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Processo de Soldagem com Eletrodo Revestido Autores: Felipe Silveira Rodrigues * Hugo Turra Borges * Márcio Ney de M. Rodrigues * Maurício Iseki Ogasawara * Rafael Souza da Silva 10 de Junho de 2011 UNIFACS – UNIVERSI DEPARTAMENTO DE CURSO ENGENHARIA Disciplina: Fundição e Soldagem professor: Danilo Luna Salvador SUMÁRIO: 1. OBJETIVO:4 2. PROCESSOS DE SOLDAGEM: 4 SOLDAGEM: Denomina-se soldagem ao processo de união entre duas partes metálicas, usando uma fonte de calor, com ou sem aplicação de pressão.

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

Classicamente, a soldagem é considerada como um método de união, porém muitos processos de soldagem ou variações destes são usados para a deposição de material sobre uma superfície, visando à recuperação de peças desgastadas ou para a formação de um revestimento com características especiais. Diferentes processos relacionados com os de soldagem ão utilizados para o corte ou para o recobrimento de peças.

Diversos aspectos dessas operações de recobrimento e corte são similares à soldagem e, por isso, são abordados juntamente com A Solda é o resultado da operação de soldagem. Algumas definições de soldagem: “Processo de junção de metais por fusão. ” * “Operação que visa obter a união de duas ou mais peças, assegurando, na junta soldada, a continuidade de propriedades físicas, químicas e metalúrgicas. * “Operação que visa obter a coalescência localizada produzida pelo aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem aplicação de pressão e de metal de adição (AWS – American Welding Society). ” * “Processo de união de materiais baseado no estabelecimento, na região de contato entre os materiais sendo unidos, de forças de ligação química de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais. As principai 15 ligação química de natureza similar às atuantes no interior dos As principais vantagens da soldagem em relação a outros tipos de união são: * Juntas de integridade e eficiência elevadas; Grande variedade de processos; * Aplicável a diversos materiais; Operação manual ou automática; * Pode ser altamente portátil; * Juntas podem ser isentas de vazamentos; * Custo, em geral, razoável; * Junta não apresenta problemas de perda de aperto.

Porém, a soldagem também apresenta algumas limitações: ‘k Não pode ser desmontada; * Pode afetar microestrutura e propriedades das partes; * Pode causar distorções e tensões residuais; * Requer considerável habilidade do operador; * Pode exigir operações auxiliares de elevado custo e duração (Ex. : tratamentos térmicos); * Estrutura resultante é monolítica e pode ser sensível a falha otal.

Existem três grandes grupos de processo de soldagem: o primeiro se baseia na aplicação localizada de calor na região de união até a sua fusão e do metal de adição (quando este é utilizado), destruindo as superfícies de contato e produzindo a união pela solidificação do metal fundido; o segundo consiste em aquecer as peças localmente de modo a facilitar a deformação das superfícies de contato; e o terceiro engloba um grupo de processos de unlão que utillza um metal de adlção de ponto de fusão inferior ao do metal de base. ) Processos de Soldagem por Fusão ) Processos de Soldagem por Pressão ou por Deformação c) Brasagem Figura 02: Soldagem por Fusão. * Processos de Soldagem por Fusão Os processos de soldagem por fusão podem ser separados em subgrupos, por exemplo, de acordo com o tipo de fonte de energia usada para fundir as peças. Dentre eles, os processos de soldagem a arco elétrico são os de maior importância industrial na atualidade. Devido à tendência de reação do material fundido com os gases da atmosfera, a maioria dos processos de soldagem por fusão utiliza algum meio de proteção para minimizar essas reações.

A tabela abaixo mostra os principais processos por fusão e suas características principais, porém vamos abordar com detalhes o processo de soldagem com Eletrodo Revestido. Tabela 01 : Características do Processo de Soldagem por Fusão. * SOLDAGEM COM ELETRODO REVESTIDO: Também conhecido como SMAW – Shielded Metal Arc Welding, é um processo no qual a coalescência (união) dos metais é obtida pelo aquecimento destes com um arco estabelecido entre um eletrodo especial revestido e a peça.

O eletrodo é formado por um núcleo metálico (alma), com 250 a 500mm de comprimento, evestido por uma camada de minerais (argila, fluoretos, carbonatos, etc. ) elou ouros materiais (celulose, ferro ligas, etc. ) com um diâmetro total típico entre 2 e 8mm. A alma do eletrodo conduz a corrente elétrica e serve como metal de adição. O revestimento gera escória e gases que protegem da atmosfera a região que está sendo soldada e estabilizam o arco. O revestimento pode ainda conter elementos que são incorporados à solda, influenciando sua composição química e características metalúrgicas.

Figura 03: Região do arco na soldagem com eletrodos revestidos. Equipamentos: O equipamento básico para eletrodos revestidos. O equpamento básico para realizar o processo de Eletrodo revestido é bem simples, em comparação aos outros processos elétricos. Tais equipamentos são: * Fonte de energia * Alicate para fixação dos eletrodos * Cabos de interligação * Pinça para ligação à peça * Equipamento de proteção individual (EPI) * Equipamento para limpeza da solda Figura 04: Equipamento de soldagem com eletrodos revestidos. ) Fonte de Energia: O processo de eletrodo revestido pode ser feito com corrente continua ou com corrente alternada. No uso de corrente continua podemos utilizar tanto a polaridade direta (eletrodo negativo) quanto a polaridade reversa (eletrodo positivo). Entre as fontes para soldagem com este processo, o transformador para corrente alternada é a forma mais simples e barata, tanto no ponto de vista de investimento inicial como de operação e manutenção do equipamento. Ao usar corrente continua, duas configurações são comumente mais utilizadas: unidades geradoras ou transformadoras retificadoras.

A unidade geradora é utilizada com maior freqüência em locais com suprimento elétrico não adequado. Já as retificadoras tendem a ser preferidas pela sua operação com baixo ruído, baixo custo de operação e reduzida manutenção, devido a poucas partes moveis. Figura 05: Efeito do tipo de corrente na geometria da solda. b) Alicates para fixação dos eletrodos: Dois tipos de alicates para fixa ão são mais comumente utilizados, no formato de rmato de pinças. O PAGF 15 contra os contatos elétricos.

O segundo, aprisiona o eletrodo, tendo o principio parecido com a furadeira. c) Cabos de Interligação: Dois conjuntos de cabos são utllizados para interligação do quipamento, um que conecta o eletrodo a fonte elétrica e o outro, que faz papel de cabo terra, que retorna do equipamento a peça. Os cabos são normalmente feitos de fios de cobre ou alumínio entrelaçados e envolvidos por uma camada protetora isolante que deve ser resistente a abrasão e a sujeira. O diâmetro do cabo depende da potencia elétrica, do seu comprimento e do tipo de corrente utilizada. ) Pinça para ligação a peça: As pinças disponíveis no mercado são no formato de garras ou grampos. Estas são conectadas aos cabos de interligação (cabo terra). ) Equipamento de proteção individual (EPI): O equipamento de proteção individual tem como função proteger o operador. Consiste basicamente de: Capacete equipado com filtro de proteção a radiação – Roupas para proteção do corpo, incluindo aventais, jaquetas, mangotes, luvas e etc. Sapatos industriais. Figura 06: Equipamentos de Proteção Individual. Variáveis Elétricas e Operacionais: Diversas variáveis influenciam no processo de Soldagem por Eletrodo Revestido, como: Corrente de soldagem, velocidade de avanço, oscilação do eletrodo, dimensão do eletrodo e o ângulo o eletrodo em relação à peça. a) Corrente de Soldagem: A corrente de soldagem tem influencia direta nas características operatórias do processo, no aspecto do cordão e nas propriedades das juntas soldadas. Ela controla de forma direta a energia térmica relacionada ao arco elétrico.

A corrente pode ser cont a ou ambas. Na soldagem corrente pode ser continua, alternada ou ambas. Na soldagem com corrente alternada existe a tendência de ter uma maior instabilidade no arco elétrico, devido a mudança periódica da polarldade e a queda momentânea da corrente a valores róximos do zero, com isso, devemos ter cuidado ao soldarmos com determinados eletrodos revestidos. A intensidade da corrente determina a quantidade de taxa de deposição de material em dadas circunstancias fixa de soldagem.

Ela é também é o efeito mais importante no controle da penetração da solda, da largura, do reforço do cordão e da diluição do material. Por ter um efeito inversamente proporcional à velocidade de resfnamento da poça de fusão, a corrente de soldagem é um dos fatores limitantes para a produtividade do processo, em função do resfriamento não poder ser rápido ou lento demais. Outro cuidado que devemos ter ao ‘setar a corrente é a temperatura que o revestimento irá alcançar em função do mesmo poder sofrer degradação em altas temperaturas.

Normalmente os valores de corrente vêm evidenciados nas embalagens dos consumíveis, e estas, devem ser obedecidas a fim de evitar algum ‘desvio’ no processo de soldagem. b) Velocidades de Avanço. A velocidade de avanço é a segunda mais importante variáve operacional no processo de soldagem por eletrodo revestido, apesar de seu controle ser impreciso devido à maioria das vezes serem controlados manualmente. Aumentando a velocidade de vanço, diminuímos a altura e a largura do cordão, sendo assim grandezas inversamente proporcionais.

A velocidade de avanço deve ser escolhida a fim de deixar o arco ligeiramente a frente da poça de fusão. c) Oscilação do Eletrodo: A oscilação do eletrodo na hora da soldagem é necessária para obt obtenção de um cordão de solda com formato satisfatório. Com a aplicação desta técnica obtemos um cordão largo e de pouca espessura, comparado com um cordão continuo e uniforme. Um das implicações da aplicação da oscilação é que a velocidade de avanço diminui, aumentando assim a energia de soldagem. Uma oscilação mal feita acarreta em mordeduras e inclusão de escoria.

Existem 03 movimentos principais durante a soldagem com eletrodo revestido: * Movimento de Mergulho: avanço do eletrodo em direção ? poça de fusão, de modo a manter constante o comprimento do arco. ‘k Movimento de Translação: deslocamento do eletrodo e do arco ao longo da junta, com uma velocidade uniforme (velocidade de soldagem). * Movimento de Tecimento: deslocamento lateral do eletrodo em relação ao eixo da solda, utilizado para obter um cordão mais largo, fazer flutuar a escória, garantir a fusão das paredes do hanfro, e para controlar a poça de fusão, além de tornar mais suave o ciclo térmico de soldagem.

Figura 07: Exemplos de movimento de Tecimento. d) Dimensões do Eletrodo: O diâmetro de eletrodos normalmente disponíveis variam de 2 a 8 mm e 250 a 500 mm de comprimento. Os limites da dimensão do eletrodo normalmente é especificado de acordo com a habilidade do soldador e pela posição da soldagem. Para se obter eletrodos fora dessas dimensões, encomendas devem ser feitas. O diâmetro do eletrodo é um dos principais fatores limitantes do range de corrente elétrica de soldagem, pois ele controla a orrente por unidade de área de secção transversal da alma.

Ao reduzirmos demais a densidade de corrente elétrica (corrente por área) obtemos da alma. Ao reduzirmos demais a densidade de corrente elétrica (corrente por área) obtemos uma instabilidade do arco, se aumentar demais temos um aquecimento resistivo muito alto, podendo prejudicar a soldagem. Quando aumentamos o tamanho do eletrodo o arco elétrico fica aberto por mais tempo. Pensando em produtividade devemos escolher o maior diâmetro de eletrodo utilizável, para que possa ser maximizada a taxa de deposição do material de adição.

O maior eletrodo tilizável é, por sua vez, influenciado pela posição de soldagem, espessura da chapa, formato do chanfro e junta, tipo de revestimento e penetração. e) Inclinação do Eletrodo: O ângulo do eletrodo em relação a peca é normalmente feito a fim de equalizar o fluxo térmico entre as partes soldadas, controlar o banho na poça de fusão e o formato do cordão. O posicionamento correto em relação à peça depende do tipo de espessura do revestimento do eletrodo, da geometria da junta, da posição de soldagem e da habilidade do soldador.

O posicionamento errado do eletrodo pode ocasionar defeitos no ordão. Figura 08: posições de Soldagem plana e Horizontal. Figura 09: Posições de Soldagem Vertical e de Filete. f) Consumíveis: Eletrodos revestidos consistem basicamente de dois elementos principais: a alma metálica e o revestimento. A alma metálica contem alguns elementos residuais, porem não podem possuir teor de fósforo e enxofre elevados em função deles creditarem uma fragilização no metal de solda.

A alma metálica normalmente é laminada a quente na forma de bobinas, que posteriormente é trefilado a frio até o diâmetro desejado, retificado e por fim cortado do tamanho adequado Os ingredientes do revestimento devem ser cuidadosamente pesados antes de mistur tamanho adequado. pesados antes de misturados a seco, para depois ser adicionado sllicato de sódio elou potássio. posteriormente, essa mistura é compactada e então alimenta uma prensa extrusora.

O revestimento, então, é extrudado sobre as varetas metálicas. Uma das verificações feitas após a fabricação do eletrodo é medida da espessura do revestimento e a concentricidade da alma do eletrodo. Figura 1 0: Eletrodo Revestido para soldagem a arco elétrico. g) Revestimentos: Os ingredientes que são usualmente utilizados nos evestimentos podem ser classificados, a grosso modo, como líquidos e sólidos. Os liquidos são geralmente o silicato de sódio e o silicato de potássio.

Os sólidos são pós ou materiais granulados que são encontrados na natureza, e necessitam apenas da diminuição do tamanho e da concentração para serem aplicados como revestimento. Outros materiais sólidos também são produzidos a partir de reações químicas, tais como ligas ou outros componentes químicos. As funções do revestimento são: ‘k Proteção do metal de solda: A função mais importante do revestimento é a proteger o metal e solda do oxigênio e do nitrogênio do ar quando ele esta sendo transferido através do arco e enquanto está no estado liquido.

Essa proteção garante o estado integro do metal de solda, fazendo com que ele fique livre de bolas de gás e tenha resistência e ductilidade adequada. Em altas temperaturas o oxigênio e o nitrogênio em contato com o ferro formam nitretos de ferro e óxidos de ferro que causarão fragilidade e porosidade no material. Revestimentos que geram gases e se decompõe normalmente são utilizados para criar uma atmosfera protetora em volta do arco de sold