atuação psicológica evitando que o soldador

se descuide nos locais que ele sabe que não serão radiografadas.

A radiografia deve cobrir pelo menos 25cm da solda e o número de pontos

a serem verificados varia de acordo com a prática do estaleiro ou recomendações da

sociedade classificadora.

As radiografias devem ser localizadas preferencialmente nos cruzamentos

de solda de topo nas regiões do cintado, bojo, quilha, trincaniz do convés principal, cantos

de escotilhas ou proximidades de outras descontinuidades que possam existir no convés.

A região do navio a ser radiografada em navios comuns, compreende

aproximadamente três quintos do comprimento a meio navio.

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70

Produção de Raios-X

Os Raios-X são gerados quando um feixe de elétrons em alta velocidade

choca-se com um alvo metálico. Durante a colisão com o metal os elétrons penetram na

estrutura atômica do mesmo, causando o deslocamento de outros elétrons e liberando

energia eletromagnética na forma de Raios-X.

Na alimentação de alta tensão geralmente é colocado um interruptor de

tempo que serve para desligar a alta voltagem, interrompendo assim a radiação após um

tempo pré-determinado.

A variação da voltagem afeta a qualidade dos Raios-X, pois quanto maior

for a diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo maior será a velocidade dos elétrons,

consequentemente maior será a energia de radiação resultante. Este aumento de energia é

acompanhado pela redução do comprimento de onda da radiação, aumentando assim o

poder de penetração da radiação.

O gráfico abaixo mostra a variação do comprimento de onda máximo com

o aumento da tensão no tudo. A variação da corrente do tubo afeta a intensidade da

radiação. Isto é, a quantidade de radiação emitida.

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Técnicas de Radiografia

As técnicas de radiografia envolvem a ajustagem da fonte de Raios-X, a

distância do filme à fonte de radiação. Tipo de filme e exposição, colocação do filme em

relação à peça e tipo de fonte de radiação.

A melhor técnica é aquela que combina todos estes fatores de tal maneira

que seja obtida uma imagem radiográfica bastante nítida com perfeita definição de todas as

falhas que possam existir na solda. De um modo geral a melhor combinação de todos os

fatores deve ser obtida experimentalmente.

Penetrômetros

O penetrômero é usado para indicar a qualidade de uma radiografia, pois,

pelo estudo da imagem do penetrômetro, pode-se obter informações sobre a nitidez da

imagem e o contraste fotográfico. A norma ASTM estabelece que o penetrômetro deve ser

uma lâmina, cujo material deve ser o mais próximo possível do metal de base sendo

soldado. A espessura da lâmina deve ser 2% da espessura da solda. Na lâmina devem-se

fazer três furos cujos diâmetros são: 1T, 2T e 4T, sendo T a espessura da lâmina.

A norma ASTM estabelece ainda três níveis de qualidade radiográfica

que são: 2-1T, 2-2T e 2-4T. O primeiro nível significa que em uma radiografia deve ser

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visível um penetrômetro de 2% da espessura da solda e o furo de diâmetro 1T e assim

respectivamente para o segundo e terceiro níveis.

Para identificação os penetrômetros devem conter números de chumbo

indicando a sua espessura em milésimos de polegada.

Tal padrão não é prático para os estaleiros pois estes trabalham com

muitas espessuras de chapa diferentes.

A norma DIN estabelece como penetrômetro uma série de fios de mesmo

material que o metal base sendo soldado montados em uma lâmina de plástico. No caso do

penetrômetro DIN, a sensibilidade é determinada pelo diâmetro do menor fio que for

visível na radiografia.

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Defeitos no filme radiográfico

Defeito CausaRadiografias muito claras - Exposição insuficiente

- Tempo de revelação insuficiente

Radiografias muito escuras

- Exposição demasiada

- Tempo de exposição demasiado

- Penetração de luz na câmara

Radiografias com pouco contraste

- Radiação muito penetrante

- Radiação secundária excessiva

- Revelação insuficiente

Radiografia com contraste

excessivo

- Excesso de revelação

- Filme do tipo inadequado

- Penetração insuficiente da radiação

Radiografias manchadas ou

veladas

- Penetração de luz

- Filme exposto à radiação dispersa

- Revelador sujo ou guardado

inadequadamente

- Operador com as mãos sujas

- Bolhas de ar no filme durante a revelação

ou fixação

Radiografias amareladas

- Tempo insuficiente no fixador

- Fixador gasto

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- Lavagem incorreta de filme após a

revelação, antes do fixador

Radiografias com pouca nitidez

- Distância excessiva da peça

- Movimento na peça ou tubo de Raios-X

- Intensificador inadequado

- Mal contato entre o filme e os

intensificadores

Utilização Apropriada dos Diferentes Métodos de Ensaios

Os métodos de inspeção não destrutivos apresentam suas vantagens e

desvantagens com relação às faixas de aplicação e aos tipos de falha detectáveis. A seguir

segue uma tabela com os ensaios mais adequados para determinadas situações.

Métodos de Defeitos Abertos Defeitos Próximos Defeitos no

Detetcção para a Superfície à Superfície Interior da Solda

Radiografia # # #Ultra-som o ou A o ou A #Partic. Magnéticas # o ou A xLíq. Penetrante # x x

Localização dos Defeitos e Métodos de Detecção

Métodos de Defeitos Defeitos Defeitos Defeitos Lineares Defeitos Circulares

Detetcção Planos Esféricos Cilíndricos na Superfície na Superfície

Radiografia o ou A # # ----- -----Ultra-som # o ou A o ----- -----Partic. Magnéticas ----- ----- ----- # o ou ALíq. Penetrante ----- ----- ----- o ou # #

# = Melhor ; o = Bom ; A = Difícil ; x = Impossível ;

Formato dos Defeitos e Métodos de Detecção

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Formatos TiposDefeito Plano Trincas, falta de fusão, penetração insuficienteDefeito Cilíndrico Inclusão de escóriaDefeito Esférico PorosidadesDefeito Circular na Sup. CraterasDefeito Linear na Sup. Trincas

Tipos e Formatos de Defeitos

Page 76: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

76

Tensões Residuais

Tensões residuais sempre ocorrem nos materiais tecnológicos, com maior

ou menor intensidade, dependendo das características físicas, químicas e mecânicas dos

mesmo e dos processo de fabricação previamente envolvidos. Desta forma é muitas vezes

importante avaliar ou prever a formação de tensões residuais para preservar a integridade

dos projetos de engenharia contra a deformação das peças ou estruturas, falhas por fadiga,

fratura e corrosão. Por outro lado, tensões residuais podem ser também exploradas para

correção ou alteração da geometria das peças, para benefício do desempenho mecânico a

fadiga e em montagens tensionadas.

Apesar do significado tecnológico, em muitos casos, a presença de

tensões residuais não é claramente avaliada. Isto é decorrente das dificuldades conceituais,

informações metalúrgicas insuficientes, ausências de um conveniente balizamento dos

parâmetros durante os processos de fabricação e limitações nas técnicas para sua medição.

Além disso, dificuldades advém de diferentes fenômenos mecânico-metalúrgicos, alguns

deles não claramente estendidos, que isolados ou conjuntamente podem concorrer na sua

formação.

Deve ser ressaltado que na estrutura soldada, as tensões que atuam em

determinado local de junção soldada é o resultado de um somatório de tensões: das tensões

de carregamento, tensões de montagem, tensões residuais preexistentes no material

originadas na fabricação dos mesmos, mais as tensões residuais produzidas no cordão de

solda em decorrência da soldagem. Tal como ocorre na prática, a avaliação das tensões

numa estrutura soldada é tarefa para diferentes ramos de engenharia.

Conceito de Tensões Residuais em Metais

A diferenciação das tensões residuais pelos processos tecnológicos que as

produzem, apresenta em primeira instância dificuldades para classificação e compreensão

das tensões residuais, porque aparenta existir muitas causas para a formação das mesmas,

específicas de cada processo tecnológico.

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Muitas outras denominações diferentes têm sido dadas para as tensões

residuais nos materiais metálicos, entretanto, muitas delas tornam-se redundante, ou

dificultam a compreensão do ponto científico e prático. Assim sendo, as tensões residuais

nos materiais metálicos policristalinos podem ser caracterizadas em três modos diferentes,

em conseqüência de como se apresentam nos materiais:

- Tensões Residuais do Modo I : São quase homogeneamente

distribuídas numa grande região do material, ou seja, distribuídas em

vários grãos. Numa superfície de corte através de todo o corpo, as

forças internas relativas às tensões residuais do modo I estão em

equilíbrio. Do mesmo modo se anula o somatório dos momentos das

forças relativas a qualquer eixo. Com a alteração do equilíbrio das

forças e dos momentos de um corpo contendo tensões residuais do

modo I, ocorrem alterações macroscópicas nas dimensões do corpo.

- Tensões Residuais do Modo II : São quase homogeneamente

distribuídas numa pequena região do material, ou seja, num grão, ou

região da ordem de grandeza do tamanho de grão. As forças e

momentos internos relativos às tensões residuais do modo II estão em

equilíbrio, considerando-se apenas um número pequeno de grãos.

Com alteração deste equilíbrio, podem se apresentar, não

necessariamente, alterações macroscópicas nas dimensões do corpo.

- Tensões Residuais do Modo III : São heterogeneamente distribuídas

através de pequenas regiões do material, ou seja, da ordem de

algumas distâncias interatômicas. As forças e momentos internos

relativos à tensões residuais do modo III estão em equilíbrio,

considerando-se apenas parte de um grão. Com alteração deste

equilíbrio, não se apresentam modificações macroscópicas nas

dimensões do corpo.

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78

Na soldagem sempre existirão tensões residuais macroscópicas e

microscópicas com complicadas superposições dos modos I, II, III de tensões residuais.

Entretanto, na prática da soldagem, geralmente quando se fala de tensões residuais, são

implicitamente consideradas apenas tensões residuais macroscópicas.

Tensões Residuais na Soldagem

Tensões residuais na soldagem são tensões que existem nas junções

soldadas sem a atuação de forças ou momentos externos e que se formam durante o

processo de soldagem e resfriamento, como conseqüência de deformações temporárias,

locais e heterogêneas em escala macroscópica e microscópica do cordão de solda, região

afetada pelo calor e material base. Ressalta-se que quando o material é uniformemente

aquecido, ou seja, ele expande uniformemente, tensões térmicas não são produzidas no

material (o que nunca ocorrerá em soldagens).

Na soldagem por fusão, as partes dos materiais a serem unidas são

derretidas através do fornecimento de energia térmica. No final do processo de

aquecimento forma-se uma ligação entre as partes através da poça de fusão, que contém o

material de base derretido e normalmente material de adição. Durante a soldagem e início

da solidificação da poça de fusão criam-se tensões térmicas nas regiões vizinhas ao cordão

de solda, devido aos grandes gradientes de temperatura que variam com a posição e tempo.

Com a continuidade do resfriamento da junção soldada, as tensões térmicas continuam

variando com a posição e tempo e tendem a aumentar, mas sempre limitadas pela tensão de

escoamento a quente do material na temperatura local a cada instante. Durante o

resfriamento até a temperatura ambiente, com variações de temperatura e tensões térmicas,

ocorrem também fenômenos metalúrgicos e mecânicos tais como: deformação plástica e

transformação de fase. Todos estes efeitos podem gerar tensões residuais na junção soldada.

O estado de tensão residual macroscópico na soldagem é completamente

determinado se em cada ponto de peça soldada são conhecidas as componentes da tensão

residual em valor e direção. A determinação completa de todas as componentes em vários

pontos da junção soldada é de difícil obtenção experimental. Quase sempre, por motivos de

ordem prática, a determinação das tensões residuais macroscópicas na soldagem limita-se à

determinação das componentes das tensões residuais paralelas e perpendiculares ao cordão

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de solda, denominadas respectivamente por tensões residuais longitudinais σy e tensões

residuais transversais σx. Tensões residuais na direção da espessura σ

z, pode tornar-se

significantes em soldagens em chapas de espessura superiores a 25 mm.

Genericamente, pode-se dizer que as tensões residuais macroscópicas nas

junções soldadas originam-se de gradientes de temperatura, tensões térmicas, deformações

plásticas e transformações metalúrgicas verificadas em regiões macroscópicas do material.

Entretanto, alguns destes fatores são na realidade o somatório de fenômenos mecânicos e

metalúrgicos que ocorrem em regiões microscópicas do material. A análise das tensões

residuais macroscópicas é de grande interesse na tecnologia da soldagem. Todavia, apesar

de inúmeros trabalhos existentes sobre o assunto, ainda não se consegue compreender e

avaliar todos os fenômenos e parâmetros envolvidos na soldagem de diferentes tipos de

aço.

Quase todos os estudos sobre tensões residuais na soldagem referem-se às

tensões residuais macroscópicas. Muito pouco é conhecido a respeito das tensões residuais

microscópicas, apesar de sua reconhecida influência sobre as tensões residuais

macroscópicas e sobre o comportamento mecânico das junções soldadas. Na soldagem por

fusão, ocorrem muitas regiões microscópicas distintas, dependendo das condições de

aquecimento e resfriamento que o material fica sujeito em cada região da junção soldada, e

de heterogeneidades locais na composição química, particularmente se a soldagem é

realizada com material de adição. Geralmente, estas regiões microestruturais podem

apresentar tamanhos de grãos diferentes, com ou sem morfologia diferentes, fases

diferentes e orientações cristalográficas diferentes. Nestas regiões microestruturais, a

ocorrência de diferentes densidades de discordância, microprecipitados, gases dissolvidos,

gradientes na dissolução de elementos de liga ou impurezas dentro dos grãos e contornos de

grão, etc., estão associados à existência de tensões residuais do modo III. A ocorrência de

fases com volumes diferentes, orientações cristalográficas preferenciais, etc., e a

necessidade de equilíbrio de tensões entre as regiões microestruturais, estão associadas à

existência de tensões residuais do modo II.

Após a soldagem, resultam normalmente heterogeneidades dimensionais

nas junções soldadas, tais como o reforço do cordão de solda. Todavia, podem também

eventualmente ocorrer defeitos dentro do material, tais como: porosidade dentro da zona

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80

fundida, falta de penetração e falta de fusão no material base, inclusão de escória, etc. A

presença das heterogeneidades dimensionais altera o campo das tensões residuais

macroscópicas nas vizinhanças dos locais onde elas ocorrem, mas em princípio, não são

responsáveis pela formação de tensões residuais.

Tensões residuais nas soldagem podem ter dois principais efeitos:

produção de distorção e/ou causar falha prematura do material. Distorção é causada quando

o calor da região de solda contrai não uniformemente, causando contração em uma parte da

solda, gerando forças na seção do cordão de solda. As forças de soldagem elasticamente em

resposta à essa tensão, é apresentada em forma de distorção. As tensões residuais e a

distorção afetam o comportamento dos materiais em relação à fratura, contribuindo para a

flambagem e o trincamento quando estas falhas ocorrem nas aplicações de baixos níveis de

tensão. Isso significa que tensões residuais pode contribuir nas falhas por fadiga do

material. As típicas tensões residuais em soldagem de chapa, são mostradas na figura

abaixo.

Tensões residuais típicas em soldagem de chapas

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81

Formação das Tensões Residuais na Soldagem

Nas junções soldadas, a análise dos fenômenos que atuam na formação

das tensões residuais macroscópicas não é simples. Mesmo um único fenômeno,

dependendo de como ele ocorre, pode produzir tensões residuais completamente distintas.

Todavia, para efeito de estudos, é útil analisar a formação das tensões residuais em modelos

teóricos simplificados de junções soldadas. Esta análise tem sido realizada relativa à

contração térmica longitudinal na região aquecida, ou seja, junção soldada e vizinhança.

A formação das tensões residuais longitudinais pode ser explicada do

seguinte modo. Imediatamente após a soldagem, começa o resfriamento e a contração da

região aquecida, contração que é impedida pelas regiões que permaneceram frias.

Inicialmente, como a tensão de escoamento a quente é muito baixa na região aquecida, o

material passa a deformar-se plasticamente em tração sem opor resistência. Com a

continuidade do resfriamento e conseqüente diminuição da temperatura, a tensão de

escoamento a quente do material na região aquecida começa a crescer, fazendo com que

esta região ao contrair comece também a se opor à deformação plástica à tração. Começam

então a existir tensões de tração na região aquecida, que são contrabalançadas por tensões

de compressão nas regiões que permaneceram frias. Portanto, quando a junção soldada

esfriar para a temperatura ambiente, existirão tensões residuais longitudinais de tração que

foi aquecida, e tensões residuais longitudinais de compressão nas regiões que

permaneceram em menores temperaturas. A distribuição idealizada das tensões residuais

longitudinais devido à contração térmica da junção soldada, ao longo da perpendicular ao

cordão de solda no meio da chapa, é mostrado na figura abaixo.

Distribuição de temperatura e tensões

Page 82: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

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Deformações

Uma forma de descontinuidade dimensional é a distorção, cujo fenômeno

é regido basicamente pela “Lei de dilatação linear dos corpos”. Como o método mais

utilizado para união de metais é a soldagem, esse tipo complexo de problema em soldagem

deve ser um obstáculo a ser superado.

Considerando uma chapa de metal aquecida uniformemente desde a

temperatura ambiente até a temperatura T, a variação no comprimento da chapa é pela

equação:

∆ l = l0 α (T-T

0)

Onde:

∆l – variação do comprimento da chapa [mm];

T0 – temperatura ambiente [ºC];

α - é o coeficiente linear de expansão térmica do material [1/ ºC];

l0 – comprimento inicial da chapa [mm];

Cessado o efeito da fonte de calor, a chapa retorna às sua dimensões

iniciais. Entretanto, durante a soldagem a distribuição de temperaturas não é uniforme,

ultrapassando em algumas regiões à chamada ‘temperatura de escoamento do material”.

Nesta temperatura, a tensão de escoamento do material cai praticamente a zero e ele não

resiste às tensões de origem térmica desenvolvidas no seu interior. Nestas condições inicia-

se o processo de deformação plástica localizada, resultado das forças internas que causaram

a contração do material, que permanece após o resfriamento. Várias deformações

estruturais como o curvamento, a flambagem e a rotação aparecem no material, sendo que

essas deformações são chamadas de distorções em soldagem.

Modelos matemáticos para previsão de contrações transversais devido a

soldagem tem sido desenvolvidos assumindo zonas das regiões próximas e afastadas. A

região próxima é assumida uma extensão da linha de solda até a distância onde o pico de

temperatura é 350 ºC. O restante da chapa é considerado como a região afastada da

Page 83: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

83

compressão. As deformações plásticas são esperadas de se ocorrer apenas na região

próxima, sendo a região afastada considerada apenas como de comportamento elástico,

afetada por ciclos de aquecimento e resfriamento. Os vários tipos de distorções são

mostrados na figura:

Principais tipos de distorções devidas à soldagem

Contração Transversal

Pela figura anterior, observa-se que a contração é uniforme ao longo da

solda. Entretanto, fatores como distorção rotacional ou restrição da junta pode causar uma

não uniformidade nessa contração. Cálculos mostram que a contração transversal é

aproximadamente 10% da largura da chapa.

A maior parte da contração ocorre após a soldagem, ou seja, em

temperaturas inferiores as atingidas durante a realização da solda, durante o processo de

resfriamento. Chapas grossas possuem o início da contração mais cedo que as chapas finas,

entretanto o valor de sua contração é maior em chapas finas.

Para a soldagem em passes múltiplos em juntas de aço carbono, a

contração transversal aumenta com o aumento do número de passes, ou seja, com a

quantidade de material depositado. A contração é relativamente elevada no primeiro passe,

diminuindo gradativamente até a realização do último passe. Logo, para se reduzir o valor

Page 84: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

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da distorção deve-se diminuir o peso total do metal depositado, realizando o primeiro passo

mais largo e profundo quanto possível.

A contração transversal nas uniões com soldagem em topo em alumínio é

consideravelmente melhor que em aço, tomando-se a similaridade das dimensões. Isso é

conseqüência da condução do insumo de calor em alumínio ser de maior abrangência, do

que a utilização de aço. Como a maior parte da contração transversal é devido ao metal-

base (zonas adjacentes à solda), conclui-se que a contração transversal em soldas de topo

em alumínio será maior que a do aço.

Contração Longitudinal

Devido à resistência do metal-base adjacente, a contração longitudinal é

bem menor que a transversal e, geralmente, seu efeito é desprezado. Seu valor é

aproximadamente 1/1000 do comprimento da solda, e é dado pela equação abaixo:

DL = C3 I L x 10-7 / t

Onde:

DL – contração longitudinal;

I – corrente de soldagem [A];

L – comprimento da solda [mm];

t – espessura da chapa [mm];

C3 = 305 – para juntas soldadas em topo;

Distorção Angular

A distorção angular é gerada pelas diferenças de temperatura entre as

faces superior e inferior da chapa, que provocam variações nos níveis de contração no

sentido da espessura da chapa. Ocorre muitas vezes em soldas de topo, quando a contração

transversal não é uniforme na direção da espessura, sendo que em chapa fina a distorção

angular é pequena. No caso de uma chapa extremamente grossa, a distorção será menor,

devido às restrições impostas pelo próprio metal-base.

Page 85: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

85

Para juntas soldadas em “T” com vários passes, a distorção angular é

proporcional ao número de passes ou a quantidade de material depositado. O aumento do

diâmetro do eletrodo, não variando os parâmetros de soldagem, não influenciará na

distorção da chapa. Mas uma boa seleção dos procedimentos de soldagem a fim de se

reduzir a distorção angular, uma vez fixada a perna da solda, sempre será desejável.

Entretanto, eletrodos de grande diâmetro causam menores distorções angulares do que a

soldagem em arco submerso em chapas de espessura inferior a 10 mm. Para chapas de

espessura superior a 12 mm, a situação tende a se inverter. Isto é conseqüência da mudança

dos parâmetros de soldagem.

Comparando-se os valores para distorção angular em soldas por filete,

observa-se que a distorção em alumínio é significantemente menor que em soldagens de

aço. Como a distorção angular é causada por diferença de temperatura entre a parte superior

e inferior da chapa, a distribuição de temperatura em chapas de alumínio na direção da

espessura é mais uniforme que em aço (por causa da maior condutividade térmica do

alumínio). Logo, a distorção angular em soldas de filete em alumínio é menor que em aço.

Distorção Rotacional

Distorção rotacional em juntas soldada em topo esta relacionado com dois

parâmetros: insumo de calor e velocidade de soldagem. Em chapas de aço doce, usando-se

o processo SMAW, a porção imediatamente posterior à soldagem tende a fechar-se, por

causa da baixa velocidade de soldagem do processo. Similarmente, usando-se o arco

submerso como processo, a parte posterior à soldagem tende a abrir, por causa da expansão

térmica do calor nos limites à frente do arco. A distorção rotacional também é afetada pela

localização dos pontos de solda. A seqüência de soldagem produz efeitos complexos de

distorção rotacional, e distribuição das restrições ao longo da solda.

Flexão Longitudinal

Page 86: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

86

Quando a linha de solda não coincide com a linha neutra da estrutura

soldada, contração longitudinal do metal de solda induz um momento de flambagem,

obtendo-se como resultado, distorção longitudinal. Se a solda for realizada em uma posição

acima do eixo neutro, a chapa curvar-se-á para baixo. Caso a solda seja realizada em uma

posição abaixo do eixo neutro, a chapa curvar-se-á para cima.

Uma observação importante a ser feita é que realizando-se uma soldagem

em uma posição simétrica ao redor do eixo neutro, não significa que não haverá distorção,

apesar do módulo dos momentos de contração serem iguais e opostos. O que ocorre é que

alguma zona plástica ou uma desordem no material que ocorreu na área de compressão

próximo à zona de solda, após a primeira solda, resultou em desigual momento de

compressão.

Em soldagens de chapa fina realizadas nos dois lados da chapa, esperando

a primeira solda resfriar completamente antes de se soldar o lado oposto, geralmente resulta

em uma pequena envergadura, desde que a segunda solda não consiga puxar

completamente a chapa para o outro lado (mantida as mesmas condições de soldagem).

A distorção longitudinal em soldagens em alumínio é expressa em termos

do raio de curvatura da viga. Comparando-se os valores das distorções, conclui-se que nas

construções de vigas, a utilização do alumínio produz menores distorções que a utilização

de aço. Isso talvez seja por causa da distribuição de temperatura na direção do eixo “Z” em

alumínio ser mais uniforme que na soldagem em aço.

Distorção Devido à Instabilidade

Em soldagens de chapa fina, tensão residual de compressão ocorre em

áreas distantes da região de solda, causando flambagem. O estudo da distorção em

soldagens de chapa fina é muito importante, principalmente para se saber se a distorção foi

produzida por flambagem ou curvamento. Distorção por flambagem difere da distorção por

curvamento pela sua resultante complexa de deformação. O curvamento ocorre apenas em

uma posição estável, enquanto a distorção por flambagem gera uma instabilidade na chapa.

Experimentos mostram que a distorção aumenta com o tempo após a

soldagem até a condição de estabilidade de flambagem ser alcançada, ou seja, atingir a

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87

condição de equilíbrio térmico. O aumento do insumo de calor aumenta a deflexão da

chapa também.

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88

Execução da Soldagem

Introdução

A execução da soldagem requer um planejamento cuidadoso, envolvendo

os trabalhos de preparação, estabelecimento dos procedimentos, definição dos

equipamentos, seqüências de operação, etc, dentro dos requisitos de prazo e das restrições

econômicas impostas à obra. Com um planejamento detalhado, em que é analisada a

seqüência de montagem mais adequada à estrutura, obtém-se o seu desmembramento em

subsistemas e conjuntos estruturais mais simples. A partir desta subdivisão, torna-se mais

fácil determinar os processos de soldagem a serem empregados e, portanto, os

equipamentos necessários, a mão-de-obra requerida, etc.

A escolha do processo de soldagem a ser adotado é uma das etapas mais

importantes do planejamento, uma vez que os demais itens serão conseqüência direta dessa

escolha.

Preparação da Solda

Os preparativos para a soldagem incluem várias atividades, como a

confirmação final dos materiais utilizados, a seleção do equipamento para a soldagem, a

alocação do soldador ou do operador de solda, a determinação do ferramental a ser

utilizado e a aprovação do procedimento de soldagem.

Seqüência de Passes e Seqüência de Cordões

É necessário estabelecer, de antemão, qual será a seqüência de soldagem

da estrutura e a seqüência de deposição dos passes e cordões que compõem uma dada junta

soldada. As seqüências ideais são aquelas que minimizam a ocorrência de distorções e

tensões residuais, que por sua vez, poderão influir diretamente no comportamento funcional

da referida junta. Dessa maneira, é muito importante conhecer os tipos de seqüências

Page 89: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

89

existentes, bem como suas características principais, para que seja possível tirar o máximo

proveito de cada uma delas, quando empregadas na execução de uniões soldadas.

Seqüência de Deposição dos Passes e Cordões

Na seqüência de uma junta soldada, há que distinguir a seqüência de

deposição dos passes para a formação de um cordão e a seqüência de deposição dos

cordões para a formação da junta.

No caso, por exemplo, da deposição de um cordão de um só passe, podem

ser empregadas as seqüências com passes corridos, simétricos, orientados, progressivos ou

ainda a ré. Já no caso de cordões de múltiplos passes, convém referir-se è progressão da

formação dos cordões durante a execução da soldagem, podendo-se, então, utilizar a

progressão por passes corridos, a conhecida progressão em blocos e a bastante utilizada

progressão em cascata. Percebe-se claramente, pelas explanações anteriores, que as

seqüências de deposição dos passes e dos cordões podem ser combinadas de maneiras

bastante variadas.

A figura abaixo contém exemplos de seqüências e progressões

empregadas na prática e alguns comentários sobre a utilização são apresentados a seguir.

Classificação

Classificação pela

Direção da

Soldagem

Classificação pela

Direção da

Soldagem e pela

Direção de Progressão

Classificação pela Seqüência de deposição:

Seqüência de Passes corridos, Tecimento

Deposição Progressão de Os passes são depositados em Deposição por passes

deposição em cordão seqüência através de passes corridos corridos

de múltiplos passes Cada bloco é totalmente executado

antes de se iniciar o bloco seguinte

Um passe inicial central é depositado

e prossegue-se a soldagem

longitudinalmente em ambas as direções

Progressão em blocos

Progressão em cascata

Passes a ré ou em retrocesso

Passes progressivos

Denominação Usual

Seqüência corrida

Seqüência Simétrica

Passes Orientados

Seqüência de deposição dos passes

em um cordão de múltiplos passes

Mesma direção e progressão de soldagem

A direção e a progressão da soldagem são opostas

Esquemas Explicativos

De uma extremidade a outra (passe corrido)

Do centro para as extremidades

Passes intercalados

Page 90: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

90

Seqüência Corrida

Por esse método, a soldagem se inicia em uma extremidade da junta e

prossegue de modo contínuo até a outra extremidade. A seqüência corrida é utilizada para

soldas curtas, para cordões de um só passe e em processos automáticos. A taxa de

deposição é bastante alta, porém, provoca uma distribuição assimétrica de tensões residuais,

o que exige um ponteamento eficiente para se evitar a ocorrência de grandes distorções.

Seqüência com Passes a Ré

Por essa técnica, os diferentes trechos de cordão são executados no

sentido oposto ao da progressão da soldagem, de tal maneira que o cordão seguinte sempre

termina no ponto onde se iniciou o cordão anterior. Com essa seqüência, consegue-se uma

distribuição mais uniforme de tensões residuais e baixos níveis de distorção, embora não se

consiga atingir uma alta eficiência operacional. O comprimento de cada trecho de cordão é

determinado em função da extensão total da junta e do tipo de estrutura a ser construída.

Seqüência Simétrica

Esta técnica, bastante difundida consiste em dividir ao meio o

comprimento total da junta e soldar simetricamente, a partir do centro para as extremidades.

Esta seqüência é recomendada, quando se desejam baixos níveis de distorção residual,

através da distribuição simétrica das tensões residuais.

Seqüência com Passes Orientados

Consiste em uma técnica em que vários trechos do cordão são espaçados

uns dos outros segundo uma orientação previamente estabelecida, sendo posteriormente

unidos para formar o cordão desejado. Este processo permite uma distribuição bem mais

uniforme das tensões e distorções residuais, mas acarreta uma baixa eficiência operacional,

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ainda com a possibilidade de ocorrerem defeitos nos pontos inicial e final do arco dos

cordões parciais.

Progressão por Passes Corridos

Por esse método, cada passe do cordão é continuamente depositado ao

longo de toda a extensão da junta. É um processo de alta eficiência operacional, mas pode

induzir a trincas na raiz, principalmente na soldagem de estruturas pesadas, altamente

vinculadas ou em condições atmosféricas adversas.

Progressão em Cascata

Este método é empregado em combinação com a técnica de passes a ré, e

tem a vantagem de não provocar grandes defeitos na junta soldada. A eficiência operacional

deste método é relativamente baixa; é empregado somente em casos especiais.

Progressão em Blocos

Esta técnica consiste em executar trechos do cordão por meio de vários

passes, sem, contudo, completá-los necessariamente. Este processo é muito útil, quando se

deseja evitar a ocorrência de trincas na raiz da solda. Pode ser combinado com diferentes

tipos de passes, como os corridos, orientados, a ré, etc.

Seqüência de Soldagem

Uma estrutura soldada contém várias uniões, distribuídas através do

sistema estrutural, de modo que o estabelecimento da seqüência de soldagem deve estar

intimamente relacionado à seqüência de montagem. Durante o planejamento da construção,

portanto, todo cuidado deve ser tomado para que a fabricação da estrutura e a seqüência de

montagem sejam fisicamente viáveis. Durante o planejamento da construção, portanto, todo

cuidado deve ser tomado para que a fabricação da estrutura seja fisicamente viável e a

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92

seqüência de soldagem seja aquela que efetivamente minimize as tensões e distorções

residuais.

Existem algumas regras básicas que devem ser seguidas ao se estabelecer

a seqüência de soldagem, e que são apresentadas a seguir:

1. Caso exista um grande número de juntas, todas situadas em mesmo

plano, não restringir, na medida do possível, as contrações neste

plano, tentando também manter as extremidades livres;

2. Juntas com possibilidade de se contraírem muito devem ser soldadas

no início, deixando para o fim aquelas que apresentam baixos níveis

de contração;

3. Sempre que possível, a soldagem deve ser executada simetricamente

em relação ao eixo neutro do conjunto estrutural, com o objetivo de

contrabalançar as forças oriundas da contração dos cordões de

solda.

Alguns exemplos da aplicação das regras básicas são mostrados abaixo. A

rigor, nem sempre é possível seguir as regras enumeradas, por alguma inconveniência de

construção. Neste caso, procura-se contornar a situação, deixando-se muitas vezes

inacabados trechos de juntas que apresentam pequenos níveis de contração, situadas nas

proximidades de outras juntas com alto grau de contração, terminando-os somente após a

conclusão destes últimos. A figura abaixo ilustra exemplos típicos da situação descrita.

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Chanfros (Goivagem)

Nas soldas de topo, a selagem da raiz pode provocar sérios defeitos, como

fissuramento e inclusão de escória, devido à alta velocidade de resfriamento e à insuficiente

penetração da soldagem naquela região.

Por isso, a goivagem da raiz é realizada, para remover os defeitos

existentes, antes do passe final. O ponteamento também tende a causar defeitos na raiz e,

nesta caso, o chanfro torna-se necessário.

Normalmente, a goivagem é efetuada após a soldagem da face anterior da

junta de topo, mas, nos casos em que as distorções angulares tornam-se problemáticas,

como nas juntas entre chapas de grande espessura, é comum realizar-se a goivagem durante

a execução da soldagem na face anterior da chapa, para contrabalancear os efeitos causados

por aquele tipo de distorção.

A goivagem é realizada por 3 métodos principais:

1. Goivagem a ar com arco elétrico;

Page 94: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

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2. Goivagem a maçarico oxiacetilênico;

3. Goivagem por meios mecânicos, compreendendo a usinagem e o

esmerilhamento;

Devido à importância do passe final da raiz, é necessário inspecionar a

ranhura goivada, visualmente ou por meio de gabaritos. A goivagem por materiais

mecânicos é efetuada em materiais muito espessos. No caso de chapas finas, o esmeril é

suficiente para se efetuar a goivagem.

Escalopes

A tendência não é de se utilizar amplamente escalopes porque um

escalope impropriamente cortado pode ser potencialmente perigoso. Escalopes são

invariavelmente usados onde uma solda de topo de um reforço estrutural, ou viga gigante, é

feita depois que essas estruturas são soldadas na posição final.

Escalopes são também utilizados como drenos de água, óleo e ventilação.

Entretanto, não é recomendada a utilização de escalopes em reforços estruturais ou vigas

gigantes. Preferivelmente, é recomendado que o reforço da solda seja removido aonde o

reforço estrutural irá ser soldado. Escalopes não deverão ser cortados próximo ao final das

borboletas.

Desde que a maioria dos estaleiros foram equipados com corte

automático, pequenos cortes e escalopes são geralmente suaves. Contudo, um corte liso e

suave é essencial. Normalmente, o corte não deverá ter um raio menor que 40 mm.

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Corte

Corte com Oxiacetileno

Um dos métodos mais rápidos para o corte de materiais ferrosos é o uso

de maçarico oxiacetilênico. Outras vantagens deste método de corte são:

1. O corte produzido é relativamente liso;

2. Pode-se cortar aço em espessuras consideráveis;

3. Com algumas adaptações pode-se cortar debaixo d’água;

4. O equipamento se presta a processos automáticos de manufatura.

Os termos “cortar” e “queimar” são usados indistintamente para descrever

este processo.

O Processo de Corte

O corte por chama oxiacetilênica é realmente um processo de queima no

qual o metal a ser queimado é aquecido na superfície até a temperatura de liquefação do

aço, entre 850 a 1000 oC. Então, um pequeno fluxo de oxigênio puro é dirigido para o

trabalho. O oxigênio faz com que o metal se incendeie e queime com grande rapidez, o que

por vez produz mais calor. Este calor adicional faz com que o metal adjacente se funda e

queime, tornando o processo contínuo uma vez que se tenha iniciado.

Somente os metais ferrosos, que se prestam a uma oxidação rápida,

podem ser cortados através deste processo. Neles se incluem todos os aços-carbono e

muitas ligas. Os aços inoxidáveis e a maior parte dos aços de alta velocidade não podem ser

cortados desta maneira.

Page 96: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

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Equipamento

O corte é efetuado com um maçarico especial, dotado de bicos que podem

ser trocados para adaptar o corte a uma grande variedade de espessuras. O maçarico e os

bicos são feitos de maneira a permitir o pré-aquecimento do trabalho até a temperatura

necessária. O maçarico inclui também um gatilho, ou botão, para controlar e cortar o fluxo

de oxigênio cortante a alta pressão, segundo as necessidades da operação. O maçarico é

geralmente feito de latão forjado e tubos de latão.

Nas operações de corte com chama manipulada a mão, os bicos são

sempre feitos de cobre. Qualquer tentativa do operador de usar o bico do maçarico como

martelo, alavanca ou barra somente resultará na destruição de uma peça valiosa do

equipamento.

Prevenção de Acidentes

O operário deve proteger seus olhos a todo momento, usando protetores

adequados, dotados de lentes com grau de escurecimento entre 5 e 6. Deve usar luvas

protetoras e outros equipamentos necessários contra o óxido de ferro fundido.

Uma vez que o fluxo de oxigênio cortante a alta pressão pode projetar

pequenos glóbulos de óxido fundido a uma temperatura de 1650 oC a distâncias de 15 a 20

metros, o operário deve verificar, antes da operação de queimar, se todos os materiais

inflamáveis ou explosivos foram retirados para lugar seguro.

É também obrigação do operário verificar se todo o pessoal da área está

advertido do desprendimento de metal fundido, de maneira que todos possam tomar as

devidas precauções.

A International Acetylene Association e os Laboratórios Underwriters

recomendam que um operário adicional, com equipamentos para combater incêndios,

permaneça em cada lugar que se efetue este tipo de combustão.

Principais Defeitos dos Cortes

1. Fusão das arestas: a aresta superior funde-se . Isso pode ser causado

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97

pela velocidade insuficiente com aquecimento normal ou então por

aquecimento excessivo quando a velocidade é correta;

2. Desprendimento de metal: uma causa freqüente é a velocidade de

avanço insuficiente, associada a uma chama de aquecimento de

pouca potência;

3. Sulco na parte superior (com ou sem fusão de arestas): pressão de

corte exagerada (jato dilatado), com ou sem excesso de

aquecimento e velocidade normal de corte;

4. Deformação sobre as faces cortadas (leve sulco): conseqüência do

estreitamento pronunciado do canal de corte (limpar cuidadosamente

com uma agulha de latão);

5. Irregularidades localizadas: defeito inerente à laminação da chapa.

Corte com Arco-plasma

Este vem a ser a solução para a maioria dos problemas de corte. Tanto os

equipamentos mecânicos como os manuais produzem cortes econômicos, em altas

velocidades e substituem processos menos eficientes ou mais caros, como corte com

chama, corte com adição de pó, serras, prensas, e tesouras espaciais.

O sistema foi introduzido em 1995 e é o melhor para o corte de metais

não ferrosos e aços-inoxidáveis. Corta-se aço-carbono de até 2 polegadas de espessura em

velocidades dez vezes superiores à chama, com boa qualidade e custos menores. Para corte

de aço carbono os melhores resultados são obtidos usando-se a mistura nitrogênio-oxigênio,

no entanto, para o corte de chapas acima de 2 polegadas, não se aconselha o plasma. Pode-

se utilizar também o ar, porém a presença de oxigênio causa uma menor duração do

eletrodo do que a injeção do oxigênio no bocal após o ponto aonde se encontra o eletrodo

de tungstênio. Em contato com o eletrodo fica somente o nitrogênio. A escolha entre

nitrogênio-oxigênio dependerá somente dos custos pois o corte apresenta a mesma

qualidade.

Os aços inoxidáveis podem ser cortados até a espessura de 5 polegadas,

usando-se ou uma mistura de argônio-hidrogênio ou uma mistura de nitrogênio-hidrogênio.

Até uma polegada, indica-se o nitrogênio puro. É facilmente demonstrável a economia e

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superior qualidade do corte dos aços inoxidáveis desde que o processo seja

convenientemente aplicado. As velocidades de corte chegam a ser dez vezes superiores às

de corte com chama e adição de pó. O preço dos gases consumidos não é superior aos

usados na chama e o custo da energia elétrica é quase desprezível considerado-se os outros

fatores e as velocidades de corte. Estudos feitos no Estados Unidos pelas empresas

Jorgensen Steel Company e Morrison mostram que as principais características das peças

de aço-inoxidável cortadas com plasma são:

1. Não há precipitação de carbono nem contaminação;

2. Não há mudanças na permeabilidade magnética;

3. Não se prejudica a usinabilidade;

4. Não há distorção;

5. Corta-se com medidas exatas;

6. Pode-se soldar imediatamente sem usinar ou limpar(soldas aprovadas

ao raio X);

7. Não há descoloração;

8. Os metais não-ferrosos também são geralmente cortados com

misturas argônio-hidrogênio ou nitrogênio-hidrogênio e no caso o

plasma não tem equivalentes.

Como caso a ser mencionado a parte vem o alumínio. Antes da

introdução do plasma os únicos métodos usados na fabricação de peças de alumínio eram

mecânicos. Enquanto esses métodos produzem cortes de alta qualidade, o plasma produz

qualidade igual o superior em velocidades muito maiores. O uso de chama é possível

devido à formação de óxido refratário. Pode-se cortar alumínio com plasma normalmente

até 5 polegadas e em casos especiais até 10 polegadas. Também se obtém excelentes

resultados no corte do magnésio a velocidades ainda maiores que as empregadas no corte

do alumínio. Ainda pode-se cortar com qualidade o cobre, bronze-alumínio e outras ligas

de cobre.

Em todos os casos de corte a zona afetada pelo calor é mínima devido à

concentração do jato que vaporiza a zona de corte instantaneamente e expulsa o metal

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99

causando um aquecimento mínimo a região vizinha. Praticamente, não há qualquer

distorção a não ser numa camada microscópica da face cortada, não se tem qualquer

alteração na dureza ou permeabilidade magnética. Cortes não retos usando-se máquinas

copiadoras ou pantográficas podem ser feitos sem qualquer alteração na qualidade também.

Os cortes podem ser iniciados em qualquer parte da peça uma vez que

metais até 2 polegadas podem ser facilmente furados pelo jato plasma. Também as

operações de goivagem ou chanframento lateral podem ser realizados

Precauções para corte com plasma:

1. A quantidade de calor utilizada no corte deve ser muito bem

calculada para se evitar excesso ou falta de fusão;

2. As velocidades de corte também devem ser precisas para se evitar

excesso ou falta de calor na zona de corte. Deve haver cuidados com

a centralização do eletrodo no bocal para que o jato de plasma seja

uniforme;

3. Sempre que o nitrogênio estiver presente como gás de corte, deve-se

preparar um sistema de ventilação forçada por sucção para eliminar

as fumaças visíveis no ambiente pois o dióxido de nitrogênio pode

ser letal, quando respirado por algum tempo.

Para dar uma idéia geral de operação de um conjunto plasma de corte

apresentamos alguns problemas que podem surgir e como resolvê-los.

1. O arco principal não se estabelece:

- O gerador de alta freqüência pode estar desligado ou defeituoso;

- A distância do eletrodo ao bocal pode estar maior que a

especificada para o tipo de tocha;

- Ligação "terra" mal feita .

- A refrigeração a água pode ser insuficiente e não se fecha o

circuito geral.

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100

2. O arco principal não se estabelece mas o arco piloto sim:

- O espaço entre a tocha e a peça pode ser muito grande. A vazão

de gás pode ser alta ou baixa demais para o corte. A mistura de

gases pode não estar em proporção correta.

3. O arco piloto pode estar interrompido:

- O relay do arco piloto pode estar defeituoso. A fonte de energia

pode estar defeituosa.

4. Arco principal aberto porém instável:

- A mistura de gases pode não estar na proporção correta. A fonte de

energia pode não estar fornecendo kW necessários (ajustar). A

conexão "terra" pode estar mal feita (problema do sopro

magnético). A velocidade de corte pode ser muito baixa.

5. Cortes de má qualidade

- Vazão de gás muito baixa para o caso. Pouca energia fornecida

pela fonte (aumentar kW)

6. Arco duplo (além de eletrodo peça, entre bocal e peça)

O arco duplo destrói o bocal tendo-se que substitui-lo; causas:

- A distância do eletrodo ao bocal pode ser menor do que a

especificada;

- O diâmetro do orifício da saída do bocal pode ser muito

pequeno para o caso;

- A vazão de gás pode estar muito baixa;

- O conteúdo de hidrogênio na mistura pode ser excessivo.

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101

Juntas Soldadas

Preparação dos Chanfros

Uma vez selecionado o processo de soldagem, deve-se determinar a

geometria da junta. Para sua determinação, devem ser levados em conta alguns fatores

importantes, como a responsabilidade estrutural da junta, seu acesso, a posição da

soldagem, a espessura dos membros e a quantidade de metal a ser depositado.

Considerando-se as juntas de topo como regra geral, elas não requerem

preparação especial até a espessura de 6 mm. Para espessuras até 20 mm, utilizam-se

normalmente, os chanfros simples em V e, para espessuras maiores, os chanfros em duploV

ou em X. Aumentando-se mais ainda a espessura, recomenda-se o emprego de chanfros em

U ou então o duplo U, de acordo com a espessura das chapas envolvidas.

Tipos de Juntas

As juntas soldadas comumente utilizadas em estruturas de aço são

basicamente classificadas como juntas de topo, juntas em T, juntas de canto e juntas

superpostas. Além destas existem as juntas com formato de cruz, juntas com talas de

reforço e juntas de quina, que são variações dos tipos de juntas básicas.

Page 102: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

102

Juntas de Topo

Este tipo de junta é o que apresenta maior eficiência e é subdividido em

juntas com penetração parcial e juntas com penetração total. O formato do chanfro tem

grande influência na eficiência e na confiabilidade da junta de topo. Os tipos de chanfro

para as juntas de topo são padronizados pela AWS (American Welding Society), BS

(Norma Inglesa), JSSC (Japan Society of Steel Construction), entre outras.

Como regra, é necessário minimizar o insumo de calor e a quantidade de

material depositado, sem prejuízo da qualidade da junta soldada. Em uma junta com

chanfro de grandes proporções, a possibilidade de se executar uma soldagem imperfeita

diminui, mesmo empregando-se os processos convencionais, devido à grande abertura da

raiz. Porém, o excesso de metal depositado poderá induzir a ocorrência de distorções

indesejáveis, tensões residuais e mesmo trincas e fissuras. Daí a necessidade de haver uma

seleção adequada do chanfro.

Juntas em T ou em Cruz

Cada um destes tipos é dividido em juntas com preparação de chanfro e

juntas de filete, conforme mostrado a seguir.

Page 103: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

103

No caso de juntas com preparação de chanfro devem ser considerados os

mesmos problemas e soluções adotados para o caso das juntas de topo. Em situações em

que um elemento estrutural atrapalha a execução da soldagem, é recomendado que o ângulo

do chanfro seja aumentado com o intuito de diminuir a possibilidade de ocorrerem defeitos

na junta.

Juntas de Quina

As juntas de quina podem induzir tensões de contração nas direção da

espessura da chapa junto à zona da solda, o que poderá acarretar delamelações da estrutura

soldada, principalmente em chapas espessas. Para atenuar tal problema, um chanframento

vertical na chapa é realizado.

Juntas Superpostas (ou Sobrepostas)

Tais juntas podem ser de três tipos, conforme mostrado a seguir:

Page 104: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

104

Sendo a eficiência desta junta relativamente baixa, não se deve aplicá-la

em membros estruturais importantes. Estas juntas podem ser executadas por filetes, bujões

ou fendas, independentementes ou combinadas. Nestas juntas, quando as chapas forem

relativamente grossas é comum a utilização de filetes frontais e laterais ou a soldagem

através de fendas.

Juntas de Arestas Paralelas

Este tipo de junta pode ser realizada com ou sem a preparação de chanfro.

O chanfro pode ser executado nas extremidades das chapas a serem soldadas. Quando tal

não é feito, o cordão de solda é depositado nas extremidades justapostas das chapas, porém

a penetração do cordão é insatisfatória, a não ser que uma corrente de soldagem alta seja

executada na posição plana. Por estas razões as juntas de arestas paralelas sem penetração

são utilizadas somente na união de chapas bastante espessas. Para as chapas finas, este tipo

de junta é executado sob pressão.

Page 105: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

105

Juntas com Talas de Reforço

Conforme mostrado a seguir, existem juntas com tala simples e com tala

dupla, de acordo com o número de reforços utilizados. A execução deste tipo de junta é

semelhante às juntas superpostas, ambas originadas das antigas uniões rebitadas. Não há

economia de material (característica das juntas soldadas) razão pela qual ela não é

empregada com freqüência. A junta com tala simples deve ser utilizada somente em casos

extremos, quando os membros já estão trabalhando. Utilizam-se, desta forma, filetes

frontais, laterais ou a combinação de ambos.

Decoesão Lamelar

A decoesão lamelar é um defeito que ocorre sempre no metal de base,

tendo crescido de importância nos últimos anos devido à existência de juntas com

características que favorecem a sua existência, principalmente em estruturas marítimas.

A avaliação das susceptibilidade dos aços a este tipo de defeito é

realizado através de testes desenvolvidos com o objetivo de verificar a atuação dos diversos

fatores concorrendo para o defeito.

Page 106: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

106

Uma característica comum das chapas laminadas a quente é exibirem uma

dutilidade inferior quando ensaiadas no sentido da espessura, à dutilidade experimentada no

sentido da laminação. Estas chapas, quando utilizadas em juntas soldadas, sofrem tensões

residuais perpendiculares à superfície devido à restrição criada pela estrutura como um

todo. As deformações induzidas por estas tensões podem ser de tal ordem que, se a

dutilidade da chapa ao longo da espessura for suficientemente baixa, resultam nas

chamadas trincas por decoesão lamelar. O contorno de fusão da solda em juntas

susceptíveis apresenta-se paralelo à superfície de laminação.

A baixa dutilidade ao longo da espessura da chapa deve-se à presença de

inclusões alongadas originadas pela laminação. Decorre deste fato o formato característico

destas trincas, seguindo planos paralelos que unem-se por cisalhamento em trincas

aproximadamente perpendiculares ao plano de laminação. Este formato, além da

localização das trincas no metal base freqüentemente fora da zona afetada pelo calor,

permite fácil distinção entre decoesão lamelar e trinca a frio induzida por hidrogênio. Uma

das importantes características do defeito é a sua dependência do tempo, podendo ocorrer

mesmo algumas horas depois do término da soldagem.

A decoesão lamelar é um defeito de difícil detecção, pois a trinca pode

não atingir a superfície, e a característica da junta afetada por esse defeito dificulta o acesso

para inspeção. O reparo também é difícil e caro, exigindo em alguns casos, substituição do

material ou novo projeto de junta com o objetivo de diminuir a restrição e,

conseqüentemente, as tensões transversais.

Principais Fatores Concorrentes para o Defeito

Concepção da Junta

Quando do projeto da estrutura, deve ser levado em consideração o

problema, uma vez que, quanto maior o grau de restrição imposto à solda, maior tendência

à decoesão será verificada.

Condições de Operação

Page 107: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

107

O metal depositado com propriedades de tração superiores ao metal de

base, evita deformações do cordão capazes de relaxar as tensões residuais. Estas

deformações são transmitidas ao metal de base, reforçando uma suposta tendência à

decoesão.

Page 108: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

108

Dimensionamento da Solda

De acordo com as normas da sociedade classificadora ABS, o

dimensionamento da solda segue os seguintes padrões:

Soldas de Topo

Soldagem Manual Usando Eletrodos Revestidos

A soldagem manual usando eletrodos revestidos poderá ser normalmente

utilizada para soldas a topo em chapas de espessura não superior a 6,5 mm sem chanfrar as

arestas das chapas. Aquelas que excederem essa medida deverão ser preparadas para a

soldagem, chanfrando as arestas de ambas as chapas por um ou ambos os lados, de modo a

obter um chanfro em V singelo ou duplo com um ângulo interno de 60o. A face ou contato

na raiz não poderá exceder 3 mm de altura e a abertura, ou fresta, na raiz não poderá ser

inferior a 2 mm e nem superior a 5 mm, exceto no caso de juntas em V singelo soldadas na

posição plana, quando a fresta poderá ser fechada.

Quando a soldagem tiver que ser feita por apenas um lado, usando

técnicas de soldagem comuns, deverá ser utilizado um cobre-juntas e as chapas deverão ser

chanfradas com um ângulo interno de 45o e espaçadas, de modo que seja proporcionada

uma fresta na raiz igual a 6,5 mm.

Soldagem a Arco Submerso

A soldagem a arco submerso usando combinações de fluxo-arame, para

soldas a topo, em chapas de espessura inferior ou igual a 16 mm, poderá ser normalmente

feita sem chanfrar as arestas das chapas. As chapas que excederem essa medida deverão ser

normalmente preparadas para a soldagem, chanfrando as arestas de ambas as chapas por um

ou por ambos os lados, de modo a obter um chanfro em V singelo ou duplo com um ângulo

interno de 60o. O contato na raiz não poderá exceder 6,5 mm de altura.

Page 109: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

109

Soldas de Filete

A dimensão da garganta t não deverá ser inferior a 0,7 vezes a dimensão

da perna da solda w. Quando a abertura entre as superfícies em contato de membros

exceder 2,0 mm e não for superior a 5 mm, a dimensão da perna de solda deverá ser

aumentada do valor da abertura.

Precauções especiais, tais como o uso do pré-aquecimento, ou eletrodos e

processos de baixo hidrogênio têm que ser adotadas quando pequenas soldas em filetes

forem aplicadas para ligações em chapas ou seções grossas

Juntas em “T”

Juntas “T” são geralmente formadas por soldas em filete contínuas ou

intermitentes de ambos os lados, como exigido de acordo com a região onde os membros

serão soldados. O tamanho da perna de solda, w, das soldas em filete é obtido pelas

seguintes equações:

mml

sCtw pl 0.2+××=

ou

pltw 3,0min =

ou

4,5mm

(o que for maior)

Onde:

l - comprimento da solda filete, em mm

s - dis. nominal entre os filetes de solda, de centro a centro, em mm

s/l -1,0 para solda em filete contínua

tpl - espessura do membro mais fino a ser soldado, em mm

Page 110: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

110

C - fatores de solda de acordo com a região onde os membros serão

soldados.

Page 111: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

111

Qualificação de Soldadores e Procedimentos de Soldagem

Introdução

Antes de se executar a soldagem, os procedimentos correspondentes

devem ser aprovados através de ensaios de pré-qualificação. Caso alguma mudança

essencial seja executada no procedimento de soldagem, novos ensaios de qualificação

deverão ser conduzidos. As alterações de diâmetro e tipo de eletrodo, polaridade, na

execução do passe da raiz, são mudanças importantes.

A seguir serão mostrados os passos para a obtenção da aprovação do

procedimento de soldagem e da qualificação de soldadores de acordo com a regra da

classificadora ABS - American Bureau of Shipping. Tal aprovação é requisitada para que

uma boa solda seja obtida através procedimentos corretos e com a utilização de mão-de-

obra qualificada.

Qualificação do Procedimento de Soldagem

Antes da qualificação do procedimento de soldagem deve haver a

aprovação dos materiais a serem usados tais como chapas, eletrodos, etc.. O vistoriador,

isto é, aquele que verificará o procedimento, analisará se o estaleiro tem a capacidade de

seguir os procedimentos impostos pelos fabricantes dos materiais e se os materiais estão

sendo utilizados da forma correta, para as suas devidas aplicações.

Esta verificação por parte do vistoriador incluirá uma série de ensaios,

destrutivos e não-destrutivos especificados nos procedimentos do estaleiro, na estrutura

soldada, para a determinação da qualidade e possível aprovação, do procedimento.

A extensão dos testes poderá variar de acordo com a aplicação do

elemento soldado, mas geralmente deverá atender aos seguintes testes:

Teste No. 1 (para soldagem de topo)

Teste de tração, que pode ser visto a seguir. Consiste em tracionar

uma amostra com o intuito de verificar a tensão de ruptura do

Page 112: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

112

material na área da região soldada.

Teste No. 2 (para soldagem de topo)

Teste que consiste em curvar o material na área da região soldada

para verificar o seu nível de deformação. Dependendo da

espessura da chapa, 2 ou 4 amostras serão requeridas para a

realização do teste.

Teste No. 3 (para soldagem do tipo filete)

Uma amostra do material na região soldada. Numa chapa com o

seu respectivo reforçador soldado, deve ser aplicado um momento

com o intuito de verificar-se a rigidez da solda e, quando da

ruptura, a extensão de defeitos de soldagem como porosidades e

inclusões de escória. Para um resultado satisfatório tais defeitos

não poderão ser encontrados numa extensão maior que 10% do

comprimento do filete soldado testado.

Outros testes poderão ser aplicados, como o teste de impacto (Charpy V-

notch impact) dependendo da natureza do material a ser soldado, local de utilização, etc. A

extensão dos testes aplicados a chapas também são feitos para o caso de soldagem em

tubos.

Qualificação de Soldadores

O vistoriador deverá estar seguro de que um soldador é capaz de executar

determinado tipo de soldagem com qualidade, para tanto testes poderão ser requisitados.

Os testes realizados para a qualificação do soldador variarão de acordo

com o tipo do material a ser soldado, com a posição de soldagem (horizontal, vertical,

sobre-cabeça ou deitado) com a espessura do material, e com a forma do material, se união

de chapas ou de tubos.

Page 113: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

113

A extensão dos testes e o número das amostras cresce com o aumento do

grau de dificuldade da soldagem, assim como o grau de qualificação do soldador, de Q1 a

Q4, de acordo com a regra, cabendo aqui citar o exemplo da qualificação do tipo Q1.

Para a soldagem de chapas com espessura de no máximo 19,1mm duas

amostras na região da solda deverão ser retiradas para testes de dobramento e de verificação

da raiz, e radiografias poderão ser realizadas para a confirmação da qualidade da solda.

Os exames radiográficos são freqüentes mas não obrigatórios em alguns

processos.

Page 114: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

114

A Soldagem na Construção Naval

Introdução

É comum dizer-se que "O navio está para o mar, assim como a soldagem

está para a moderna construção naval". De fato, desde o início dos anos 50, os navios

passaram a ser construídos quase que inteiramente através da soldagem, até o ponto, de no

final da década, as Sociedades Classificadoras já estarem eliminado totalmente de seus

respectivos livros de regras as especificações sobre a construção rebitada, até então

amplamente empregada na construção naval. Entretanto, até se atingir este estágio, várias

tentativas, muitas delas totalmente frustadas, foram efetuadas para se utilizar a soldagem na

construção naval.

Mudanças Introduzidas pela Soldagem na Construção Naval

Vantagens da Soldagem na Construção Naval

Após um início titumbeante logo no início da introdução intensiva da

soldagem na construção naval, os estaleiros partiram decididamente em busca de processos

de construção que efetivamente melhorassem a qualidade do navio e a produtividade nas

oficinas. Nesta passagem, algumas vantagens são imediatas:

1. Divisão do trabalho de uma forma mais racional e objetiva;

2. Preparação dos componentes do navio de modo independente e

simultâneo;

3. Condições de trabalho mais favoráveis, tanto para a preparação dos

componentes como para sua edificação ;

4. Possibilidade de estocar componentes enquanto aguarda a vez para

edificação, liberando a oficina para as tarefas subseqüentes;

Page 115: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

115

5. Possibilidade de pré-equipar (instalar antecipadamente ferragens,

tubulações e mesmo alguns equipamentos menores), os componentes

estruturais do navio;

6. Possibilidade de aplicar métodos de gerenciamento destinados à

produção seriada;

7. Possibilidade de introduzir processos semi-automatizados ou

automatizados na soldagem e na construção;

8. Redução do peso do navio em cerca de 15 a 20% em relação aos

navios rebitados;

9. Redução drástica do tempo de construção do casco para 3 a 4 meses

contra 1,5 a 2 anos de navio rebitados;

10. Redução do custo do navio (o custo global das operações de

soldagem representa cerca de 10% do custo de construção do navio )

Embora não se possa afirmar que todos os benefícios alcançados foram

devido à soldagem, foi ela, sem dúvida, a mola propulsora que permitiu à industria de

construção naval atingir o estágio em que se encontra atualmente.

Construção do Navio por Blocos ou Seções

A principal modificação introduzida pela soldagem na construção naval

foi a adoção da chamada "Construção por Blocos", estendida posteriormente à construção a

"Construção por Seções", dependendo da capacidade de transporte do estaleiro. No início, a

construção por blocos se restringia na verdade à "Construção por Painéis", devido aos

parcos recursos de movimentação de carga nos estaleiros da 1ª geração.

Pode-se constatar que a união de painéis forma um bloco e, na hierarquia

seguinte, um conjunto de blocos forma uma seção inteira do navio, como se este fosse

subdividido em fatias. Portanto, tendo a soldagem o denominador comum, o que destingue

a edificação do navio são os métodos de unir os blocos ou seções, dependendo do esquema

de trabalho e recursos de cada estaleiro.

Page 116: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

116

Processos de Soldagem Utilizados na Estrutura de Navios

A estrutura de um navio é constituída basicamente de aço de boa

qualidade que obedece as normas das Sociedades Classificadoras. Quanto maiores os

quesitos estruturais da embarcação mais sofisticados serão os materiais de base, podendo

variar desde os aços efervescentes para estruturas secundárias até os modernos aços de alta

resistência, produzidos por laminação controlada termo-mecanicamente.

A figura abaixo apresenta a seção mestra da estrutura de um navio

graneleiro da classe de 40.000 ton de porte bruto (equivalente à capacidade de carga em

peso do navio). A figura apresenta o esquema de submontagem e subseqüente montagem de

um bloco de fundo de navio e a tabela apresenta a quantidade de juntas de solda executadas

em um navio de classe semelhante.

Processos de Soldagem Utilizados na Montagem dos Blocos

Na construção dos blocos os processos MAG-CO2, arco submerso e o

arame tubular são bastantes empregados, principalmente o primeiro. Pode-se afirmar que

atualmente o MAG-CO2, tende a substituir quase totalmente o eletrodo revestido, sendo

este último mais utilizado hoje para ponteamento e em algumas soldas na edificação ou

quando as condições do tempo não permitirem o MAG-CO2.

Mais recentemente, os seguintes processos são utilizados na soldagem dos

blocos do navio:

1. Juntas de Topo: referem-se a união entre chapas na preparação do

painel ou bloco;

2. Juntas em “T”: representam mais de 80% do comprimento total de

juntas soldadas em um navio;

Na fase de edificação, ou seja, na união dos blocos entre si, para formar

as seções ou o próprio navio, os seguintes processos são utilizados :

Page 117: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

117

1. Processos eletrogás, em juntas do costado e tanques laterais do fundo

na região paralelo do navio;

2. MAG-CO2, unilateral com cobre-juntas cerâmicos apropriados, no

costado e também em vaus e prumos, provendo o acabamento

necessário sem retoque de raiz;

3. Eletrodos revestidos convencionais em não automatizáveis ou em

condições em que o MAG-CO2 não é aplicável.

Técnicas de Construção Naval

Na construção de navios, o processo de construção por blocos é altamente

utilizado. Por este método, o navio é dividido em blocos como mostrado na figura abaixo, e

com estes blocos previamente montados nas oficinas do casco, eles são edificados na

carreira ou no dique, com auxílio de guindastes, até a completa montagem da estrutura.

Ainda por este método em blocos, o processo de construção, após a

entrega das chapas no estaleiro, até a construção da embarcação, pode ser grosseiramente

dividido em quatro estágios, conforme ilustrado abaixo:

1. Fabricação;

2. Submontagem;

3. Montagem;

4. Edificação.

Page 118: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

118

Estágios da Fabricação

Um navio compreende inúmeros componentes estruturais, e estas peças

são processadas através de jateamento, risco, corte a gás, dobramento das chapas de aço,

etc, no estágio da fabricação.

Estágio da Submontagem

Chapas do casco e outras superfícies são diretamente transportadas das

oficinas de fabricação para a oficina de montagem, mas os membros estruturais, como por

exemplo transversais do fundo ou do convés e longitudinais gigantes, são montados em

sub-blocos nas oficinas de submontagem . Para as peças de submontagem, a soldagem

manual, por gravidade e por arco submerso são bastantes utilizadas.

Page 119: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

119

Soldagem por gravidade

Estágio de Montagem

No estágio de montagem, os membros estruturais são transportados das

oficinas de fabricação e de submontagem, para serem montados e soldados, compondo um

bloco. Para união das chapas de um bloco, como as chapas do costado e do convés, a solda

automática por arco submerso é utilizada, como apresentado abaixo. Para a soldagem dos

membros do cavernamento no chapeamento, é muito utilizado a solda manual ou por

gravidade, com eletrodo especial para solda horizontal de canto.

Page 120: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

120

Estágio da Edificação

Os blocos completamente montados são edificados na carreira ou no

dique, com auxílio de guindastes, como na figura. Os blocos são posicionados e alinhados,

e as juntas entre os blocos são soldadas. Para esta soldagem, utilizam-se vários processos

automatizados, além do processo manual convencional.

Processos de Soldagem Utilizados

Como as estruturas dos navios são complexas, envolvendo a utilização da

soldagem em diversas posições, a solda manual é convencionalmente utilizada. A solda

automática por arco submerso é normalmente utilizada para as chapas do costado no

estágio de montagem. Entretanto, nos principais estaleiros japoneses, os materiais para as

soldagens especiais, que são adequados a diferentes tipos de junta e posições de soldagem,

são utilizados tanto na soldagem manual, como na soldagem por gravidade e na soldagem

vertical descendente, com o objetivo de aumentar a eficiência do trabalho da soldagem.

Além disso, para soldas automatizadas, principalmente em navios de grande porte, vários

tipos de processos de soldagem são utilizados, como a soldagem automática por arco

submerso unilateral, soldagem por eletroescória, soldagem por eletroescória com tubo guia

consumível, MAG e MIG.

Page 121: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

121

Manutenção

Diferença entre Solda de Produção e Manutenção

Quão diferente é soldagem de produção da soldagem de manutenção?

Quando um técnico se prepara para fazer face a um trabalho de produção que requer solda,

usualmente prevalece as seguintes condições favoráveis:

1. Ele pode escolher o metal de base;

2. Ele pode contar com que o metal de base seja fornecido com

condições de superfície para a solda, tão boas quanto possível;

3. Ele pode escolher o desenho de junta mais indicada e

possivelmente mais fácil e rápida de ser trabalhada;

4. Ele pode escolher o processo de soldagem mais indicado para

usar com aquecimento disponível;

5. Ele pode planificar e estabelecer cuidadosamente o procedimento

a ser respeitado, de maneira que uma série de peças similares

possa ser soldada;

6. Ele pode escolher um material de enchimento de acordo com as

especificações ou normas que lhe darão as propriedades

mecânicas desejadas;

7. Ele pode se dar ao luxo de realizar vários ensaios de solda a fim

de antecipar e complementar testes do processo; e de estar seguro

de obter as propriedades físicas especificadas.

Em contrapartida, é o técnico que tem que decidir sobre a soldagem de

uma peça desgastada ou quebrada, e se confronta com um conjunto de condições

totalmente diverso. Seu trabalho é consideravelmente mais complexo e as variáveis não

podem ser mais facilmente controladas. Riscos e problemas imprevistos podem surgir

inesperadamente. Em conseqüência, neste caso, as condições são as seguintes:

Page 122: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

122

1. Ele deve escolher um material de enchimento que seja muito mais

forte e apresente propriedades globais superiores em vista da

possibilidade de contaminação e das dificuldades imprevisíveis

que podem surgir durante a soldagem.

2. Ele pode controlar as condições do metal base;

3. Ele nunca conhece a composição exata do metal de base;

4. Ele nunca pode escolher o desenho de junta ideal, já que está

tolhido e limitado pela rachadura, quebra ou posição da peça;

5. Ele freqüentemente deve soldar nas posições sobre a cabeça ou

vertical que são muito mais complexas do que a posição

horizontal;

6. Ele não tem possibilidade de fazer testes de soldagem pois,

normalmente, só tem uma peça de determinado tipo para

recuperar, e com ela deve ser bem sucedido.

Manual de Metais

A seguir será dado, de forma simplificada, maneiras de identificação dos

metais mais comumente encontrados na indústria.

Aço

Definição: Aço é uma liga ferro-carbono, contendo geralmente de

0,008% até aproximadamente 2,11% de carbono, além de certos elementos residuais

resultantes dos processos de fabricação.

Page 123: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

123

Identificação do Metal

Aço fundido

É usado para peças de máquinas que requeiram maior resistência do que a

que se pode obter com ferro fundido. Sua aplicação, portanto, identifica o material. A

fratura tem uma cor cinza brilhante e as partes não usinadas são de um cinza escuro, com

prováveis marcas do molde. Se a usinagem for recente, é muito macio e tem uma cor

cinzenta brilhante. Retira-se cavacos facilmente com a talhadeira, e os cavacos derreterão

rapidamente. Adquirem uma cor vermelha brilhante antes de começar a derreter, e a escória

é muito parecida com o metal fundido. O metal fundido tem uma cor amarelo palha e solta

faíscas quando submetido à chama.

O teste de esmeril mostrará faíscas brancas. O comprimento medido das

fechas será de 1,80metros, dependendo da pressão, com um volume mais ou menos grande.

Aço de Baixo Carbono

O grau de dureza é uma boa indicação do teor de carbono no aço. Quando

o teste de lima indicar dureza até 300 brinell, o metal tem um teor de carbono considerado

de baixo a médio. Outras características são similares às do aço fundido

Aço de Alto Carbono

A fratura tem uma cor cinza e suave, mas as partes que não foram

usinadas são de cinza escuro, e pode–se notar as marcas de laminação ou forja. Quando a

usinagem é recente, são muito macios e a cor é cinza brilhante. Os cavacos têm uma

granulação fina contínua, com as bordas levemente mais claras do que as do aço de baixo

carbono. O cavaco pode formar uma tira contínua, e, embora seja duro, pode ser removido

sem dificuldade. No teste de chama, o metal adquire uma cor vermelho brilhante e derrete-

se rapidamente. A aparência da escória é a mesma do material fundido. Quando

esmerilhado, as faíscas são brancas e tem um comprimento de mais ou menos um metro e

quarenta centímetro. O volume é grande, com muitas e repetidas estrelinhas.

Page 124: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

124

Aço Rápido

Esse nome é normalmente aplicado aos aços de liga, devido à sua

composição. Eles têm um alto teor de carbono que será revelado com o teste de lima. As

faiscas no esmeril serão completamente diferentes das do aço de alto carbono.

Aços Inoxidáveis

Os aços desta categoria são inoxidáveis devido à porcentagem de cromo

no aço. Uma maneira fácil de descobrir se o aço pertence a esta categoria é preparar uma

solução de 94% e 6% de ácido nítrico e aplicar um gota sobre o metal. Se em um minuto,

não houver descoloração, o metal pertence ao grupo de aços inoxidáveis.

Corrosão nos Cordões de Solda

Alguns tipos de fratura em estruturas soldadas de aço ocorrem devido à

redução de área seccional, ocasionada pela corrosão ou abrasão da zona de solda, sendo a

corrosão sob tensão uma das causas mais freqüentes. Existem duas categorias principais de

corrosão: a generalizada e a localizada, conforme indicação na tabela abaixo. A corrosão se

caracteriza por um fenômeno eletroquímico, em que um metal tende a se ionizar na

presença de um eletrólito ou pela ação galvânica de diferentes metais em contato.

Dos tipos de corrosão, os que atacam mais diretamente as estruturas

soldadas são a corrosão intergranular, devida à mudanças na estrutura cristalina do material,

e a corrosão sob tensão, que se desenvolve em zonas tracionadas das juntas soldadas,

quando se trabalha em ambiente corrosivo.

Ao se estudar a corrosão das juntas soldadas, deve-se Ter em mente que

sua estrutura metalúrgica não é homogênea, apresentando diferenças sensíveis entre o

metal-base e zona de fusão. Este fato acarreta igualmente diferenças na resistência à

corrosão entre aquelas partes da junta soldada, exigindo cuidados especiais no tratamento

do problema, principalmente em estruturas que irão trabalhar em ambientes agressivos.

Page 125: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

125

Normalmente, os aços doces não apresentam problemas muito sérios de

corrosão, quando comparados aos aços temperados e revenidos soldados, que tendem a se

deteriorar rapidamente em meio corrosivo, principalmente nas vizinhanças da linha de

fusão e na zona termicamente afetada.

A figura acima mostra um acidente ocorrido durante o carregamento de

minério de ferro e que teve como uma das suas causas a corrosão dos cordões de solda

como pode-se ver na foto da esquerda.

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126

Aspectos Práticos da Soldagem

Local de Soldagem

No caso de um sistema central de distribuição de acetileno e oxigênio,

forçosamente haverá uma pressão uniforme do gás no ponto de saída. Para isolar os boxes

de soldagem o ideal é a divisão em compartimentos individuais de, no mínimo, 2x2 metros.

As armações podem ser de tubo de aço ou aço perfilado quadrado. As laterais devem

começar aproximadamente a 0,7 m acima do solo e ter um altura de 2 m. Pode-se usar, por

exemplo, placas de Eternit de 8 mm, chapa de aço ou cortinas impregnadas, resistentes a

chamas. A entrada deve poder ser fechada por cortinas de correr. Para o gás de proteção

recomenda-se conexões duplas para abastecer dois compartimentos vizinhos.

Sistema de Alimentação de Gases

Para levar os gases ao local de trabalho, o mais vantajoso é a tubulação

em anel. A alimentação de gás mais regularmente distribuída justifica esta despesa

adicional. A posição e a orientação das tubulações da gás dependem das condições locais.

Costumam ser fixadas nas paredes das oficinas por meio de braçadeiras. Mas também

podem passar por suportes chumbados ao solo ou serem instalados logo abaixo do teto, no

caso deste não ser muito alto. Deve-se observar que os tubos condutores de gases leves

devem ser colocados acima dos tubos condutores dos meios mais pesados. No caso da

possibilidade de ocorrer condensação da água, as tubulações devem ser instaladas com uma

ligeira inclinação na direção do fluxo (cerca de 1:100). Nos pontos mais baixos da

tubulação deve-se instalar separadores de condensação. Neste tipo de tubulação recomenda-

se colocar a saída de gás na parte superior dos tubos.

O sistema de alimentação central é o mais recomendado para levar

acetileno e oxigênio aos locais de soldagem. Na composição das baterias a regra é prever,

para cada posto de soldagem, pelo menos um tubo de acetileno e um de oxigênio. Além

disso, cada oficina de solda deve ter, pelo menos, um posto de soldagem abastecido por

Page 127: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

127

tubos separados. Isto oferece, entre outras coisas, a possibilidade de se treinar a ligação dos

componentes.

Os tubos individuais ou baterias de tubos de gases de proteção podem ser

colocados dentro ou fora da oficina de solda. Para cada dois postos de soldagem deve

haver, pelo menos, um tubo de gás de proteção. Considerando que, na soldagem com

proteção de gás, é preciso trabalhar em locais diferentes, em horas diferentes – mas também

simultaneamente – com gases de proteção diferentes, os postos de soldagem devem ser

equipados com saídas de abastecimento dos quatro gases (argônio, CO2 , mistura, gás de

purga – usualmente mistura Ar + H2).

No abastecimento de CO2 (ou gases mistos com CO2) de garrafas

individuais, é preciso instalar um aquecedor elétrico (220V) entre a válvula da garrafa e o

regulador de pressão, afim de se evitar o resfriamento. Em sistemas de abastecimento

central recomenda-se a instalação de filtros para reduzir o teor de umidade.

Sistema de Alimentação de Corrente Elétrica

Ao projetar o fornecimento da energia elétrica, deve-se partir do princípio

de que uma bancada de solda necessitará, de imediato, de um mínimo de 15 kW. É bem

verdade que o tempo de carregamento do circuito, em regra, não chega a 30%, e que a

carga máxima não ocorre simultaneamente em todas as bancadas, mas uma oscilação

constante da carga tem efeitos desagradáveis sobre a rede elétrica.

A ligação de corrente nos boxes de soldagem requer 380V de corrente

trifásica, e para os equipamentos auxiliares 220V corrente monofásica. A rede de

distribuição da corrente trifásica (com condutor neutro) deve ser separada da rede de tensão

pública por um disjuntor central de sobrecarga. No futuro será exigido, para ligações de

força de corrente trifásica de 380V, um sistema quíntuplo (um cabo para cada uma das 3

fases, um cabo neutro e um cabo “terra”). A distribuição de corrente alternada com cabo

protetor (terra) deve ser equipada com chave de segurança para sobrecorrentes. Para cada

bancada de soldagem deve haver uma tomada de corrente trifásica de 380V/63A para cada

fonte de corrente de soldagem, e duas ligações de corrente monofásica de 220V/16A para

os equipamentos auxiliares (como rebolo etc). Para cada bancada de soldagem deve haver

Page 128: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

128

uma tomada de corrente bifásica de 380V/63A para cada fonte de corrente de soldagem, e

duas ligações de corrente monofásica de 220V/16A para os equipamentos auxiliares.

Fontes de Corrente Elétrica para a Solda

A seleção das fontes de acordo com o tipo de corrente elétrica e as curvas

características são orientadas pelo processo de soldagem e pelo tipo de material básico

usado. Para que os soldadores possam operar com diversos tipos de corrente, deve haver

ligações de corrente contínua e de corrente alternada.

Para a soldagem pelo processo “TIG” são necessárias fontes de

eletricidade com curva característica descendente. Para metais pesados usa-se corrente

contínua, e para metais leves correntes alternada.

A soldagem pelos processos “MIG” e “MAG” requer instrumentos com

corrente contínua, com características de tensão constante, e com ampla faixa de regulagem

para a corrente de soldagem. Aparelhos polivalentes que podem ser ajustados para corrente

contínua ou alternada, ou para curvas características descendentes ou constantes,

representam um custo de aquisição bastante alto. Só se recomenda a sua aquisição no caso

de se poder equipar um box de cada vez para a soldagem pelos processos “TIG” e “MIG –

MAG”.

Bancadas de Solda

A cada local de soldagem pertence uma bancada de solda e dois

banquinhos. A bancada deve medir cerca de 800x500 mm. Não deve ser quadrada, muito

boa é uma bancada em forma de rim, que se adapta ao corpo do soldador. A bancada deve

ser equipada com um suporte com disposição de fixação, para facilitar o treinar da

soldagem de peças em posição forçada. Do lado direito da bancada deve haver um suporte

apoiado ou suspenso para os instrumentos de soldagem. No caso de bancadas grades é

preciso proteger as pernas do soldador contra possíveis respingos, usando chapas de

filtragem.

Para manter as varetas de solda sempre à mão, estas ficam num tubo

soldado verticalmente à bancada, do lado esquerdo. Além disso dever haver, no local de

Page 129: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

129

soldagem, um lugar apropriado para um bloco de madeira dura, um balde d’água e uma

chave para a conexão do bico de solda.

O porta eletrodo deve ser pendurado isoladamente na bancada. Pedaços

de tubo cortados ao meio e soldados horizontalmente à bancada servem para depositar os

eletrodos de solda. Além disso deve haver um recipiente para receber os restos de eletrodos.

Ensaio de Estanqueidade

Comprovação de pontos defeituosos que atravessam a parede de

recipientes, reservatórios de pressão, tubulações, etc. Como medida para um ponto de

vazamento serve o índice de vazamento L (mbar 1/s).

Ensaio com Pressão Hidráulica

Menor ensaio comprovável de vazamento: 0,5 (mbar 1 1/s)

Ensaio a vácuo ou ar comprimido

- Processo de imersão com substâncias espumantes (ensaio de

Nekal)

- Processo de imersão com campânulas de vácuo (por exemplo: no

caso de cordões de solda em fundos de tanques). Menor índice de

vazamento comprovável

Processo de ensaio por vazamento de gás

- Com gás halogêneo (Frigen, Cl, Br, F): menor índice de

vazamento comprovável;

- Com argônio ou hélio: aplicável para vácuo e super alta pressão.

Menor índice de vazamento comprovável

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Objeto de Ensaio sob Super Alta Pressão a Gás de Teste

Processo de Detecção de Vazamentos por Ultra-som

Os fluidos que saem por pequenas aberturas produzem vibrações

moleculares na faixa de freqüência do ultra-som (36-44khz). Estas são detectadas por um

microfone direcional e um amplificador. Menor índice de vazamento comprovável: 1/100

(mbar 1 1/s).

Trabalhos de Soldagem e Corte em Recintos Confinados

Recintos confinados, para efeito de prevenção de acidentes, são por

exemplo, pequenos porões, galerias, tubulações, poços, tanques, caldeiras, reservatórios,

misturadores e outros equipamentos químicos, bagageiros de duplo fundo em navios.

Perigos da Soldagem e Corte Oxi-acetilênico em Recintos Confinados

Os recintos confinados apresentam riscos:

Na soldagem a gás por:

- Enriquecimento do ar ambiental com oxigênio;

- Enriquecimento do ar ambiental com acetileno ou outros gases;

- Falta de oxigênio;

- Formação de fumaças de óxido de ferro, chumbo, zinco;

- Formação de gases nitrosos.

Na soldagem a arco voltaico por:

- Efeito de corrente elétrica;

- Radiação pelo arco voltaico;

- Formação de fumaça de solda, gases e vapores;

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131

- Por substâncias como resíduos de conteúdo de recipientes que são

inflamáveis e podem levar a uma explosão (gasolina, óleo), ou que

originam a formação de gases, fumaças e vapores prejudiciais à

saúde, que não podem mais ser determinados com precisão.

Medidas de Precaução em Recintos Confinados

- Aeração, ou seja, renovação de ar para facilitar a respiração,

camada de isolamento, entrada de corrente elétrica, iluminação

com tensão máxima de 42V;

- Execução do trabalho só com supervisão (para facilitar pronto

socorro);

- Remoção de todos os instrumentos e ferramentas após término de

soldagem, eventualmente guarda de incêndio. Um grande parte

dos trabalhos de corte é executada sob alto risco de acidentes

causados pela corrente elétrica. A este fato, com freqüência, não

se dá a devida importância. Um alto risco de acidentes elétricos

existe, segundo a lei de prevenção de acidentes, na soldagem de

arco voltaico:

- Em recintos confinados com paredes condutoras de eletricidade,

com caldeiras, reservatórios, etc;

- No serviço em condições difíceis, entre ou em peças condutoras

de eletricidade, como em estruturas treliçadas;

- Em caso de movimentos com liberdade limitada, em peças

condutoras de eletricidade, como armações ou carcaças de

máquinas;

- Em recintos molhados ou quentes, como cozinhas industriais,

balneários, etc.

Um recinto confinado do ponto de vista de risco de acidentes elétricos na

soldagem a arco voltaico é aquele em que peças condutoras de eletricidade opostas umas às

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132

outras podem ser tocadas ao mesmo tempo, ou onde não é possível permanecer de pé. Isto é

o caso quando uma das dimensões do recinto mede menos de 2 metros.

Trabalhos em Áreas com Risco de Incêndio

Deve-se contar com maior perigo de incêndio naquelas áreas que não

possuem instalações próprias para solda e corte. A ignição pode ocorrer em materiais

inflamáveis por:

- Chama de soldagem;

- Centelhas no ar;

- Escórias em brasas;

- Chama secundária;

- Radiação de calor.

Antes de iniciar um trabalho de soldagem deve-se inspecionar as

condições locais, bem como os recintos adjacentes, examinando:

- Rasgos nas paredes ou no teto;

- Fissuras, juntas dilatadas, tubos;

- Condutores, elementos inflamáveis.

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133

Soldagem Subaquática

Com o crescimento das perspectivas de exploração de petróleo em alto

mar, surge um crescente interesse por técnicas de reparo e construção de estruturas em loco

"off-shore" que demandem baixo custo operacional e curto tempo de execução. Uma das

técnicas que tem sido aplicada com sucesso em vários destes reparos é a da soldagem

molhada. Alguns dos aspectos que favorecem a utilização da soldagem molhada são:

- A simplicidade dos equipamentos;

- A não necessidade de isolar a região de soldagem do meio aquoso;

- Os custos são reduzidos em comparação com a soldagem a seco

hiperbárica ou a 1 atm.

Atualmente, a técnica que tem sido aplicada com mais freqüência é a da

soldagem molhada utilizando eletrodos revestidos. Isto se deve à confiabilidade,

simplicidade e a possibilidade de se produzir diferentes formulações de fluxo de forma a

obter, tanto boa estabilidade do arco, quanto microestruturas mais favoráveis. Como

alternativa depositária de grande expectativa, surge a soldagem molhada com arame

tubular.

Na soldagem molhada com arame tubular o arame é alimentado

continuamente através de um sistema tracionador de arame como ocorre na soldagem

MIG/MAG. A forma construtiva do arame tubular permite a inserção de um pó, mais

conhecido como fluxo, no seu interior, cuja função é a mesma do revestimento dos

eletrodos revestidos. Ou seja, o fluxo se queima durante a soldagem dando origem a gases e

escória, que vão proteger o cordão de solda e gerar uma atmosfera propícia à formação do

arco voltaico. A presença de água na região de solda, além de prejudicar fortemente a

estabilidade do arco, leva ao aparecimento de uma grande quantidade de hidrogênio livre,

que resulta da dissociação da água. O hidrogênio e a alta taxa de resfriamento geram

microestruturas frágeis comprometendo a tenacidade da solda obtida pela técnica molhada.

Page 134: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

134

A soldagem molhada com arames tubulares apresenta como vantagens,

em relação à soldagem molhada com eletrodos revestidos, a alta produtividade associada

aos processos que utilizam arames contínuos e a possibilidade de mecanização das

operações de soldagem. Além disso, a eliminação da necessidade de substituição dos

eletrodos revestidos consumidos, também resulta em um melhor aproveitamento do tempo

de fundo do mergulhador na soldagem molhada. Estas vantagens, permitem a realização de

reparos de caráter emergencial, necessários quando ocorrem falhas em estruturas ou no

caso de acidentes decorrentes de condições climáticas adversas, contribuindo diretamente

para a redução da possibilidade de prejuízos, tanto financeiros, quanto ao meio ambiente.

Apesar dos relatos da utilização da técnica em outros países, a

disponibilidade de equipamentos e informações ainda é muito pequena. A soldagem

molhada com eletrodo tubular poderá ser utilizada na recuperação de oleodutos,

reservatórios, estruturas submersas que operem a profundidades de até 30 m, na indústria

nuclear e na reparação de cascos de navio sem a necessidade de docagem.

Page 135: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

135

Reparos em Águas Profundas e Ultra-profundas

Com o início da exploração de poços de petróleo em águas profundas e

ultra-profundas tornou-se imperativo o desenvolvimento de técnicas para viabilizar o reparo

dos dutos utilizados no escoamento da produção de óleo e gás natural. Para grandes

profundidades, atualmente o único recurso de reparo disponível consiste na utilização de

conectores mecânicos que, embora eficientes, possuem um custo unitário elevado. Nestas

condições, a execução de reparos por solda se torna um atrativo econômico, dado o baixo

custo do processo. Entretanto, por não ser mais viável o mergulho humano a profundidades

superiores a 300 metros, as operações de soldagem deverão ser realizadas por sistemas

totalmente robotizados, operando com o auxílio de sensores e sistemas de controle

adaptativos realimentados, o que constitui um desafio técnico pela complexidade requerida

destes sistemas.

Soldagem em Ambiente Hiperbárico

Para a execução de soldas em grandes profundidades, a técnica de

soldagem que tem se apresentado como a mais viável é a hiperbárica a seco utilizando o

processo MIG/MAG. Para estas aplicações deseja-se das fontes de soldagem, não somente

a sua capacidade de resistir fisicamente às pressões e à agressividade do ambiente marinho,

mas também que possuam características de resposta estática e dinâmica que permitam

manter a estabilidade elétrica do arco e a regularidade na formação e no destacamento das

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136

gotas. Para buscar mecanismos que permitam atender este objetivo, pesquisas estão em

andamento no GKSS (Alemanha), em Cranfield e no TWI (Inglaterra), no SINTEF

(Noruega) e no LABSOLDA (Brasil - UFSC) onde foi instalada uma célula para permitir

realizar a soldagem hiperbárica pela técnica a seco.

Neste tipo de soldagem, a pressão elevada do meio induz modificações

nas características físicas do arco voltaico que agravam problemas de estabilidade da

transferência e produzem uma tendência a má formação dos depósitos. Para suplantar estes

problemas, o LABSOLDA vem conduzindo um trabalho voltado à implementação de

metodologias de controle que permitam garantir a estabilidade do arco e da transferência

metálica em ambientes hiperbáricos. As informações geradas neste estudo servirão de

subsídio tanto ao projeto de fontes de energia dedicadas à soldagem em ambiente

hiperbárico quanto ao desenvolvimento de procedimentos, envolvendo, principalmente,

processos que utilizem eletrodos consumíveis.

Duas frentes de trabalho têm sido exploradas com maior ênfase. A

primeira, para permitir que a fonte de energia emule características de resposta estática e

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137

dinâmica compatíveis com a física do arco em ambiente hiperbárico. Devido a constricção

da coluna de plasma, distúrbios que normalmente ocorrem durante a soldagem tendem a

agravar a tendência à instabilidade o que exige das fontes de energia uma resposta

suficientemente rápida para evitar tanto a elevação súbita da potência no arco quanto sua

extinsão por falta de corrente. Uma segunda frente de trabalho vem desenvolvendo

concepções de controle da transferência através do ajuste de formas de onda complexas

para a corrente, em especial, para a transferência.

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138

Soldagem de Aços Especiais

Classificação do Aço-carbono

O aço-carbono é uma liga de ferro e carbono, contendo ainda pequenas

quantidades de elementos como Si, Mn, P, S e Cu. Suas propriedades dependem do teor de

carbono presente na sua estrutura. Os vários tipos de aço-carbono são classificados de

acordo com o teor deste elemento.

Aços com teor de carbono inferior a 0,3% são classificados como aços de

baixo carbono (aços doces). Teores entre 0,3% e 0,45% pertencem a aços de médio carbono

e os aços de alto carbono são aqueles com teores de carbono compreendidos entre 0,45% e

1,7%.

O aumento do teor do carbono implica num aumento da resistência e

dureza do aço, embora com sacrifício da elongação. A tabela abaixo mostra a classificação

dos aços-carbono.

Os aços de baixo carbono têm mais tendência a apresentarem fraturas

durante a soldagem, quando comparados a outras classes de aço-carbono e aços-liga. Isto

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139

ocorre principalmente quando o aço tem alto conteúdo de enxofre ou quando se soldam

materiais com grandes espessuras. Eles podem ser soldados por qualquer método utilizado

atualmente e são os aços mais facilmente soldáveis. Para prevenir trincas é recomendado

que eletrodos de baixo hidrogênio sejam utilizados, além da realização de pré-aquecimento

das partes a soldar.

Os aços de médio e alto teores de carbono têm grandes quantidades de

carbono e de elementos endurecedores. Assim tais aços apresentam maior tendência ao

endurecimento da zona térmica afetada. Para prevenir fraturas é recomendado que eletrodos

de baixo hidrogênio sejam utilizados, além da realização de pré-aquecimento das partes a

soldar. A tabela a seguir mostra as temperaturas de pré-aquecimento recomendadas na

soldagem de aços de médio e alto carbono.

Carbono (%) Temperatura de pré-aquecimento (oC)

0,20 (máx) 90 (máx)

0,20 ~ 0,30 90 ~ 150

0,30 ~ 0,45 150 ~ 260

0,45 ~ 0,8 260 ~ 420

Para evitar o resfriamento rápido e aliviar a zona endurecida, o pós-

aquecimento é cabível a temperaturas que variam entre 600 e 650 graus celsius. A seguir é

apresentado um procedimento típico de soldagem para aços de médio e alto carbono.

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Soldagem de Aços de Baixa Liga

Introdução

Os aços de baixa liga possuem um conteúdo de carbono equivalente ao

dos aços doces e outros elementos de liga, igualmente em baixas porcentagens. Com isto,

obtém-se um acréscimo em sua resistência à ruptura, sem detrimento da tenacidade, bem

como uma melhoria nas características de comportamento em relação à fluência e às

resistências à fadiga, à corrosão, ao desgaste e ao calor.

Tais aços são utilizados com o intuito de diminuir-se o peso estrutural e,

conseqüêntemente, o tempo de construção da estrutura. Existem vários tipos de aços de

baixa liga, como os de alta resistência, para serviço a baixas temperaturas, para resistir a

altas temperaturas, que são descritos a seguir.

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Aços de Alta Resistência

Tal aço pode ser definido como sendo um aço de baixo carbono, que

possui propriedades mecânicas superiores às do aço doce comum.

Eles podem ser subdivididos em aço soldável de alta resistência à ruptura

e aço de alta tenacidade. O primeiro tipo deve a sua soldabilidade ao seu baixo conteúdo de

carbono, enquanto que as propriedades do segundo tipo dependem dos conteúdos dos

elementos de liga no aço.

A tensão de ruptura dos aços soldáveis de alta resistência à ruptura está

compreendida entre 50 e 100 Kgf/mm2, sendo designados por símbolos como HT 50; HT

60 etc., que indicam o valor da sua tensão de ruptura. Suas propriedades mecânicas

dependem dos elementos de liga nele contidos. Como os aços de alta resistência apresentam

a relação tensão de escoamento/tensão de ruptura mais alta do que a dos aços doces, eles

exibem uma taxa de trabalho superior aos aços estruturais comuns, porém tal fato pode

afetar adversamente a segurança das estruturas.

Aços Criogênicos

Esses aços são utilizados em serviços a temperaturas de trabalho

extremamente baixas e têm uma baixa temperatura de transição, aliada a uma excelente

resistência à propagação de trincas. Tal aço é utilizado especialmente em estruturas que

trabalham em ambientes a baixas temperaturas e tanques de armazenagem de gases

liqüefeitos.

Soldagem dos aços de baixa liga

Considerações Gerais

Os principais processos empregados na soldagem desses aços incluem a

soldagem a arco elétrico com eletrodos revestidos, por arco submerso e processo

MIG/MAG. Os aços de baixa liga são, muitas vezes, suscetíveis a problemas metalúrgicos

Page 142: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

142

na zona da solda, sob os efeitos dos ciclos térmicos a que esta é submetida, daí, deve-se

exercer um controle eficiente nas condições de soldagem destes aços.

Soldabilidade dos Aços de Baixa Liga

Mudanças Estruturais da Zona de Solda

Durante a soldagem dos aços de baixa liga, a zona termicamente afetada

pode vir a sofrer um endurecimento devido a mudanças em sua microestrutura causadas

pelos dinâmicos ciclos térmicos que lhe são impostos. O nível final de dureza depende não

somente da velocidade de resfriamento, mas também da composição química do próprio

aço.

Trincas na Solda

As trincas são defeitos graves nas juntas soldadas, e portanto, devem ser

evitadas. Os fatores considerados de fundamental importância na ocorrência de trinca são

três:

1. Endurecimento da zona térmicamente afetada, que depende

da composição química do aço;

2. Presença de hidrogênio;

3. Grau de restrição da junta.

Fragilização da Zona de Solda

Na soldagem de aços de alta resistência, superiores à classe dos 60

Kgf/mm2 (HT 60), é comum a diminuição na resistência à propagação da fratura da zona

termicamente afetada, sendo tais efeitos mais pronunciados quanto maior for o insumo de

calor utilizado na soldagem. A figura a seguir mostra a variação da tenacidade dos aços HT

70 e HT 80, em função do insumo de calor empregado na soldagem destes materiais.

Verifica-se que a resistência e a tenacidade da zona de solda decrescem com o aumento do

insumo de calor durante a soldagem.

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143

Nas soldagens dos aços de alta resistência, os seguintes limites dos

valores de insumos de calor devem ser obedecidos:

- HT 60 (não-temperados e revenidos): 90000J/cm, máx

- HT 60 (temperados e revenidos): 70000J/cm, máx

- HT 70 e HT 80: 50000J/cm, máx

Soldagem do Aço-inoxidável

Classificação dos Aços-inoxidáveis

O aço-inoxidável é um aço de alta liga, que tem excelente resistência à

corrosão, sendo também empregado a altas temperaturas ou em serviços criogênicos

(temperaturas baixas), possuindo, além disso, boas propriedades de resistência à

propagação de trincas e boa usinabilidade.

Page 144: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

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Classificação Composição Química Básica Tempera- Resistência Trabalha- Soldabi- Proprieda-

dos bilidade à bilidade lidade des Magné-

Aços-inoxidáveis Cr Ni o C Corrosão ticas

Martensítico 11~15 - ≤ 1,20 Temprável Regular Regular Baixa Magnético

Ferrítico 16~27 - ≤ 0,35 Não-temper. Boa Boa Sofrível Magnético

Austenítico ≥ 16 ≥ 7 ≤ 0,25 Não-temper. Excelente Excelente Excelente Não-magnét.

Seu emprego abrange componentes de reatores nucleares, turbinas,

aeronaves, equipamentos ferroviários, artigos domésticos, etc. Existem vários tipos de aços-

inoxidáveis, mas é costume classificá-los em três grandes grupos: ferríticos, austeníticos e

matensíticos, conforme é apresentado na tabela acima.

Propriedades dos Aços-inoxidáveis

As propriedades dos aços-inoxidáveis, inclusive sua soldabilidade,

diferem muito das encontradas nos aços comuns ou de baixa liga. Os elementos básicos dos

aços-inoxidáveis são o Cr e o Cr-Ni. Além destes, eles podem conter diferentes

porcentagens de Mo, Cu, Mn, etc, que são adicionados para conferir-lhes resistência à

corrosão mesmo a altas temperaturas de trabalho.

Tomando-se como exemplo o aço-inoxidável austenítico, verifica-se que

ele possui um limite de ruptura da ordem de 50 a 70 kgf/mm2, valor este bem superior ao

intervalo de 41 a 49 kgf/mm2, típico dos aços doces comuns, e uma alongação

compreendida entre 50 e 60%. Suas características físicas também diferem das do aço doce,

como por exemplo seu ponto de fusão mais baixo, sua condutividade térmica, que é cerca

de três vezes menor, e seu coeficiente de expansão térmica linear, que é aproximadamente

1,5 vezes maior que a do aço doce. Em vistas destes valores, as distorções residuais podem

se tornar mais críticas nas estruturas de aço-inoxidável.

Soldagem

Os principais processos empregados na soldagem dos aços-inoxidáveis

incluem a solda manual com eletrodos revestidos, o processo MIG e o TIG. Além destes,

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145

são também utilizadas, em menor escala, as soldagem por arco submerso, por feixe de

elétrons e por resistência.

Como os aços-inoxidáveis contêm altas porcentagens de diferentes

elementos de liga, sua soldagem torna-se muitas vezes crítica, uma vez que os referidos

elementos podem influenciar diretamente na formação de fases frágeis ou alterar as

propriedades originais do material-base. A soldabilidade de cada grupo de aço-inoxidável

será discutida a seguir:

Tipo Martensítico

Este tipo de aço-inoxidável gera uma estrutura martensítica dura e frágil,

devido ao rápido ciclo de aquecimento e resfriamento provocado pelos processos usuais de

soldagem. Como martensita está intimamente ligada aos fenômenos de geração de trincas, a

soldabilidade deste tipo de aço-inoxidável exige cuidados especiais. Dentre as precauções

mais importantes, destacam-se as seguintes:

- Pré-aquecer a peça até uma temperatura compreendida entre 200

e 400 oC e manter a temperatura entre passes;

- Manter a temperatura entre 700 e 800 oC logo após a soldagem.

Tipo Ferrítico

Durante a soldagem dos aços-inoxidáveis ferríticos, praticamente não

existe o perigo de endurecimento da zona termicamente afetada. No entanto, o tamanho dos

grãos ferríticos pode aumentar exageradamente, provocando com isso uma queda em sua

dutilidade e em suas resistência. Além disso, quando este aço é resfriado gradualmente de

600 para 400 oC, poderá ocorrer uma considerável fragilização, que atinge seu ápice em

torno de 475 oC, sendo por isso denominada fragilização a 475 oC. Devido a esse fator os

seguintes cuidados deverão se tomados durante a soldagem:

- Pré-aquecer a peça a uma temperatura entre 70 e 100 oC para

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146

prevenir a ocorrência de trincas a frio;

- Resfriar a junta rapidamente de 600 para 400 oC para evitar a

fragilização a 475 oC.

Tipo Austenítico

Este grupo de aços-inoxidáveis apresenta melhor soldabilidade que os

dois outros tipos, entretanto, quando ele é resfriado lentamente entre 680 e 480 oC após a

soldagem, poderá ocorrer uma precipitação de carboneto de cromo nos espaços

intergranulares da matriz cristalina. Esta precipitação é mais intensa em torno de 650 oC e

provoca um decréscimo sensível em sua resistência a corrosão e em suas propriedades

mecânicas. Ao fenômeno descrito, dá-se o nome de corrosão intergranular. Para se evitar

problemas na solda desse tipo de aço-inoxidável, as seguintes precauções devem ser

tomadas:

- Reduzir o insumo de calor sem pré-aquecer a junta soldada de

modo a evitar a precipitação de carbonetos;

- Utilizar eletrodos de nóbio, titânio ou com conteúdo extrabaixo de

carbono (C ≤ 0,03%);

Page 147: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

147

Soldagem de Ligas Não-ferrosas

Soldagem do Magnésio e Suas Ligas

Considerações gerais

O magnésio e suas ligas constituem uma classe de metais leves, pois seu

peso específico varia entre 1,74 kg/dm3 e 1,83 kg/dm3. Tais ligas apresentam excelente

usinagem, podem ser trabalhadas a altas temperaturas, são soldáveis e apresentam bom grau

de resistência mecânica. Devido à sua baixa resistência mecânica, o magnésio puro é ligado

a elementos como zinco, alumínio, manganês e outros

Soldabilidade

As ligas de magnésio sofrem uma oxidação acelerada a temperaturas

próximas do seu ponto de fusão (500 a 600 oC) e, por isso, a zona de solda deve ser

protegida, ou por meio de gases inertes, ou por um fluxo adequado. Quando se soldam ligas

contendo Tório (Th), haverá a liberação de gases anestésicos, razão pela qual é requerida

uma boa ventilação na oficina.

O pó ou cavaco de magnésio é facilmente inflamável, porém as ligas de

magnésio raramente se inflamam, quando soldadas, a menos que o material seja aquecido

durante muito tempo a uma temperatura superior ao seu ponto de fusão. Na soldagem, a

poça de fusão é resfriada muito rapidamente e não está em contato com o ar atmosférico,

reduzindo a possibilidade de se inflamar.

A poça de fusão de ligas de magnésio solidifica-se em uma determinada

faixa de temperaturas e, quanto mais ampla a faixa, maiores serão as possibilidades de

trincas nos cordões de solda ou na zona termicamente afetada. Para prevenir o

aparecimento desta trincas faz-se necessária a utilização de materiais de enchimento com

baixo ponto de fusão, altas velocidades de avanço ou o pré-aquecimento do metal base.

Page 148: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

148

Processos de soldagem

As ligas de magnésio podem ser soldadas por meio dos processos TIG,

MIG ou soldagem a gás. O arco elétrico com eletrodo revestido é inviável nestas ligas

porque causa problemas críticos de inclusão de escórias.

A soldagem a arco elétrico com proteção de gás inerte é o processo mais

utilizado nas ligas de magnésio em virtude de suas vantagens quando comparadas com o

processo a gás. Dentre as vantagens, a não necessidade de fundente, a alta velocidade de

soldagem e o nível reduzido de distorções, podem ser citadas.

A soldagem a gás destas ligas é reservada somente aos casos de uniões

bastante simples, como juntas de topo e de canto em chapas finas, nas quais a remoção do

resto fundente, que causa severa corrosão na junta, é facilmente efetuada.

Soldagem do Cobre e Suas Ligas

Considerações Gerais

O cobre possui alta condutibilidade térmica e elétrica e também possui

uma alta resistência à corrosão causada por água salgada e produtos químicos em geral.

Tais características tornam-no adequado a ser utilizado em trocadores de calor,

componentes de navio, tubulações de água, dentre outros.

Já as ligas de cobre, sendo as clássicas as ligas de Cu-Zn e Cu-Sn

conhecidas respectivamente como latão e bronze, apresentam valores de condutibilidade

térmica e elétrica mais baixos do que do cobre puro, com características de resistência à

corrosão também diferentes. Entretanto, as ligas de cobre apresentam boas propriedades

mecânicas sendo utilizadas como material estrutural.

Soldabilidade

O ponto de fusão do cobre situa-se entre o do aço e o do alumínio, sendo

seu calor específico pouco inferior ao do aço. Sua condutibilidade térmica é de cerca de 8

vezes a do aço doce, de modo que a difusão térmica é extremamente alta.

Page 149: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

149

Normalmente o pré-aquecimento se faz necessário na soldagem do cobre

e suas ligas e, devido ao seu coeficiente de expansão térmica, que é 1,5 vezes maior que o

do aço, poderão ocorrer distorções na estrutura soldada.

As porosidades no cobre são, na maioria dos casos, devidas ao hidrogênio

e ao vapor. A desoxidação das ligas de cobre por meio de elementos como P, Si e Al

provoca o aumento da solubilidade do hidrogênio durante a fusão do metal. Entretanto, esta

solubilidade diminui drasticamente quando o cobre se resfria, causando a liberação do gás

hidrogênio poderá provocar as porosidades.

O cobre puro raramente apresenta trincas na zona de solda, já as ligas têm

uma tendência acentuada de apresentarem trincas na soldagem. Em ligas que contém

chumbo e/ou bismuto, poderá ocorrer a precipitação destes elementos nos contornos dos

grão e, como elas possuem baixo ponto de fusão, haverá a probabilidade de se

desenvolverem trincas intergranulares na região de solda.

Soldagem

Em princípio todos os processos utilizados para o aço doce podem ser

utilizados na soldagem do cobre e suas ligas. Entretanto devido às diferentes características

físicas e metalúrgicas das ligas de cobre, devem-se selecionar cuidadosamente os processos

em função das propriedades específicas de cada tipo de liga.

A soldagem a gás é a mais adequada para os latões, sendo também

recomendada para o cobre puro. Operações de pré-aquecimento devem ser providenciadas.

A soldagem a arco elétrico com gás inerte é a mais utilizada na atualidade

para a soldagem do cobre e suas ligas. O TIG é empregado para chapas finas até 6mm de

espessura, enquanto o MIG é utilizado para chapas com espessuras superiores a 6mm. As

condições para ambos os processos são mostradas nas tabelas a seguir.

A soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido é não é recomendada

para os diferentes tipos de latão, pois este contém o zinco, que se evapora rapidamente e

tem um alto poder de oxidação.

Page 150: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

150

Soldagem do Titânio e Suas Ligas

Considerações Gerais

As ligas de titânio apresentam peso específico de cerca de 4,5 kg/dm3,

aproximadamente 60% em relação ao aço. Como sua resistência mecânica é

aproximadamente igual à do aço, a relação limite de ruptura-peso das ligas de titânio é

significativamente superior à do aço. Além disso suas propriedades mecânicas mantêm-se

até a temperatura da ordem de 400 a 480 oC, tornando o titânio bastante utilizado na

estrutura de veículos aeroespaciais. Sua resistência à corrosão é alta, sendo bastante

utilizados na indústria química.

O titânio é “mole”, quando puro, mas torna-se resistente e frágil quando

ligado a elementos como nitrogênio, oxigênio e carbono. A altas temperaturas a sua

afinidade por gases é bastante elevada, razão pela qual sua fusão se processa no vácuo ou

em atmosfera de gases inertes.

Soldabilidade

As ligas de titânio são perfeitamente soldáveis, porém os seguintes

cuidados devem ser tomados: Como são altamente ativas, a elevadas temperaturas, a zona

termicamente afetada deve ser bem protegida dos efeitos do ar atmosférico, para evitar a

fragilização causada pela oxidação ou pela nitretação. Daí, os únicos processos

recomendáveis para a soldagem da ligas de titânio são aqueles que utilizam uma atmosfera

protetora de gases inertes.

O conteúdo excessivo de oxigênio, nitrogênio e carbono no metal base e

no arame de enchimento causará a fragilização do metal de solda. Daí, a seleção do

eletrodo, e a limpeza prévia das superfícies da junta faz-se necessária para a obtenção de

uma união soldada de boa qualidade.

O efeito do calor na soldagem pode causar a fragilização do metal de

solda, devida a sua ativação a altas temperaturas, devido aos efeitos do oxigênio,

hidrogênio e nitrogênio presentes no ar atmosférico; e a diminuição da dutilidade devido ao

resfriamento rápido na zona de solda.

Page 151: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

151

Soldagem

Como o titânio e suas ligas tornam-se altamente ativos a altas

temperaturas de soldagem, é necessário a utilização de gases inertes para formar a

atmosfera protetora

Tanto o processo TIG como o MIG são empregados para a soldagem do

titânio e suas ligas. Em ambos os processos a zona de solda deve estar perfeitamente

protegida dos efeitos da atmosfera, sendo utilizado, para tanto, dispositivos especiais como

o bocal difusor ou o copo protetor de vidro transparente, conforme mostrado abaixo, sendo

o último aplicado não somente à poça de fusão como à superfície aquecida do cordão na

face posterior da junta de solda.

Tanto o argônio como o hélio são utilizados como gases de proteção e sua

pureza deve ser rigorosamente controlada.

Soldagem do Alumínio

Características do Alumínio e suas Ligas

O alumínio e suas ligas pertencem à classe das chamadas ligas leves,

devido ao seu baixo peso específico. Têm, em geral, boa resistência mecânica aliada à

propriedades de resistência à corrosão e condutibilidade elétrica. De acordo com os

elementos básicos de sua composição química, as ligas de alumínio são classificadas

segundo sete tipos: alumínio puro; Al-Cu; Al-Mn; Al-Si; Al-Mg-Si e Al-Zn.

Aspectos e Problemas de Soldagem

Considerações Gerais

O alumínio e suas ligas apresentam características físicas sensivelmente

distintas do aço, e essas diferenças influem diretamente em sua soldabilidade. As

desvantagens de sua soldabilidade são mostradas a seguir.

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152

1. A fusão e o aquecimento parcial das ligas de alumínio são

difíceis, por sua alta condutibilidade térmica e pelo alto valor

de seu calor específico;

2. O alumínio e suas ligas são facilmente oxidáveis e seu óxido,

Al2O3 , tem um alto ponto de fusão. Pela formação da camada

refratária de óxidos, muitas vezes, na soldagem, surge o

problema da falta de fusão;

3. Devido ao alto valor do coeficiente de expansão térmica, podem

ocorrer distorções residuais críticas durante a soldagem;

Algumas ligas são suscetíveis à formação de trincas a quente;

4. A solubilidade do hidrogênio varia quando o alumínio passa do

estado líquido para o estado sólido, gerando uma espécie de

espuma durante a solidificação; altas velocidades de soldagem

podem, em conseqüência, causar porosidades da junta soldada.

5. devido à baixa densidade do alumínio, o metal em fusão não

consegue expulsar os óxidos e inclusões da poça de fusão, o que

pode provocar a inclusão de materiais estranhos no metal

depositado;

6. Como a temperatura de fusão e a viscosidade do metal fundido

são baixas, a zona termicamente afetada também poderá se

fundir e prejudicar o metal-base.

Essas desvantagens têm sido atenuadas pelo desenvolvimento do processo

de gás inerte, bem como pelo aperfeiçoamento das técnicas e equipamentos de soldagem.

O problema das Trincas em Juntas Soldadas

As trincas que ocorrem nas ligas de alumínio são na sua maioria, a

quente, que são causadas pelas segregações durante o processo de solidificação.

Page 153: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

153

As trincas devidas à soldagem são classificadas em trincas de

solidificação e trincas de fase líquida. As primeiras causadas pela contração volumétrica do

material, que ocorre durante a solidificação, e são divididas em trincas longitudinais e

transversais no cordão e trincas na cratera. As trincas de fase líquida são causadas pela

precipitação de compostos com baixo ponto de fusão, como os formados por magnésio,

cobre, silício e zinco, etc.. e são divididas em trincas na região termicamente afetada e

microtrincas. Tais trincas podem ser vistas na figura a seguir.

As causas destas trincas são: a seleção inadequada do material de

enchimento, temperatura entre passes mal controlada, manuseio inadequado do eletrodo e

imperícia do soldador, entre outras.

Porosidades

As porosidades na ligas de alumínio são devidas, principalmente, ao

hidrogênio dissolvido na poça de fusão, e suas principais causas são as seguintes:

1. Materiais estranhos, como fluidos, gorduras, presentes no metal

de base ou no material de enchimento, bem como certos hidratos

que co-existem com o filme de óxidos na superfície dos referidos

materiais;

2. Impurezas gasosas e hidrogênio presentes no gás de proteção;

3. Umidade do ar, que é absorvida pelo gás de proteção.

O hidrogênio captado pelo metal em fusão de uma das fontes descritas

anteriormente transforma-se em gás hidrogênio, devido à diminuição da solubilidade

durante o resfriamento da poça de fusão. Como a velocidade de resfriamento é alta e a

densidade do alumínio é baixa, o hidrogênio formado não consegue escapar para a

atmosfera e fica retido na estrutura solidificada, sob a forma de porosidades, conforme

mostrado a seguir:

Page 154: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

154

Como a velocidade de solidificação depende da espessura do material e

do processo de soldagem, é difícil exercer um controle sobre a velocidade de resfriamento.

Dessa forma, a melhor maneira de se evitar os poros na soldagem é controlar as fontes

produtoras de hidrogênio.

Influência do Insumo de Calor

A influência do insumo de calor durante a soldagem das ligas de alumínio

se faz sentir sob a forma de fusão parcial, dependendo das temperaturas atingidas pela zona

de solda. Além disso, há a possibilidade de redução da resistência da liga e de uma perda de

resistência à corrosão nas zonas onde ocorre a precipitação.

Soldabilidade das Ligas de Alumínio:

O alumínio e suas ligas são classificadas em cinco grupos, levando em

conta a sua soldabilidade:

1. Alumínio puro para uso industrial e ligas de Al-Mn.

2. Ligas de Al-Mg.

3. Ligas de Al-Zn-Mg.

4. Ligas de Al-Mg-Si.

5. Ligas de Al-Cu e Al-Zn.

As ligas do 1o e do 2o grupos apresentam excelente soldabilidade em

qualquer dos processos recomendados. Os materiais do 5o grupo não são soldáveis, exceto

em algumas poucas ligas especiais. As ligas do 3o e do 4o grupos apresentam soldabilidade

razoável, mas, geralmente requerem um novo tratamento térmico, uma vez que representam

ligas tratáveis termicamente.

Execução da Soldagem do Alumínio e suas Ligas

Page 155: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

155

Considerações Gerais

O processo de soldagem a arco elétrico com gás inerte é o mais

empregado para o alumínio e suas ligas, apesar de outros métodos serem empregados em

menor escala, como soldagem à gás e com eletrodo revestido.

Nos processos MIG ou TIG, a remoção da camada de óxidos, que

constitui o problema mais crítico da soldagem, efetua-se pela ação do próprio arco, de

modo natural. Desta forma a junta soldada apresenta excelente aspecto e boas propriedades

mecânicas.

Preparação para a Soldagem

A soldagem do alumínio e suas ligas é bastante prejudicada pela presença

de filmes de óxido e materiais estranhos no metal-base, os quais podem provocar defeitos,

como a fusão incompleta e porosidades. Daí a necessidade de uma limpeza prévia do metal-

base.

O filme de óxido que se forma nas faces usinadas de um chanfro aumente

rapidamente de espessura e absorve umidade, se deixado muito tempo exposto à atmosfera.

Este filme espesso é de difícil remoção, mesmo com a ação favorável do arco elétrico,

razão pela qual é exigida uma preparação adequada da junta momentos antes da soldagem.

Alguns métodos de limpeza são mostrados a seguir.

O ambiente de soldagem para ligas de alumínio deve ser limpo, de modo

a não haver contaminação da junta causada por materiais estranhos. No caso da soldagem

com proteção de gás inerte, deve-se cuidar para que o vento não prejudique a blindagem do

gás.

Outra situação a ser evitada é efetuar-se a soldagem de ligas de alumínio e

de aço em um mesmo ambiente, pois os fumos contendo ferro atacam a zona de solda do

alumínio, provocando fissuras ou corrosão de sua superfície. Daí convém separar as

oficinas de soldagem que processam os materiais em discussão.

O metal de enchimento, na soldagem de ligas de alumínio, deve ter, em

princípio, a mesma composição do metal-base, embora alguns elementos químicos do

Page 156: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

156

arame possam se oxidar, evaporar ou se transformar em escória, durante a soldagem.

Alguns arames adicionam pequenas porcentagens de elementos de liga, de modo a

promover a melhora das propriedades do metal depositado, mas o ponto mais importante na

seleção do metal de enchimento consiste no conhecimento prévio das características

desejáveis à junta soldada, em função dos processos de soldagem disponíveis na oficina. O

tempo de armazenagem dos arames deverá ser o mais curto possível, em locais secos, para

prevenir a formação do filme de óxido e a absorção da umidade.

Com relação à seleção do gás de proteção, o argônio e hélio são utilizados

para a soldagem a arco elétrico de ligas de alumínio com proteção por gás inerte. O argônio

é mais utilizado nas casos gerais, mas sempre que se requer maior penetração do arco ou

um perfil mais regular do cordão de solda, conforme visto abaixo, o hélio é empregado,

quer puro, quer misturado ao argônio. Como a capacidade de proteção do hélio é menor que

a do argônio, deve-se aumentar o volume do gás, sempre que se utilizar o primeiro como

gás de proteção. Devido a estas diferenças, a seleção do gás de proteção ou as proporções

de sua mistura devem ser cuidadosamente estudadas, de acordo com a aplicação específica

a cada uso.

Com relação à soldagem a arco elétrico com gás inerte, o processo TIG é

amplamente empregado na soldagem de chapas e perfis leves de ligas de alumínio. Tal

método também é utilizado quando se requerem baixos insumos de calor ou uma precisão

alta na execução da junta, como no caso da soldagem através de um só lado. A soldagem

TIG é inferior ao processo MIG em rendimento, mas ganha em qualidade e precisão da

junta soldada. A tabela a seguir mostra os tipos de chanfros padronizados para a soldagem

TIG e MIG de alumínio e suas ligas.

Page 157: Apostila -Tecnologia Da Solda - Engenharia Naval

157

Soldagem de Materiais Dissimilares

Soldagem por Explosão

Fundamentos

A soldagem por explosão (Explosion Welding - EXW) é um processo que

utiliza a energia de detonação de uma carga explosiva (controlada) para promover a união

de peças metálicas, sem adição de metal. Uma das peças (ou ambas) é lançada ao encontro

de outra pela explosão e, durante a colisão, desenvolve-se intensa deformação plástica

superficial, capaz de provocar a expulsão de contaminações superficiais, promovendo a

união entre as peças.

O processo é extremamente rápido (alta velocidade de impacto) e se

desenvolve à temperatura ambiente (soldagem à frio). As superfícies sobrepostas são

aquecidas pelo energia de colisão, não fundindo. A soldagem por explosão pode ser usada

em praticamente todos os metais dúcteis, com alongamento superior a 5%, ou resistência ao

impacto no Ensaio Charpy superior a 13,6 J, à temperatura ambiente.

Existem várias formas de soldagem, dependendo do tipo da posição das

juntas (peças). Entretanto, o processo é realizado sem perda de metal, havendo apenas uma

interação (compartilhamento) metálico entre os elementos. Pode-se soldar em várias

atmosferas, assim como a vácuo, entretanto o mais usual é a soldagem ao ar livre.

Este processo tem sido usado industrialmente para revestimentos,

fabricação de chapas bimetálicas e união de metais metalurgicamente incompatíveis. A

maioria da soldagem por explosão é realizada para união de superfícies largas (grossas),

mas a aplicação em chapas finas produz resultados satisfatórios também.

Utilização Comercial

1. União de tubos;

2. União de tubos de encaixe;

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158

3. Recobrimento de tubos;

4. Confecção de juntas sobrepostas;

5. União de espessuras dissimilares;

6. União de cabos, fixação à encaixes e alta condutividade

(transformadores elétricos);

7. Vedação hermética de embarcações;

8. Confecção de haletas para refrigeração;

9. União de dissimilares / não fundidos metais soldáveis;

10. União em ambientes arriscados (detonação por controle

remoto);

11. Fabricação e reparo de reatores (e seus acessórios) nucleares;

12. Revestimento de armamento (bombas) e fuselagem de

aeronaves.

Vantagens

1. Processo à frio;

2. Vínculo metalúrgico;

3. União metais similares/dissimilares (aço carbono com alumínio,

titânio ou aço inoxidável);

4. Não afeta as propriedades do material;

5. União de chapas finas e grossas (0,25 a mais de 31,8 mm) e

tamanhos variados;

6. Pequena quantidade de explosivo;

7. Precisão;

8. Mínima fixação/vibração;

9. Alta velocidade;

10. Portátil e acionamento por controle remoto.

Princípio de Operação

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159

As principais variáveis do processo são: o tipo, a quantidade de

explosivo, sua distribuição e compactação, e a distância entre as peças. Estes parâmetros

são determinados em função da espessura das peças a unir, do limite de escoamento e

densidade do material, de modo que a velocidade de soldagem seja da ordem da velocidade

de propagação do som neste, de maneira a obter mínima distorção durante a operação de

soldagem por explosão.

O componente de revestimento é usualmente posicionado paralelo ao

metal de base (conforme figura acima). As duas peças são separadas por uma distância

STANDOFF. Uma distância constante é usada quando as áreas são pequena, ou em tubos.

Uma outra forma de arranjo é o angular, usada em aplicações opostas a

esse. A explosão localizada curva o material e acelerando-o a alta velocidade que colide

angularmente com o metal base. A posição da chapa de revestimento pode ou não coincidir

o seu vértice com o da chapa base, entretanto, a explosão é realizada de forma progressiva

para frente.

A distância entre peças é garantida por um material de neopreme que

garantirá a proteção superficial contra erosão provocada pela detonação do explosivo. A

distância entre peças influencia o tamanho da onda. Aumentando-se a distância, aumenta-se

o ângulo de colisão, consequentemente a aceleração e o tamanho da onda (dentro de

limites). De maneira geral, a distância no arranjo paralelo será de uma vez e meia da

espessura do revestimento, ou sendo o ângulo (para o outro arranjo) compreendido entre 1 e

8 graus.

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160

Detonação

O desenvolvimento da detonação da explosão é ilustrado na figura ao

lado, sendo essa maneira extremamente importante para o processo. A detonação deve ser

progressiva, produzindo uma velocidade da chapa de revestimento estável, controlável e

progressiva. Como já comentamos, a velocidade de colisão é uma variável do processo

muito importante. Logo, a seleção do tipo de explosivo irá produzir uma desejável

velocidade de detonação, obtendo-se uma boa soldagem, desde que o explosivo seja

provido de características uniformes do início ao fim da detonação.

Velocidade e Ângulo de Sobrechapa

A detonação move a superfície superior em direção ao metal base,

pressionando e expulsando os gases existentes entre chapas, acelerando a superfície

superior, resultando em uma velocidade e um ângulo de ataque. Ambos irão depender do

tipo de explosivo, da espessura e das propriedades mecânicas do revestimento, e das

distância entre peças.

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161

Colisão, Jato e Soldagem

As mais importantes variáveis do processo são: a velocidade de colisão, o

ângulo de colisão e a velocidade da chapa de revestimento. A intensa pressão necessária

para a união das peças define os limites das variáveis, determinados pelas propriedades

particulares dos materiais. A pressão entre superfícies é determinada a partir da deformação

plástica dos materiais.

A medida que a detonação do explosivo ocorre progressivamente, um jato

de gases (jet) é gerado na parte inferior da chapa de revestimento e logo após a união das

chapas (ver figura anterior). Esse jato de gases é responsável pela varredura da camada

superficial de cada componente, garantindo a não contaminação da união soldada e extrema

força de interação metalúrgica entre peças.

Pressões residuais são mantidas no interior da solda. Após a colisão, a

manutenção dessa forças que evitaram a liberação das chapas, completando o processo de

soldagem.

Natureza da Ligação

A interface entre os componentes oscila na ordem dos micros, sendo que

o tamanho da onda (gerado pela detonação) depende das condições de colisão e confecção

da solda. A típica onda de explosão é mostrada na figura abaixo.

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162

Observando um pouco mais a figura, observamos algumas bolsas,

normalmente localizados no topo e no vale da onda. Essas bolsas são compostas de uma

combinação dos materiais, parcialmente ou completamente fundidos.

Essas bolsas podem ser dúcteis quando a combinação entre os metais

formam uma solução sólida, mas elas são frágeis e descontínuas, formando componentes

intermetálicos. Boas soldas produziram pequenas bolsas.

Bolsas largas ocorrem com condições de colisão excessiva, ou podem ser

produzidas a partir da fusão contínua das superfícies (contém um substancial número de

vazios e outras discontinuidades que reduzem a resistência e a ductilidade). Pode-se reduzir

a velocidade de colisão para valores abaixo da velocidade crítica, reduzindo o tamanho das

bolsas, mas essa característica não é visada, uma vez que pode-se resultar em falta de

ligação.

Propriedades dos Explosivos

O explosivo é na maioria das vezes da forma granular, distribuído

uniformemente em cima da superfície da chapa de revestimento. Encontra-se no mercado,

explosivo em forma de fita, onde pequenas quantidades de explosivo são colocados em uma

fita que é colocada na chapa. Com isso, uma maior flexibilidade da aplicação é garantida,

uma vez que se pode modelar superfícies complexas. A força que a explosão exerce na

chapa de revestimento depende das características da detonação e da quantidade de

explosivo.

Os principais tipos de explosivo usados são o nitrato de amônia granulado

com 6% a 12% de óleo diesel, o nitrato de amônia atomizado com alumínio, amatol e

soldatol com 30% a 55% de sal e primacord. As velocidades de colisão normalmente

recomendadas variam entre 2000 a 3000 m/s.

Procedimentos de Soldagem

Tipos de União

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163

Soldagem por explosão limita-se a sobrepor superfícies de mesma

geometria. Pode-se unir tubos, chapas ou chapa com tubo, desde que as características da

solda sejam asseguradas para não ocorrer falha por cisalhamento em serviço.

Preparação da Superfície

A preparação das peças, limpeza e ausência de imperfeições, é

fundamental para obtenção de uma junta satisfatória, não sendo aceitáveis irregularidades

superficiais superiores a 0,5 mícrons

Fixação e Apoio

Para se obter uma solda de qualidade e de propriedades uniforme, as

superfícies devem possuir uma distância de projeto rígida, e que suporte todos os

componentes. Para revestimentos finos, a deflecção da chapa (provocada pelo peso da

mesma somada ao explosivo) causa uma dificuldade de manutenção da distância entre

placas recomendada, obrigando a colocação de suportes adicionais nas áreas centrais. Esses

suportes podem ser de espuma, neopreme ou de blocos de madeira, colocados

estrategicamente, que serão consumidos durante o processo de soldagem, resultando em um

mínimo efeito na solda.

As superfícies podem ser colocadas sobre o solo de terra ou areia. Se o

componente básico é relativamente fino ou tem tendência a deformação durante o processo

de solda por explosão, será necessário uma rigidez uniforme da superfície, podendo-se fixar

a chapa base, minimizando a deflecção. Em tubos ou canos, independente do revestimento

ser interno ou externo, é recomendável a colocação de apoios nos componentes de base.

Qualidade da Solda

A qualidade da solda por explosão irá depender da natureza da interface

entre peças, dos efeitos do processo e das propriedades mecânicas dos componentes. Os

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164

efeitos da soldagem são determinados através da comparação das propriedades, resultados

de testes de tensão, impacto, dobramento e fadiga.

Os testes para a verificação da qualidade da solda pode ser através de

ensaios não destrutivos (ultra-som e radiografia) ou dos ensaios destrutivos (ensaio chisel,

ensaio de cisalhamento, ensaio de tração e exame metalográfico).

Características

A soldagem por explosão pode ser usada em praticamente todos os metais

dúcteis, com alongamento superior a 5%, ou resistência ao impacto no Ensaio Charpy

superior a 13,6 J, à temperatura ambiente. Apesar de se poder unir uma vasta gama de

materiais, o mais comercial é mostrado no esquema abaixo.

Nas figura abaixo, observamos a vedação de uma tubulação utilizando-se

a solda por explosão. Na primeira figura, todo o bujão é soldado no interior do tubo, sendo

que na outra, apenas a parte expandida do tampão que se unirá ao tubo.

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165

Essa aplicação específica é comumente utilizada nas indústrias

petroquímicas e elétricas, para vedação de tubulação, devido a rapidez, confiança e

facilidade da soldagem. Entretanto, uma cuidadosa preparação da região a soldar é exigida,

de maneira a não conter nenhuma forma de fluído ou sujeira, e garantindo que a rugosidade

superficial esteja dentro dos limites toleráveis pelo processo. Um detalhe importante é que

na maioria das vezes, há necessidade de se lixar e/ou esmerilar a tubulação, não se podendo

esquecer de verificar se a mesma irá resistir ao esforço das cargas.

Segurança

Essa soldagem só deve ser executado por pessoas capacitadas e treinadas,

em virtude da natureza do processo. Principalmente porque todo o explosivo é controlado

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166

pelo governo, e seu armazenamento inspira cuidados (normas para estoque e

armazenamento e detonação).

Soldagem Por Fricção

Princípios

O princípio de soldagem por fricção pode ser definido como um processo

de união que utiliza a energia mecânica transformada em energia térmica (devido ao atrito)

através de contato, sob pressão, de duas superfícies, onde uma se movimenta em relação à

outra.

Neste processo existem vários métodos que utilizam o calor gerado pelo

atrito para se unir duas peças. As técnicas mais usuais são denominadas de processo por

Fricção Contínua e processo de Fricção Inercial.

Basicamente os processos de fricção contínua e inercial operam mantendo

uma das peças sob rotação e a outra estacionária. Aplica-se então uma pressão normal entre

elas. O calor de atrito gerado permite uma soldagem assemelhada ao forjamento.

É importante destacar que a interface não chega a fundir (soldagem no

estado sólido), ficando, no entanto, deformada plasticamente.

A figura a seguir, mostra, esquematicamente, o desenrolar do processo.

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a. Uma das peças gira em relação à outra;

b. É aplicada uma pressão de atrito;

c. Com o aquecimento associado à pressão, inicia a deformação

plástica;

d. Final da fricção. A peça girante é frenada e uma pressão de

forjamento é aplicada.

Soldagem por Fricção Contínua

Nesta variação do processo um motor atua, continuamente, girando a peça

sob atrito até que todo o calor necessário para a soldagem seja atingido. Neste ponto o

motor é desativado e a peça é frenada e submetida a uma maior pressão (recalque de

forjamento)

A figura abaixo apresenta, de forma simplificada, um equipamento de

soldagem por fricção contínua.

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Os principais parâmetros controladores deste processo são:

1. A velocidade de rotação da peça girante;

2. A pressão de contato;

3. O tempo de fricção ou a variação dimensional das peças

soldadas.

A figura abaixo mostra, esquematicamente, os comportamentos da

velocidade de rotação, da força axial, bem como a variação dimensional experimentada

pela peça durante as várias faces da soldagem pelo processo contínuo.

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Como pode ser observado nesta figura, a velocidade de rotação e a força

axial são mantidas constantes durante um certo período de tempo, enquanto que o

comprimento das peças sofre uma variação.

A taxa de deformação plástica do material, na interface, é função do

aporte de calor e da tensão aplicada.

Existem na literatura algumas equações empíricas que procuram

determinar valores para as variáveis do processo em função da geometria e das

propriedades físicas ( e metalúrgicas ) das peças a serem unidas. Porém, de uma forma

geral, uma experiência prévia e diversos ensaios tipo “tentativa e erro”, são necessários

para a otimização do resultado final. Esses resultados, quando finalmente obtidos, permitem

a realização de soldagem de altíssima qualidade em segundos.

Soldagem por Fricção Inercial

Neste caso a energia mecânica é obtida através de um volante, onde foi

armazenada uma quantidade controlada de energia cinética.

A figura abaixo apresenta um sistema para soldagem por fricção inercial.

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A figura a seguir, mostra as fases do processo e a variação dos elementos

característicos durante a soldagem.

Aplicações do processo

Uma das características mais interessantes do processo de soldagem por

fricção é a sua eficiente utilização da energia térmica desenvolvida durante a soldagem

Através do controle cuidadoso dos parâmetros, a região soldada não é

submetida a um exagerado e desnecessário aporte térmico. Esta característica é bastante

importante na soldagem de aços laminados, ligados e aços inoxidáveis, uma vez que são

evitadas microestruturas indesejáveis de sobreaquecimento.

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Além do mais, como o processo não é um processo por fusão, podemos

unir diversos materiais dissimilares tais como alumínio com aço inoxidável, cobre com

titânio, etc.

Uma outra importante característica do processo é que não existe contato

da interface da soldagem com a atmosfera, ficando essa região protegida e possibilitando

que sejam soldados metais de extrema afinidade pelo oxigênio tais como o titânio, zircônio

e outras ligas refratárias. Também o cobre pode ser soldado, sem ficar contaminado,

produzindo juntas com excelentes propriedades térmicas e elétricas.

Metais que possuam uma alta densidade de inclusões não metálicas são

difíceis de serem soldadas por fricção. Isto porque estas inclusões poderão ficar distribuídas

em planos transversais próximos à junta soldada, em detrimento às propriedades mecânicas.

De uma forma geral, pode-se apontar as seguintes vantagens e

desvantagens do processo de soldagem por fricção:

Vantagens

1. Não há necessidade de materiais de adição;

2. Não se utiliza, na maioria dos casos, fluxos ou atmosferas

Protetoras;

3. O processo não agride o meio ambiente, sem arco elétricos,

centelhas, respingos, fumaças ou fumos;

4. A preparação prévia e limpeza das superfícies não é tão

importante, quando comparado a outros processos, desde que a

soldagem por fricção, pelo seu próprio desenvolvimento, rompe

os filmes superficiais;

5. A zona afetada pelo calor é muito estreita;

6. A soldagem por fricção é apropriada para a maioria dos

materiais e permite a união de muitos materiais dissimilares;

7. Na maioria dos casos, a junta resultante é tão ou mais resistente

que o membro mais fraco da união;

8. Os operadores não precisam ter habilidade manual, especial;

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9. O processo pode ser facilmente automatizado para produções

em Massa;

10. As soldagens são realizadas muito rapidamente, quando

comparadas a outros processos;

11. Requisitos de implantação (espaço, potência, fundações

especiais, etc.) são mínimas.

Limitações

1. De uma forma geral, uma das partes deve ter um eixo de

simetria e ser capaz de girar em torno deste eixo;

2. A preparação e o alinhamento das peças pode ser crítico para o

desenvolvimento de um uniforme contato e aquecimento,

particularmente para peças de diâmetro superior à 50 mm;

3. O investimento inicial é alto;

4. Materiais de baixo coeficiente de atrito (liga para mancais) não

podem ser soldados por esse processo;

5. Materiais que não podem sofrer forjamento, também não são

soldáveis por esse processo;

6. Peças muito longas (1000 mm e acima) exigem um elaborado

sistema para alinhamento.

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173

Soldagem de Linhas de Dutos (Pipelines)

Aspectos Gerais

A linha de dutos é utilizada como um meio de transporte de fluidos. Os

fluidos abrangem óleo cru, produtos derivados do petróleo, gás natural, gás liqüefeito de

petróleo, água e outros líquidos e gases. Fluidos em suspensão e cápsulas também podem

ser incluídos nesta relação. As linhas de dutos podem ser classificadas em linhas de

transmissão e sistemas de distribuição. Várias tubulações utilizadas nas fábricas são

similares às linhas de dutos, porém, devido à diferença nas condições de instalação e nas

condições ambientais, elas são consideradas uma categoria à parte, inclusive no ponto de

vista legal.

A soldagem das linhas de dutos e tubulações é uma solda circunferencial

dos tubos, acessórios etc., sendo executada, em sua maioria, no campo. Não se inclui neste

serviço a soldagem para a produção dos tubos propriamente ditos. As características

peculiares da soldagem circunferencial dos tubos são descritas a seguir.

Na soldagem de linhas de dutos, há a predominância da soldagem

executada apenas pelo lado externo da tubulalção e, conseqüentemente, a qualidade do

passe de raiz é de vital importância. Em segundo lugar, como as seções a serem unidas são

fechadas, o alinhamento é importante e difícil de ser obtido. Em terceiro lugar,

independente da pressão interna, é necessário haver uma junta resistente e confiável, pois

uma peça com solda defeituosa causa a interrupção imediata de toda a linha de dutos.

Posições da Soldagem

As posições de soldagem para os tubos são divididas em duas categorias:

o eixo do tudo pode estar na horizontal ou na vertical e o tudo é fixo ou tem movimento

rotativo. A posição horizontal fixa é a mais comumente utilizada, embora as posições

vertical e inclinada fixas sejam também encontradas. Na execução de uma união entre

apenas dois tubos, estes poderão girar durante a soldagem.

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Processos de Soldagem

Na soldagem de linhas de dutos e tubos, poderão ser empregados os

processos de soldagem manual com eletrodo revestido e a soldagem com proteção gasosa.

Para a soldagem na obra, a solda manual na vertical descendente com eletrodo celulósico é

largamente utilizada. Na soldagem de tubos de alta resistência, o eletrodo de baixo

hidrogênio é utilizado na posição vertical descendente. A solda vertical ascendente não é

muito utilizada, devido ao seu baixo rendimento, porém, é largamente utilizada na

soldagem de tubos de parede espessa e na soldagem em estações de bombeamento e

terminais das linhas de dutos fabricados no Japão.

Os processos semi-automáticos ou automáticos de soldagem com proteção

gasosa (GMAW) são largamente utilizados, e a solda manual automática com eletrodo de

tungstênio (GTAW) é aconselhável para o passe de raiz, para garantir a qualidade da raiz.

Os principais materiais para linhas de dutos são os aços carbonos e aços

de baixa liga. Caso outros tipos de materiais especiais sejam utilizados para fins igualmente

específicos, os processos e materiais de soldagem devem ser adequados a esses materiais.

Os materiais normalmente utilizados nas linhas de dutos são especificados

pelas normas JIS 3452 – 1976, G 3454 – 1976, G 3455 – 1976, G3457 – 1976, API 5L

(graus A, B) e 5LX (graus X42 até X70).

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Formato de Juntas

Exemplos típicos da geometria de juntas utilizadas na soldagem de linhas

de dutos são apresentados na figura abaixo. Em geral, para junta do tipo V simples, adota-

se um ângulo do chanfro de 30 (-0,+5) graus, e uma altura do trecho reto (nariz) de

1,6 (0,8mm. Na soldagem com proteção gasosa e eletrodo de tungstênio e na soldagem

automática com proteção gasosa, podem-se utilizar juntas com os tipos de geometria

apresentados a seguir.

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Preparação Anterior à Soldagem

Uma solda de qualidade só é obtida com a preparação adequada da junta

antes da soldagem. Esta condição nunca deve ser esquecida na soldagem circunferencial de

tubos.

Condições dos Chanfros

Os tubos, geralmente, são enviados para a obra com extremidades

chanfradas por meio de usinagem feita na fábrica de tubos. Antes da soldagem, é necessário

inspecionar o formato e as condições da superfície da junta, remover toda a ferrugem, tinta,

óleos, graxa e qualquer tipo de resíduo e, se necessário, efetuar reparos.

Para soldar um tubo e um membro com diferentes espessuras de parede,

como por exemplo na soldagem de um acessório, deve-se verificar, em primeiro lugar, o

alinhamento interno. Para se chanfrar um tubo na obra, deve-se utilizar um equipamento

especial de corte e, devem-se efetuar reparos, em caso de necessidade.

As tolerâncias dimensionais dos chanfros, bem como outros aspectos

pertinentes, deverão ser claramente especificados no procedimento a ser seguido durante a

soldagem dos tubos.

Alinhamento e Fixação

Na soldagem circunferencial, é muito importante o perfeito alinhamento,

para se conseguir uma soldagem satisfatória do passe de raiz, e uma boa fixação, para não

ocorrer em deslocamentos relativos. Desse modo, o desalinhamento é minimizado e

mantém-se uma correta abertura da raiz.

Para este propósito, são utilizados dispositivos internos ou externos. Do

ponto de vista da eficiência ou fixação, a fixação interna é superior, sendo utilizada na

construção de linhas de transmissão. A utilização dos dispositivos internos permite a

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omissão do ponteamento. Nesse caso, o dispositivo não deve ser removido, até que o passe

de raiz atinja uma certa extensão mínima.

A abertura de raiz é mantida com o auxílio de espaçadores. Esforços

exagerados não devem ser exercidos no alinhamento, nem tampouco o martelamento é

aconselhável.

Ponteamento

Na soldagem de tubos através de um só lado, os pontos tornam-se parte da

raiz solda. Por esta razão, a quantidade do ponteamento deve ser equivalente ou superior à

solda principal. A utilização de dispositivos internos para eliminação do ponteamento é

uma prática recomendável.

O número de pontos deve ser suficiente para prevenir o aumento de

desalinhamento ou o fechamento da abertura da raiz, devido a movimentos relativos dos

tubos durante a soldagem. Para a prevenção de trincas, recomenda-se também que as soldas

intermitentes de 2 a 5 cm de comprimento, de acordo com o diâmetro, sejam equi-

espaçadas ao longo de toda a circunferência a ser soldada.

É aconselhável não se efetuar a soldagem de acessórios temporários na

tubulação, porém, se isto for imprescindível, a soldagem deve ser executada com o insumo

de calor mínimo necessário, evitando-se cordões curtos e marcas de arco no tubo.

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A Operação de Soldagem

Passe na Raiz

O passe de raiz é executado apenas de um dos lados, aplicando-se

métodos e materiais que permitam obter um cordão com boa penetração.

1. Soldagem manual com eletrodo de baixo hidrogênio. A

soldagem vertical descendente que utiliza eletrodo de baixo

hidrogênio deve ser executada de maneira a se obter um cordão

de soda com penetração adequada. A soldagem vertical

ascendente com eletrodo de baixo hidrogênio, do tipo uranami,

é largamente empregada no Japão e permite uma grande

tolerância nas dimensões das juntas; este processo raramente

causa trincas no cordão soldado, devido à baixa corrente e à

baixa velocidade de soldagem, quando comparado com outros

processos. Exemplos de geometrias de juntas típicas e condições

da soldagem são apresentados anteriormente.

2. Soldagem manual com eletrodo revestido celulósico. Este ripo

de eletrodo tem sido amplamente utilizado em vários países. Os

eletrodos são classificados de acordo com a especificação E

6010, da AWS. A velocidade da soldagem é alta, alcançando

valores de 50 a 70 cm/min. Consequentemente, a garganta do

passe da raiz é pequena, e o segundo cordão, chamado de passe

quente (hot pass), é aplicado logo em seguida. O intervalo

máximo de tempo entre a execução do passe da raiz e do passe

quente deve ser especificado no procedimento de soldagem

correspondente. O passe da raiz efetuado na vertical

descendente com eletrodo de revestimento celulósico é uma

técnica consideravelmente diferente da soldagem

convencional, requerendo, portanto, um treinamento especial

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179

dos soldadores. A solda vertical ascendente, por sua vez, não

difere das outras técnicas usuais de soldagem para aquela

posição.

3. Soldagem com proteção gasosa – MAG. Na soldagem semi-

automática MAG, é utilizada uma atmosfera protetora formada

por uma mistura de gases de CO2 e argônio (Ar). A taxa de

deposição é maior que a do processo com eletrodos revestidos,

porém, requer soldadores mais treinados e melhor qualificados,

em comparação a este último processo. O passe de raiz é

executado, utilizando-se o processo de transferência por curtos-

circuitos. As extremidades do passe precedente devem ser, de

preferência, esmerilhadas. Para diminuir o número de uniões

entre passes, é conveniente utilizar os dispositivos internos de

fixação, em vez do ponteamento convencional. Recentemente, a

soldagem MAG automatizada começou a ser utilizada na

soldagem de linhas de dutos. Para aumentar a eficiência da

soldagem, as extremidades dos tubos são usualmente usinadas

com formatos especiais, de chanfro, por meio de uma máquina

de facetamento, para reduzir a área da seção da junta.

4. Soldagem com eletrodo de tungstênio –TIG. A soldagem com

proteção gasosa que utiliza eletrodo de tungstênio, geralmente,

é utilizada na união de tubos de aços ligas, aço inoxidável e

metais não ferrosos. Este processo, às vezes, é também utilizado

no passe de raiz de linha de dutos de aço carbono. Existem

métodos que utilizam ou não o metal de enchimento e o método

que emprega um anel de inserção. Exemplos de geometrias das

juntas para a utilização de anéis de inserção são apresentados

a seguir.

5. Cobre-juntas consumíveis e não consumíveis. Na soldagem de

tubos, pode-se utilizar um tipo de anel cobre-junta, embora não

seja prática comum em linhas de dutos. Para melhorar o

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formato do passe de raiz, cobre-juntas não-consumíveis, de

cobre e de fibra-de-vidro podem ser utilizados como meios

auxiliares na soldagem. Veja figura abaixo. Na utilização de

cobre-juntas de cobre, deve-se tomar cuidado para que o cobre

não se funda na poça do arco, diluindo-se no metal de solda, o

que pode provocar trincas.

6. Outros métodos de soldagem. O processo de soldagem por arco

submerso pode ser utilizado na união de dois tubos rotativos. Na

União Soviética, a soldagem a topo por descarga (flash welding)

é também empregada na soldagem de dutos. Além destes, a

soldagem a plasma e outros processos estão sendo utilizados,

atualmente.

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Passes de Enchimento e Passe de Acabamento

Executando-se o passe da raiz, a soldagem de tubulações apresenta poucas

dificuldades. Os materiais de soldagem são selecionados de acordo com o material do tubo.

A espessura de cada cordão de solda depende da posição da soldagem, e o número de

passes a serem depositados é ajustado pelos passes de enchimento.

O passe de acabamento, ou passe de cobertura, deve ser aplicado para se

conseguir a altura correta e o formato adequado do reforço da solda. No caso da soldagem

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com eletrodos revestidos, mesmo quando os passes de enchimento são corridos, o passe de

acabamento, normalmente, é com tecimento. Nesse caso, devem-se tomar os devidos

cuidados para não produzir mordedura excessiva.

Tratamento Térmico Antes e Após a Soldagem

Na soldagem de linhas de dutos que utilizam aço de alta resistência, pode

haver necessidade de pré-aquecimento, dependendo do material-base, das espessuras

envolvidas, do processo de soldagem e do material de enchimento. Quando se utilizam

eletrodos celulósicos, o pré-aquecimento, geralmente, é necessário. No caso de linhas de

dutos de aço doce, o pré-aquecimento normalmente não é necessário, exceto em ambientes

muito frios.

O tratamento térmico de pós-aquecimento não é empregado em linhas de

dutos, excetuando-se alguns casos especiais. Por exemplo, para se diminuir a dureza da

junta soldada, um pós-aquecimento deve ser aplicado imediatamente após a soldagem.

O pré-aquecimento, geralmente, é efetuado, utilizando-se queimadores

montados em um anel.

Ambiente e Altura Mínima do Solo para Execução da Soldagem

A soldagem não é executada sob chuva ou ventos fortes, a menos que

sejam tomadas precauções especiais. Para a soldagem com proteção gasosa, é necessário

proteger adequadamente o arco dos agentes externos.

Para a soldagem de dutos apoiados no solo, deve-se providenciar uma

folga mínima de 40 centímetros entre o solo e o tubo, permitindo um acesso adequado para

a soldagem. No Japão, a dimensão adotada é de 60 cm, no mínimo; para a soldagem dentro

de valetas, deve-se garantir espaço suficiente para o soldador trabalhar.

Outros Detalhes Pertinentes

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Os materiais dos flanges utilizados em linhas de dutos devem ter baixo

conteúdo de carbono, manganês etc., para permitir boa soldabilidade.

Além disso, os acessórios fabricados para serem utilizados nestas linhas

devem obedecer à desenhos e especificações que os tornem adequados às operações de

soldagem.

Qualificação de Soldadores e Operadores

A soldagem de tubos requer soldadores altamente qualificados para o

serviço, de modo que os exames de qualificação devem incluir a soldagem de tubos fixos,

horizontais e verticais.

Inspeções e Ensaios

Inspeções Antes da Soldagem

A geometria e as condições da superfície das juntas são inspecionadas e

verifica-se o alinhamento, a abertura da raiz, as condições de ponteamento etc. Os

soldadores e engenheiros de solda são responsáveis pela condução desta verificação inicial.

Inspeção Durante a Soldagem

Para cada cordão de solda, devem ser verificados o formato e a possível

presença de defeitos. Toda escória deve ser cuidadosamente removida e, na ocorrência de

defeitos, estes devem ser reparados de acordo com as necessidades.

Inspeção Visual

Defeitos superficiais, como mordeduras, protusões, porosidade etc., são

inspecionados juntamente com o exame do formato, dimensões e condições da superfície

do cordão, imediatamente após a soldagem, para se tornarem as providências necessárias,

no caso da existência de imperfeições.

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Ensaio Hidrostático e de Estanqueidade

A linha de dutos é ensaiada, para que se possa certificar da sua resistência

à pressão interna e, nessa ocasião, os vazamentos são também detectados. As condições e a

pressão do ensaio são determinadas de acordo com as normas e especificações adotadas.

Ensaios Não-destrutivos

Para o exame da região soldada das linhas de dutos, geralmente se

empregam os ensaios não-destrutivos. O exame radiográfico é o mais freqüentemente

utilizado. Por outro lado, a inspeção ultra-sônica também pode ser aplicada, sendo os níveis

de aceitação obtido das normas e especificações concernentes.

Defeitos na Soldagem

Dentre os defeitos possíveis de ocorrer em uma solda circunferencial, as

trincas, a falta de penetração extensa e a falta de fusão podem ocasionar acidentes após um

longo período de operação, ou causados pela influência do recalque de fundação, pelo

deslizamento do solo etc.

Por outro lado, as marcas de arco, a soldagem de pequenos acessórios na

tubulação etc. podem causar o endurecimento do material do tubo, ou mesmo o

aparecimento de trincas, que comprometem a linha de dutos. Os devidos cuidados devem

ser tomados, para se evitarem estes problemas.

A linha de duto poderá ainda sofrer as conseqüências da corrosão, ou da

corrosão sob tensão. Para atenuar estes efeitos, deve-se efetuar uma seleção criteriosa do

material-base, dos materiais de soldagem, das geometrias das juntas e das condições da

soldagem.

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Desempeno

Contração e Tensões na Soldagem

Durante a soldagem ocorrem temperaturas muito altas nas áreas limitadas

à zona de soldagem, e por esta razão, o material aquecido tende a se dilatar. A dilatação

normalmente é dificultada pelo material frio que envolve a zona de soldagem, de modo que

tensões de compressão nesta região apareçam. Durante o esfriamento, o material ao redor

da zona de soldagem tende a se contrair novamente, no entanto, isso será dificultado pelo

material frio que se encontra mais afastado e trabalha como uma barra de fixação. Uma

tensão de contração aparece por esta razão na peça, que age com muita força e provoca

dilatações e recalques, bem como contrações e deformações elásticas e plásticas. No

resfriamento porém, o cordão de solda propriamente dito também se encolhe em todo o seu

comprimento, largura e espessura, razão pela qual surgem forças de contração direcionadas

no sentido longitudinal e transversal do cordão. Por conveniência diferencia-se três sentidos

de movimento da contração relativas ao cordão de solda:

1. Contração transversal;

2. Contração longitudinal;

3. Contração relativa à espessura.

Estes três tipos de contração agem geralmente ao mesmo tempo, porém,

na maioria dos casos somente um dos três casos de contração tem significado prático, às

vezes dois, e raramente os três merecem atenção ao mesmo tempo.

Contração Transversal

A experiência ensina que toda junta soldada se contrai transversalmente

ao cordão durante o resfriamento. Denomina-se contração transversal ao comprimento

aquela que permanece após a contração total durante o resfriamento, sendo a medida

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original aquela existente antes da soldagem da junta. Esta, para cordões de solda de topo, é

de aproximadamente 0,6 a 3,3 mm conforme o tipo de soldagem, a largura e a espessura do

cordão de solda. Daí pode-se concluir que:

1. A quantidade de passes de solda não tem influência significativa

sobre a contração transversal;

2. Importante, entretanto, é a quantidade de calor fornecida em

relação à espessura do cordão de solda.

Já que a quantidade de calor aumenta com a largura do cordão de solda

para uma mesma espessura, deve-se escolher o menor ângulo de chanfro possível para

manter a contração transversal pequena.

Contração Angular

Uma forma especial da contração transversal é a contração angular, onde

um pequeno ângulo em relação ao plano de solda causa um pequeno movimento de rotação

em torno do cordão de solda. Este fenômeno é causado pela contração transversal dos

cordões de solda depositados na superfície. Quanto mais camadas são soldadas, maior é a

contração angular.

Contração Angular de Juntas em Ângulo

Cordões de solda de juntas em ângulo sobre chapas finas ou lâminas

provocam nestas peças uma dobra. Para se evitar este efeito, aplica-se, nos casos em que

seja possível, a soldagem intermitente, por exemplo, na fixação de nervuras em chapas

finas. O valor da contração angular de juntas em ângulo depende da espessura do cordão de

solda e da espessura da chapa. Quando a espessura do cordão de solda da junta em ângulo

for igual à metade da espessura da chapa, o que é muito comum em construções metálicas,

a contração angular será de aproximadamente 3 graus.

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Contração Longitudinal

As zonas sob influência térmica ao lado do cordão de solda têm também a

tendência de se dilatar no sentido do comprimento. A dilatação por calor, na região de

solda, é dificultada pelas partes frias da peça. Resulta daí um recalque e, no resfriamento,

uma contração, que, conforme o engastamento que o material vizinho provoca, resulta em

deformações ou tensões internas.

Ação Conjunta das Contrações Transversais e Longitudinais

As contrações ao longo do cordão de solda dependem do comprimento do

cordão, da velocidade de soldagem, do formato do cordão (ou da junta), e da execução da

soldagem. A abertura do chanfro aumenta ou diminui, podendo até ocorrer casos em que

não se pode continuar a soldagem. As deformações são o resultado da ação conjunta das

contrações transversais e longitudinais durante a soldagem.

Como medidas preventivas tem-se:

1. Pontear em intervalos determinados;

2. Aumentar a velocidade de soldagem;

3. Soldar a “passo de peregrino” ou com avanços intermitentes.

Prevenção Contra Empenos e Deformações

Medidas gerais:

1. Progressões angulares e no comprimento;

2. Pré-tensionar e fixar as chapas. No entanto a fixação só é

conveniente em chapas finas e para evitar empenos angulares.

Não é possível evitar empenos de vigas com isto. Quando se

junta diversas peças soldadas para formar um conjunto

soldado, deve-se primeiro soldar totalmente as peças

individuais, e depois ajustá-las antes de montá-las em um

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conjunto;

3. Escolher a seqüência de soldagem convenientemente.

Medidas Contra Contrações Transversais

1. Diminuir a aplicação de calor;

2. Efetuar a soldagem com vários passes;

3. Soldar a “passo de peregrino” ou com avanços intermitentes.

Medidas Contra Empeno Angular

1. Poucos passes;

2. Soldar em ambos os lados ao mesmo tempo ou alternadamente;

3. Utilizar junções de solda simétricas;

4. Aplicar uma pré-deformação angular em sentido contrário à

deformação angular de soldagem.

Tratamento Posterior

1. Desempeno a frio;

2. Desempeno a quente;

3. Desempeno a chama (maçarico).

Plano de Seqüência de Soldagem

A distribuição das tensões internas, bem como o tamanho e o tipo do

empeno dependem, além da forma do cordão de solda e da tecnologia de soldagem,

também da seqüência de soldagem. Dado que toda soldagem de cordão representa um

ponto de calor em movimento, é de significado decisivo para as contrações, deformações e

tensões na peça, o sentido em que este ponto se movimenta, a seqüência em que os diversos

cordões de solda ou trechos de cordões são combinados e a ação conjunta dos diversos

pontos de calor. Por este motivo, em construções soldadas complexas são preparados

planos de seqüência de soldagem. O plano de seqüência de soldagem determina onde e

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quando devem ser executadas as soldagens, de modo mais favorável, cordões de solda que

podem se influenciar mutuamente quanto a temperatura e tensões.

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Pré e Pós-aquecimento

A aplicação de um calor suplementar na peça antes ou depois da soldagem

pode ser uma parte muito importante dos procedimentos de soldagem. A elevação da

temperatura das peças de trabalho imediatamente antes da soldagem ou do corte é chamada

de pré aquecimento. A aplicação de um calor suplementar em uma junta soldada ou em

uma peça depois da soldada é chamada de pós aquecimento. Ambos podem ser aplicados

localmente na área de junção ou na peça inteira. Esses tratamentos são empregados no

corte e, particularmente, nas operações de soldagem, por várias razões dentre as quais as

mais importantes são:

1. Evitar trincas a frio nas zonas termicamente afetadas dos aços

temperados;

2. Aumentar a dureza da junta soldada e melhorar a sua

capacidade de resistir às condições adversas de serviço

envolvendo cargas de impacto ou baixas temperaturas;

3. Aliviar os efeitos do hidrogênio que penetra no metal de solda e

na zona termicamente afetada do metal de base;

4. Reduzir as tensões residuais (tensões internas devido à

contração, transformação de fase);

5. Minimizar contrações e distorções;

6. Produzir uma propriedade física ou mecânica particular no aço

no qual a soldagem é feita..

Certos aços-carbono e aços-liga são bastante sensíveis a taxas de

resfriamento e à temperatura final do resfriamento. A simples diferença de 100 graus na

temperatura do metal de base no início da soldagem, em certos casos pode determinar se a

soldagem será aceitável ou se aparecerá trincas. Enquanto por muitos anos o pré

aquecimento foi considerado necessário para assegurar uma junção aceitável, agora não

mais se trata da aplicação do pré aquecimento desse simples ponto de vista. Com alguns

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dos novos aços ligas, pré aquecimento pode ser prejudicial para as propriedades finais da

união se aplicada sem observar outras considerações térmicas.

Por algumas razões de ordem mecânica e metalúrgica, precisa-se ter

atenção especial com:

1. Temperatura inicial do metal de base – que será a temperatura

de pré aquecimento se for elevado a um valor acima da

temperatura ambiente;

2. A temperatura do metal de base durante a deposição do metal

de adição – que é chamada de temperatura de “interpasse”;

3. Qualquer tipo de ciclo térmico ou tratamento aplicado depois da

operação soldagem – que é o tratamento posterior. Por último,

pode-se também realizar tratamentos a temperaturas abaixo de

zero juntamente com tratamento a elevadas temperaturas.

O pré aquecimento envolve o aumento da temperatura do metal de base

acima da temperatura da vizinhança antes de soldar. A parte integral a ser soldada pode ser

pré aquecida ou, se for necessário pré aquecimento local, somente a vizinhança da junta a

ser soldada é aquecida. O tratamento posterior – que é aquecer a peça soldada

imediatamente após o término da soldagem – sob certas circunstâncias, pode ser substituída

pelo pré aquecimento. A temperatura de pré aquecimento requisitada depende da

composição do aço, da rigidez do metal de base que será soldado e do processo de

soldagem. As temperaturas convenientes para pré aquecer variam de 100 F a 1200 F.

A determinação correta da temperatura é uma parte importante da técnica

do pré aquecimento. A temperatura pode ser medida ou estimada por vários métodos.

Termômetros de superfície, giz colorido que muda de cor a temperaturas conhecidas e

bolinhas que se fundem a temperaturas conhecidas são alguns poucos métodos práticos.

Apesar de outros efeitos, é uma regra universal que o pré aquecimento

diminui a taxa de resfriamento após a soldagem. Para um dado conjunto de condições de

soldagem (corrente, velocidade de soldagem, etc.) as taxas de resfriamento serão mais

rápidas numa soldagem feita sem pré aquecimento do que com pré aquecimento. Quanto

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maior a temperatura de pré aquecimento, menor será a taxa de resfriamento depois que a

soldagem é completada. Alem disso, reduzindo o gradiente de temperatura, que é o

principal fator da taxa de resfriamento, pré aquecimento diminui a condutividade térmica

do ferro, que a 1100 F é somente a metade da sua condutividade à temperatura ambiente.

Baixa condutividade térmica resulta numa maior demora para que o calor se dissipe da zona

soldada, e a baixas taxas de resfriamento. Mais, um aumento da temperatura do metal de

base geralmente aumenta o superaquecimento da poça de fusão na soldagem a arco. Como

resultado, os passes depositados nas juntas pré aquecidas tendem a ser mais fluidos,

exibindo depois de resfriado uma superfície mais lisa ou mais côncava que os passes

depositados sem o pré aquecimento.

Aumentando o calor da peça na operação, o pós aquecimento reduz a taxa

de resfriamento e, se adequado, previne as zonas duras das martensitas.

Não tem uma diferença essencial entre pré aquecer ou pós aquecer a peça

uma vez que o pós aquecimento é aplicado antes da peça resfriar até a temperatura

ambiente; se a peça se resfriar, martensita pode se formar que é acompanhado por trincas,

cujo tratamento posterior ajuda a corrigir.

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Custos de Soldagem

Existem alguns critérios para se avaliar a eficiência de um processo de

soldagem. Dentre estes critérios, o fator de trabalho e a eficiência do consumível podem ser

citados.

Fator de trabalhotempo de arco aberto

tempo total. . (%)

. . .

.=

Eficiencia do consumívelpeso do metal depositado

peso do consumível utilizado. .

. . .

. . .=

Em relação ao fator de trabalho, tem-se:

1. Eletrodo revestido >> 25 - 30%

2. MIG/MAG/Arame tubular >> 40 - 45%

3. Arco submerso >> 50 - 55%

Já em relação à eficiência do consumível, os seguintes valores são

obtidos:

1. Eletrodo revestido >> 55 - 60%

2. Arame MIG/MAG >> 90 - 95%

3. Arame tubular >> 80 - 85%

4. Arame Arco submerso >> 98%

5. Vareta TIG >> 98%

Verifica-se a grande eficiência do processo através do arco submerso, o

que faz concluir que sempre que possível, a utilização deste processo é válida.

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A critério de ilustração, a seguir será feita uma comparação, em termo de

tempos e valores, entre a utilização da soldagem manual por arco voltaico ou soldagem

MAG para a soldagem de três peças.

1. Para a soldagem manual:

- Tipo do eletrodo >> RR6 2,5 x 350mm

- Corrente de soldagem >> 125 A

- Perda do coto >> 50mm

- Dispêndio do tempo para 3 peças >> retirada da escória e

limpeza = 13,5 min, dos quais o tempo líquido de soldagem =

5 min

- Dispêndio de material para 3 peças = 6,5 eletrodos.

2. Para a soldagem MAG:

- Tipo de aparelho >> Aparelho MAG 350 A

- Gás de proteção >> gás misto com 82% de argônio e 18%

de CO2

- Eletrodo-arame de 0,8mm

- Dispêndio do tempo para 3 peças >> tempo de preparação

+ tempo de limpeza = 2 min, e o tempo líquido de soldagem

= 1,8 min.

- Dispêndio de material para 3 peças = 90 g de eletrodo-arame

e cerca de 18l de gás misto.

- É soldado com 170 A até 180 A num avanço do arame de

13,2 m/min e com quantidade de gás de 10 l/m.

Verifica-se, do mostrado acima, que o processo MAG mostrou-se mais

eficiente haja visto que o tempo necessário para a realização do processo foi menor, além

da melhor qualidade deste processo.

A diminuição de custos tem início com a soldagem de um elemento

estrutural de construção. O quanto mais se conseguir diminuir o número dos cordões de

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solda num material, reduzir-se-á o custo da soldagem, o aporte térmico no elemento

diminuindo, com isso, a probabilidade da existência de defeitos e de tensões residuais. O

caminho que leva à diminuição dos cordões de solda pode conduzir à utilização de perfis

laminados, chapas dobradas ou a partes forjadas.

O custo por quilo de eletrodo atualmente é de cerca de US$ 2,5. Para

navios é comumente adotado que o peso da solda corresponde a cerca de 10% do peso do

navio. Com estas estimativas é possível a determinação do custo do material para a

soldagem ao qual deve ser adicionado o custo da hora trabalhada do soldador e o custo da

energia necessária.

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Segurança na Soldagem

Recentemente, as construções soldadas vem sendo empregadas em uma

ampla gama de estruturas metálicas em particular de aço, e, sendo assim, os acidentes em

serviços devidos a soldagem tendem a crescer. Embora não se limitem a soldagem, os

acidentes são causados principalmente pela falta de cuidados das próprias vítimas, pela

operação incorreto do aparelhamento, pelo uso impróprio dos equipamentos de proteção

etc. A maioria dos acidentes poderia ser prevenida. Assim, para evitar que eles aconteçam,

deve-se Ter conhecimento das medidas corretas a serem tomadas, para evitara ocorrência

de acidentes.

Acidentes Provocados por Radiação do Arco

Radiação Visível

Todos os raios visíveis são transmitidos através da córnea e do cristalino,

até atingirem a retina. Quando expostos a forte luminosidade, os olhos ficam muito

fatigados, perdendo muito de sua eficiência. No entanto, este fenômeno, geralmente, é

temporário. Entrementes, uma vez que os raios visíveis são refratados pelo cristalino, para

serem focalizados na retina, olhos expostos à luminosidade muito intensa podem sofrer

danos.

Meios de Proteção

Óculos

Os óculos, como primeiro requisito, devem ter capacidade de atenuação,

para enfraquecer apropriadamente o raios visíveis, e ter capacidade de absorver e barrar os

raios ultravioletas e infravermelhos. A cor dos óculos deve ser escolhida corretamente, de

acordo com os conceitos de fisiologia e do comportamento dos olhos. Óculos com alta

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pureza de cor, seja azul, vermelha ou violeta, não são recomendados, devendo-se dar

preferencia a óculos que transmitam uma faixa mais ampla do espectro. As cores mais

adequadas são cinza, a marrom e o verde escuro.

Máscaras

As máscaras são utilizadas para cobrir toda a face, e podem ser do tipo

capacete e do tipo movido a cabo, para serem seguradas com a mão. Elas servem para

proteger o rosto das queimaduras devidas à radiação ou a salpicos de solda nas partes não

protegidas pelo óculos.

Mesmo que os óculos e a máscara sejam utilizados, é difícil conseguir a

proteção completa dos raios vindos obliquamente, portanto, cuidados adicionais devem ser

tomados.

Para proteger os trabalhadores dentro da área de influência dos raios , o

ideal é isolar o local de soldagem. Entretanto, em situações em que este local de soldagem é

móvel , devem ser previstos divisões e anteparos adequados.

Acidentes Provocados por Choques Elétricos

Existem vários tipos de acidentes causados por choques elétricos,

podendo ocorrer, inclusive, casos fatais. Mesmo os choques fracos poderão causar outros

acidentes, como a queda do trabalhador de lugares elevados. Uma ação descuidada de um

trabalhador poderá causar, muitas vezes, graves acidentes em outros que se encontrem nas

proximidades.

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Precaução Contra Acidentes Causados por Choques Elétricos

Acidentes causados choques elétricos podem levar à morte, e medidas

devem ser tomadas para evitar. Sendo assim, ao menos os itens de segurança citados a

seguir devem ser estritamente observados:

1. Utilização de luvas e botas protetoras perfeitamente isoladas,

dispositivos para reduzir a voltagem também devem ser

previstos;

2. As vestimentas devem estar sempre secas; quando se usam

roupas molhadas de suor, aumenta a suscetibilidade aos

choques elétricos;

3. Os cabos devem ter seu isolamento em perfeito estado; os

alicates de solda também devem ser isolados eletricamente;

4. Os alicates não devem ser deixados no chão, mas sim, apoiados

em superfícies isolante ou então suspensos adequadamente;

5. A carcaça da máquina de solda deve ser isolada e aterrada

perfeitamente;

6. Na substituição do eletrodo deve-se tomar cuidado especial;

7. Ao finalizar o trabalho de soldagem, deve-se sempre desligar a

chave geral de alimentação da máquina de solda

Acidentes Provocados por Gases Tóxicos

Os gases venenosos gerados durante a soldagem são CO e CO2, além

destes, outros gases tóxicos são geralmente temporariamente pela decomposição térmica da

pintura antiferrugem, de detergentes à base de hidrocarbonetos clorados etc. Na soldagem a

arco com proteção gasosa, como o processo MIG ou MAG, a quantidade de gás gerado é

ainda maior quando se compara a outros processos exigindo-se cuidados especiais.

A influência sobre o corpo humano e os valores críticos para estes gases

são os que se seguem:

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1. Monóxido de Carbono: Na vizinhança do arco, o CO2 é

praticamente reduzido a CO. A contração decresce

sensivelmente, a medida que se afasta do arco. O monóxido de

carbono tem grande afinidade com a hemoglobina, reduzindo,

portanto, a capacidade de transmissão de oxigênio pelo sangue.

O valor limite para o CO é de 50 ppm. Um homem não pode ser

exposto a 400 ppm por mais de uma hora;

2. Dióxido de carbono: Existem cerca de 300 ppm de CO2 no ar e,

em um recinto fechado, a concentração é maior. Em geral, o CO2

não é considerado um gás venenoso por si só, mas existe o

perigo de sufocação por falta de oxigênio. Uma vez que o

dióxido de carbono é mais pesado que o ar deve-se tomar

especial cuidado quando se soldar em recintos fechados. O

valor limite para o dióxido de carbono é 5000 ppm.

Controle Ambiental

Ventilação

1. Ventilação Geral: A ventilação da oficina de soldagem deve ser

a mais ampla possível, utilizando-se, se necessário, ventiladores

e insufladores, em localizações adequadas.

2. Ventilação Local: A ventilação local pode ser de dois tipos:

aspiração imediata da fumaça de solda e gases na fonte

geradora, que são descarregados para fora da oficina, ou nos

casos em que a geração for em pequena escala, faz-se com que

os gases aspirados sejam filtrados novamente para o interior,

como ar limpo. O ideal é aspirar a fumaça na fonte, antes que

se difunda. Os pontos- chave deste sistema são a forma e o

método de instalação do bocal de sucção.

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Protetores de Gases e Fumaça:

A fumaça e o gases gerados na soldagem a arco devem ser removidos

pela ventilação mencionada, para preservar o ambiente de trabalho, mas, dependendo do

tipo de trabalho, não se pode aplicar a ventilação. Em tais casos, as máscaras devem ser

utilizadas.

1. Respiradores que Retêm a Poeira: estes devem ser usados se

trabalha em ambiente carregados de fumaça e pó, mas são

ineficazes com respeito a substancias gasosas. Não devem ser

usados houver risco de oxigênio. Os respiradores podem ser do

tipo direto, ou do tipo separado, e devem ser escolhidos com o

ambiente de trabalho.

2. Respiradores para Prevenir Gases Venenosos: Em espaços

fechados, como num tanque ou num túnel, respiradores como

para gases venenosos devem ser utilizados. Eles deverão ser

escolhidos de modo anão incompatibilizarem com os óculos

eventualmente empregados.

Acidentes Provocados por Salpicos e Escórias

Durante a soldagem , são poucos os acidentes que ocorrem por causa de

salpicos, mas, após a soldagem, durante a limpeza das zonas soldadas, fragmentos de

escórias podem atingir os olhos, inflamando-os. Portanto os óculos de proteção devem ser

usados pelos soldadores.

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Luvas Protetoras

As luvas de proteção devem ser, preferencialmente de couro e de raspa de

couro.

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Simbologia Relativa à Soldagem

A fim de garantira a execução correta e o cumprimento do nível de

qualidade requerido para uma junta soldada, o projetista deve dispor de meios racionais e

concisos para transmitir as instruções necessárias ao soldador. Os símbolos referentes à

solda foram então introduzidos para suprir aquele canal de comunicação; através deles, o

soldador pode obter as informações concernentes ao formato da junta, ao método de

soldagem, à aparência e ao acabamento do cordão, ao seu comprimento, etc. Existem várias

normas internacionais para os símbolos referentes à soda, dentre as quais se destacam as da

AWS, JIS, BS, DIN, etc. A ABNT possui também suas especificações, a norma P-TB-

2/1962. Pela conveniência da universalização da simbologia referente à solda, a ISSO

(Organização Internacional de Padrões) realizou um extenso trabalho de padronização cujos

resultados são mundialmente conhecidos. Recorda-se, neste particular, que a própria JIS

baseou sua padronização na AWS e implementou-a com normas de outras especificações

conhecidas.

A simbologia relativa à solda é composta de símbolos básicos e símbolos

suplementares, sendo ambos indicados em uma linha de referência. A fim de assegurar o

desempenho de uma junta soldada, muitas vezes, é necessário especificar a realização de

ensaios não-destrutivos, o que é efetuado por meio de uma simbologia especialmente

desenvolvida para representar os ensaios em referência. Assim, através da utilização

adequada da simbologia referente à solda e aos ensaios, garante-se a integridade da junta a

ser executada.

Símbolos Básicos

A simbologia básica referente à solda divide as juntas em quatro tipos

fundamentais, englobando a soldagem com chanfro, a soldagem de filete, outros tipos de

soldagem a arco elétrico e a soldagem por resistência. Os símbolos utilizados na soldagem

com chanfro depende do formato do chanfro e, na soldagem por resistência, dependem de

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seu tipo como a soldagem por pontos e por costura. A tabela abaixo apresenta os símbolos

básicos especificados pela norma JIS. Os símbolos podem ser executados, na prática, por

meio de um esquadro e alguns gabaritos apropriados. Os formatos dos símbolos, bom como

seus detalhes, estão nas especificações correspondentes.

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Símbolos Suplementares

Os símbolos suplementares são empregados para detalhar ou explicar

alguma característica do cordão, como sua aparência, seu acabamento, etc. Como o próprio

nome indica, eles suplementam os símbolos básicos, sendo geralmente apresentados na

cauda ou junto à linha de chamada da linha de referência. A tabela abaixo apresenta os

símbolos suplementares segundo a norma JIS que são bastante semelhantes aos

especificados pela AWS.

Representação dos Símbolos

A representação dos símbolos referentes à solda, segundo as normas da

AWS e da JIS, é efetuada segundo as regras básicas enumeradas a seguir:

- Os símbolos relativos à solda deverão indicar, basicamente, o tipo de

junta a ser utilizado na união de dois membros estruturais, exceto nos

casos de cordões depositados ou soldagem de enchimento;

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- Os símbolos deverão ser indicados na linha de referência, juntamente

com as dimensões da união soldada;

- A linha de descrição deve ser composta pelas linhas de

referência e de chamada, esta última terminando em seta e

indicando onde a união será efetuada. A linha de referência

deverá ser reta e, de preferência, horizontal, podendo ser

terminada pela cauda. A linha de chamada, por sua vez, deverá

formar um ângulo de 60 graus em relação à linha de referência,

podendo, no entanto, ser reta ou quebrada, conforme a

necessidade. Deverá ainda possuir a seta em sua extremidade,

conforme foi indicado anteriormente;

- Os símbolos e dimensões devem ser indicados bem junto à linha

de referência, sendo colocados sob esta linha nos casos em que

a solda é executada pelo lado da seta, ou sobre a linha de

referência nos casos em que a solda é executada pelo lado

oposto ao indicado pela seta;

- Os símbolos suplementares, indicativos, por exemplo, de

soldagem no campo, soldagem em todo o contorno, etc, devem

ser apresentados na interseção da linha de referência com a

linha chamada;

- Quando for necessário haver uma identificação especial

referente ao processo de soldagem ou a outra informação

semelhante, ela deverá ser colocada na cauda da linha de

referência;

- A localização padronizada dos símbolos referentes à solda e às

dimensões da junta soldada é indicada abaixo.

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Exemplos de Utilização dos Símbolos de Solda

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Glossário

Este glossário tem por finalidade definir os termos e expressões técnicas

usadas em soldagem.

Alma do eletrodo: Núcleo metálico de um eletrodo revestido.

Bolha ou poro: Vazio encontrado numa solda, causado por gases

dissolvidos no material em fusão ou formados por reações

químicas antes da solidificação total da poça de fusão.

Borda de cordão de solda: Linha de separação entre a superfície do

cordão de solda e a do metal de base.

Camada: Depósito de material obtido em um ou mais passes num

mesmo nível.

Chanfro: Corte efetuado nas bordas das peças a soldar, podendo ter

vários formatos.

Cobre-junta ou mata-junta ou contra-chapa: Material usado como

apoio, atrás da junta, durante a soldagem, que tem a finalidade de

reter o material de fusão e de se obter uma boa raiz de solda. O

cobre-junta pode permanecer ou ser removido após a soldagem.

Comprimento do arco: Distância medida no eixo do eletrodo, desde

a extremidade da alma até a superfície do material liqüefeito

depositado.

Cordão de solda: Material depositado em um ou mais passes.

Entende-se como cordão, a solda executada num só lado da junta

Cordão orientado: Soldagem na qual os trechos do cordão de solda

são inicialmente espaçados uns dos outros vindo a ser unidos

posteriormente.

Corrente de soldagem: Intensidade da corrente que circula pelo

eletrodo, na realização de uma soldagem.

Cratera: Cavidade formada pelo arco voltáico no momento de sua

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extinção.

Diâmetro do eletrodo: Diâmetro da alma do eletrodo revestido ou da

vareta metálica (ou fio) quando o eletrodo for nu.

Diluição: É a proporção na qual o metal de base entra na

composição da zona fundida.

Eixo da solda: Lugar geométrico dos centros de gravidade das

seções transversais da solda.

Eletrodo consumível: Vareta ou rolo de fio de metal, revestido ou

não, que fundido, constitui o metal de adição.

Eletrodo não-consumível: Eletrodo metálico ou não, usado com o

propósito de abrir um arco voltáico, produzindo calor para a

soldagem.

Eletrodo nu: Eletrodo não revestido.

Eletrodo para soldagem elétrica: Eletrodo consumível ou não,

utilizado em soldagem elétrica.

Eletrodo revestido: Eletrodo possuindo material de revestimento

para melhorar as condições do arco e do metal depositado.

Escória: Resíduo não-metálico proveniente da operação de

soldagem.

Fase de uma solda: Superfície oposta à raiz de uma solda.

Fluxo: Substância gasosa ou sólida-fundente que tem por finalidade

melhorar as condições elétricas, físicas e metalúrgicas da

soldagem.

Fresta: Espaço deixado entre as frestas a serem soldadas.

Garganta: Ângulo plano de uma junta.

Grau de deposição: Eletrodo fundido por hora.

Inclusão de escória: Material não-metálico encontrado no interior de

uma solda.

Junta: Região onde duas ou mais peças serão unidas por soldagem.

Junta de topo: Junta em que, numa seção transversal, os

componentes a soldar possuem espessuras semelhantes e

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encontram-se aproximadamente num mesmo plano.

Junta de ângulo: Junta em que, numa seção transversal, os

componentes a soldar apresentam-se sob forma de um ângulo.

Junta sobreposta: Junta formada por 2 componentes a soldar, de tal

maneira que suas superfícies sobrepõe-se.

Junta de aresta: Junta em que, numa seção transversal, as bordas

dos componentes a soldar formam aproximadamente um ângulo

de 180 graus.

Leito ou cama de fluxo: Camada de fluxo colocada atrás da junta

durante a soldagem pelo processo “arco submerso” que tem a

finalidade de reter o material em fusão.

Metal de adição: Material adicionado, em estado de fusão, durante

um processo de soldagem.

Metal de base: Material da peça que sofre um processo de soldagem.

Metal de depositado: É a parte do metal de adição que, num

processo de soldagem, não sofreu influência do metal de base.

Mordedura: Reentrância no metal de base que pode aparecer ao

longo da borda do cordão de solda.

Nariz: Parte não chanfrada de um componente de junta.

Normalização: Tratamento térmico que consiste no aquecimento

controlado da região da solda à temperatura de austenitização,

até que haja homogenização, seguido de um resfriamento ao ar

calmo, a fim de se obter um refinamento de grão.

Operador: Pessoa que executa um processo de soldagem

automática, manobrando a máquina que mantém o arco elétrico e

as demais condições térmicas necessárias à execução de uma

solda.

Passe: Depósito de material obtido pela progressão sucessiva de

uma só peça de fusão.

Passe descontínuo: Técnica de soldagem na qual trechos iguais de

solda são depositados a intervalos regulares. Pode-se ter:

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1. Passe descontínuo coincidente;

2. Passe descontínuo intercalado.

Passe à ré: Soldagem no qual os trechos do cordão de solda são

executados em sentido oposto ao ,da progressão da soldagem, de

forma que cada trecho termine no início do anterior, formando,

ao todo, um único cordão.

Passe estreito ou filete: Depósito efetuado, seguindo a linha de

solda, sem movimento lateral.

Passe oscilante: Depósito efetuado com movimento lateral do

eletrodo.

Penetração de solda: Distância da superfície original do metal de

base ao ponto em que termina a fusão, medida

perpendicularmente à mesma.

Perna de um cordão de solda:

1. Em solda de ângulo: comprimento dos catetos do maior triângulo

retângulo inscrito numa seção transversal do cordão.

2. Em solda de topo: espessura da peça mais fina, na junta soldada.

Não se leva em conta o excesso de solda depositada como reforço.

Poça de fusão: Zona em fusão, a cada instante, durante a soldagem.

Polaridade direta (eletrodo negativo): Tipo de ligação para

soldagem com corrente contínua, onde os elétrons deslocam-se

do eletrodo para a peça.

Polaridade inversa (eletrodo positivo): Tipo de ligação para

soldagem com corrente contínua, onde os elétrons deslocam-se

da peça para o eletrodo.

Porosidade: Agregado de poros ou bolhas.

Pós-aquecimento: Aquecimento da região soldada subseqüente a

uma operação de soldagem ou corte a quente.

Pré-aquecimento: Aplicação de calor ao metal a ser soldado,

imediatamente antes da operação de soldagem, a fim de se obter

uma temperatura adequada à operação.

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Raiz da solda: Ponto mais profundo do cordão de solda, em uma

seção transversal.

Recozimento: Tratamento térmico que consiste no aquecimento

controlado de uma junta ou conjunto soldado até acima da

temperatura de transformação, para completa austenitização,

seguido de um resfriamento lento.

Recozimento para alívio de tensões: Tratamento térmico que

consiste no aquecimento controlado de uma junta ou conjunto

soldado até abaixo da temperatura de início de transformação,

permanecendo por um certo tempo, seguido de um resfriamento

lento.

Reforço de solda: Excesso de metal depositado nos últimos passes

(ou na última camada).

Revestimento do eletrodo: Fluxo que envolve a alma do eletrodo,

tendo finalidades elétricas, físicas e metalúrgicas.

Símbolos de solda: Representação gráfica dos tipos de junta,

cordões, natureza de soldagem, etc., a ser usada nos desenhos e

projetos.

Solda de aresta: Solda executada em uma junta de aresta.

Solda em ângulo: Solda de seção transversal aproximadamente

triangular, executada em juntas de ângulo e sobreposta.

Solda de tampão ou em fenda: Solda feita em um furo circular ou

não, situado em um dos componentes de uma junta sobreposta,

ligando este componente à parte de superfície do outro que está

acessível através do furo. O furo pode ser ou não preenchido

completamente.

Solda de topo: Solda executada em uma junta de topo.

Solda descontínua coincidente ou em cadeia: Solda em ângulo

usada nas juntas de cordões intermitentes (trechos de cordão

igualmente espaçados) que coincidem entre si, de tal modo que a

um trecho de cordão sempre se opõe outro.

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Solda descontínua intercalada ou em escalão: Solda em ângulo

usada nas juntas de cordões em “T”, composta de cordões

intermitentes que se alternam entre si, de tal modo que a um

trecho de cordão se opõe uma parte não isolada.

Soldabilidade: É a capacidade de um metal ser soldado sob

determinadas condições de fabricação, impostas a uma estrutura

adequadamente projetada e para um desempenho satisfatório nas

finalidades a que se destina.

Soldador: Elemento capacitado a executar soldagem manual e/ou

semi-automática.

Soldagem automática: Soldagem com um equipamento que executa

toda a operação, sem observação constante e nem ajuste do

controle por parte se um operador.

Soldagem manual: Processo no qual toda a operação é executada e

controlada manualmente.

Transbordo: Protuberância do metal da solda além da zona de

ligação e da borda do cordão de solda.

Zona afetada pelo calor: Porção do metal de base que não sofreu

fusão, mas teve suas propriedades mecânicas ou microestrutura

afetadas pelo calor da solda ou corte a quente.

Zona fundida: Região que sofre fusão durante uma soldagem.

Zona de ligação ou de transição: Limite entre a zona fundida e o

metal de base.