Trabalho De Soldagem

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UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE – UNESC CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS CLEBER PEREIRA FENILI, LUIZ FERNANDO PINTO TIPOS DE SOLDAGEM CRICIÚMA, NOVEMBRO DE 2007 CLEBER PEREIRA FENILI, LUIZ FERNANDO PINTO TIPOS DE SOLDAGEM Trabalho apresentado à disciplina de Processos de Fabricação de Metais I, solicitado pela professora Dra. Ângela Beatriz Arnt. CRICIÚMA, NOVEMBRO DE 2007 SUMÁRIO "1 "04 " "INTRODUÇÃO........................................................" " "..................................................... " " "2 CARACTERÍSTICAS E CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE " " "SOLDAGEM.........................................................."06 " ".......................................................... " " "3 DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE "07 " "SOLDAGEM............................................... " " "3.1 Soldagem por resistência "07 " "elétrica.........................................................." " "................... " " "3.1.1 A "08 " "ponto............................................................." " "........................................................ " " "3.1.2 Por "09 " "projeção.........................................................." " ".................................................... " " "3.1.3 Por "09 " "costura..........................................................." " "..................................................... " " "3.1.4 Por "09 " "centelhamento....................................................." " "............................................... " " "3.2 Soldagem por arco "10 " "elétrico.........................................................." " "............................. " " "3.2.1 Por eletrodo "10 " "revestido........................................................." " "...................................... " " "3.2.2 Com proteção por gás e eletrodo não-consumível – Tungsten "11 " "Inert Gas (TIG)....... " " "3.2.3 A arco "12 " "plasma............................................................" " "............................................... " " "3.2.4 Com proteção por gás e eletrodo consumível – Metal Inert Gas" " "(MIG) e Metal Active Gas "13 " "(MAG)............................................................." " "............................................... " " "3.2.5 Arco "14 " "submerso.........................................................." " "................................................ " " "3.3 Soldagem "16 " "termoquímica......................................................" " "...................................... " " "3.3.1 Por hidrogênio "16 " "atômico..........................................................." " ".................................. " " "3.3.2 "17 " "Aluminotermia....................................................." " "..................................................... " " "3.3.3 Poroxi-gás ou "17 " "oxi-acetilênica..................................................." " "................................ " " "3.4 Soldagem por energia "19 " "radiante.........................................................." " "...................... " " "3.4.1 "19 " "Laser............................................................." " "............................................................ " " "3.4.2 Por feixe de "20 " "elétrons.........................................................." " "....................................... " " "3.5 Soldagem em fase "21 " "sólida............................................................" " "............................... " " "3.5.1 Por "21 " "forjamento........................................................" " ".................................................. " " "3.5.2 Por pressão a "21 " "frio.............................................................." " "........................................ " " "3.5.3 Por "22 " "difusão..........................................................." " "..................................................... " " "3.5.4 Por "22 " "Ultra-som........................................................." " "................................................... " " "3.5.5 Por "23 " "fricção..........................................................." " "...................................................... " " "4 CONSIDERAÇÕES "24 " "FINAIS............................................................" " "........................... " " " "25 " "REFERÊNCIAS......................................................." " "..................................................... " " 1 INTRODUÇÃO Soldagem é o processo de união entre duas partes metálicas, usando uma fonte de calor com ou sem aplicação de calor. A solda é o resultado desse processo. (BRANDI, pág.1, 1992). Existem três grandes grupos de processos dedicados à união dos materiais que são Soldagem, Brasagem e Solda Branda. Na soldagem, a união dos materiais é realizada através da fusão dos materiais em íntimo contato, pela fusão de ambos e adição de outro material fundido ou, ainda, simplesmente, por contato destes materiais nas fases sólida ou semi-sólida. Em geral, a soldagem provoca maior distorção no material base e normalmente não é utilizada sobre cerâmicos. A grande área de atuação da soldagem inclui os metais e suas ligas, devendo-se este fato à sua grande versatilidade e economia, além das excelentes propriedades mecânicas que as uniões assim obtidas apresentam. Apesar de possuir aparência moderna, a união de materiais já era praticada há cerca de quatro mil e oitocentos anos, nos vales dos rios Nilo e Tigre-Eufrates. A soldagem, tal como hoje é concebida, somente se desenvolveu no final do século XIX e realmente ganhou impulso nos últimos 60 anos. Durante o período da II Guerra Mundial (1939 a 1945), as técnicas de soldagem sofreram uma evolução muito grande, devido à fabricação de navios e aviões soldados. Hoje os processos de soldagem são utilizados para fabricar produtos e estruturas metálicas, aviões, veículos espaciais, navios, locomotivas, veículos ferroviários e rodoviários, pontes, prédios, oleodutos, gasodutos, plataformas marítimas, etc. A própria definição do que é uma solda tem sofrido alterações no tempo. Em meados da década de 50, a American Welding Society (AWS) definia solda da seguinte forma: "Solda: uma coalescência localizada de metal, onde a coalescência é produzida pelo aquecimento a temperaturas convenientes, com ou sem aplicação de pressão e com ou sem o uso do metal de adição. O metal de adição, ou possui ponto de fusão aproximadamente igual aos metais base, ou possui ponto de fusão abaixo daquele dos metais, mas acima de 800 °F". (AWS, 1958) Cerca de trinta anos mais tarde, a AWS publicou, na 8ª edição do Welding Handbook, repensou a definição do processo: "Solda: uma coalescência localizada de metais ou não-metais, produzida ou pelo aquecimento dos materiais até a temperatura de soldagem, com ou sem aplicação de pressão, ou pela aplicação de pressão somente, com ou sem o uso de metal de adição". (AWS, 1987) A elaboração deste trabalho tem como objetivo complementar a formação dos alunos, para que estes conheçam as principais técnicas de soldagem, em função da importância que o processo tem no ramo metalúrgico. 2 CARACTERÍSTICAS E CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM Os processos de soldagem, assim como outros processos de união de materiais, devem preencher, no mínimo, os seguintes requisitos: Fornecer energia para realizar a união (por fusão, pressão, difusão, etc.); Possuir mecanismos para remover contaminação das superfícies a serem unidas; Prevenir a contaminação atmosférica ou seus efeitos; Permitir que os mecanismos e fenômenos envolvidos sejam controlados. Há necessidade, portanto, que o controle da atmosfera seja correlacionado com o processo, sendo que os processos de soldagem podem ser definidos parcialmente pela origem da energia utilizada ou inter- relacionados com técnicas conexas. As fontes de energia empregadas nos processos de soldagem são: mecânica, química, elétrica e radiante. Fonte Mecânica: o calor é gerado por atrito, por ondas de choque ou por deformação plástica do material. Fonte Química: o calor é gerado por reações químicas exotérmicas. Exemplo: a queima de um combustível (chama) ou a reação de oxidação do alumínio. Fonte Elétrica: o calor é gerado pela passagem de corrente elétrica ou com a formação de um arco elétrico. Fonte Radiante: o calor é gerado por radiação eletromagnética (laser) ou por um feixe de elétrons acelerados através de um potencial. A soldagem pode ser feita sob vácuo, com gás inerte, gás ativo, fluxo (escória) e sem proteção. Os métodos que serão descritos a seguir foram escolhidos por serem os mais utilizados ou demonstrarem maior potencial de emprego. 3 DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM 3.1 Soldagem por resistência elétrica Soldagem por resistência elétrica é um método de soldagem por fusão e utiliza o calor produzido pela passagem da corrente elétrica num condutor, cuja fórmula é: I2 x R x t Onde: I é a intensidade da corrente; R a resistência do condutor e t o tempo de aplicação da corrente. Os métodos de soldagem por resistência - denominados projeção, costura e pontos - possuem origem e conceituação bastante similares. O principio básico desses processos, reside na passagem de corrente elétrica entre dois eletrodos não consumíveis que comprimem peças distintas. Assim, devido à maior resistência apresentada pelas interfaces em contato, ocorre fusão nesse local, formando a solda. Uma seqüência simples desses processos é a seguinte: Os eletrodos pressionam as chapas; Circula corrente elétrica durante tempo suficiente para que ocorra a fusão, formando o "ponto"; A corrente é interrompida, mas os eletrodos continuam a pressionar as chapas até que o metal de solda solidifique; Os eletrodos são, então, retraídos. Existem seqüências bem mais complexas, incluindo forjamento, além de pré e pós aquecimentos das chapas. A soldagem por resistência elétrica é utilizada em diversas atividades industriais, envolvidas na montagem de componentes com chapas relativamente finas. A indústria automobilística se destaca já que um automóvel pode possuir centenas de pontos, incluindo o tanque de combustível, que é geralmente soldado por costura. Os materiais normalmente soldados por resistência elétrica são aços carbono, inclusive os zincados, de baixa liga e inoxidáveis; além de cobre; níquel; alumínio; magnésio; titânio e suas ligas. 3.1.1 A ponto No processo de solda a ponto, a solda é realizada entre peças, geralmente sobrepostas, através da fusão local provocada pela passagem de corrente elétrica entre dois eletrodos (fabricados com ligas de cobre), que pressionam as superfícies das peças. O processo, em geral, tem ampla aplicação na fabricação de artefatos com chapas relativamente finas e, também, na indústria automobilística. Apresenta diversas vantagens sobre os outros meios mecânicos de união, tais como: rebites ou parafusos, pois, geralmente a estrutura resulta mais leve e o trabalho é realizado num menor período de tempo. Mas o método de soldagem por resistência elétrica a ponto também tem suas limitações, que devem ser consideradas antes de sua aplicação: Outros processos de soldagem (ou brasagem) com junta a topo podem ser mais econômicos e/ou acrescentar menos peso à estrutura, pois é necessária a sobreposição das peças para realizar os pontos. Uniões mecânicas podem ser mais práticas, caso a estrutura necessite desmontagem para inspeção ou manutenção. São relativamente baixas as propriedades mecânicas da junta, principalmente, a resistência à fadiga. O investimento no equipamento é geralmente mais alto do que naqueles para soldagem ao arco elétrico com eletrodo revestido. (MACHADO, p.255, 1996) 3.1.2 Por projeção A soldagem por projeção é muito similar à por ponto, principalmente, a fonte de potência e demais dispositivos de controle, sendo que a intensidade da corrente utilizada é geralmente menor. Este método é utilizado numa grande variedade de peças, geralmente, com geometrias mais complexas do que aquelas que podem ser soldadas por ponto ou em situações em que uma das peças foi estampada, forjada ou se deseja conectar elementos, tais com parafusos ou pinos numa outra superfície. Uma de suas mais importantes características é a habilidade de realizar várias soldas simultâneas, cujos locais são determinados exatamente pelas projeções. 3.1.3 Por costura Na solda por costura, geralmente através de eletrodos com a forma de discos que sofrem rotação, são produzidos diversos pontos que se sobrepõem, resultando numa junta extensa e continua (formando o que parece uma "costura"). Os pontos podem ser superpostos ou espaçados com o processo admitindo diversas variantes. Uma larga aplicação é na fabricação de tubos de parede fina, a partir de chapas calandradas, denominados "tubos com costura". Corrente de alta freqüência pode ser utilizada e ela tende a se concentrar na superfície da peça. Tubos são assim soldados, ocorrendo a circulação da corrente no "V" formado pelas peças nas bordas do objeto. 3.1.4 Por centelhamento As peças a serem soldadas são posicionadas de forma que uma permaneça fixa e a outra possa se deslocar axialmente. Ambas são conectadas a um potente transformador, com controles da intensidade e do tempo de aplicação da corrente, bem como do deslocamento da parte móvel e da força com que a mesma pressionará a fixa. A soldagem é iniciada com as superfícies sendo postas em contato sob baixa tensão elétrica e pressão. Então, as mesmas são imediatamente afastadas numa pequena distância, ocorrendo a formação de pequenos arcos com curto período. Esses arcos criam uma fina camada semi- fundida sobre a superfície. Essa operação é intermitente e rápida, sendo que parte do material que forma esses arcos é expelido violentamente (daí o nome centelhamento ou em inglês flash). Quando as superfícies se encontram aquecidas uniformemente, a parte móvel é pressionada sobre a fixa com grande força, sendo expelido todo o metal semi-fundido e a união é realizada. 3.2 Soldagem por arco elétrico Pode-se definir o arco elétrico como "a descarga elétrica mantida através de um gás ionizado, iniciada por uma quantidade de elétrons emitidos do eletrodo negativo (catodo) aquecido e mantido pela ionização térmica do gás aquecido". (BRANDI, p.9, 2000) No arco elétrico para a soldagem, a descarga elétrica tem baixa tensão e alta intensidade. 3.2.1 Por eletrodo revestido A soldagem com eletrodo revestido é definida como um processo de soldagem com arco, no qual a união é produzida pelo calor do arco criado entre um eletrodo revestido e a peça a soldar. Nesse processo, o arco elétrico ocorre entre um eletrodo revestido consumível e a peça, sendo assim estabelecida a poça de fusão. O eletrodo é formado pelo arame "alma", que é revestido concentricamente com uma massa composta de diversos minerais e produtos químicos. Os gases e a escória provenientes da composição deste revestimento protegem da atmosfera o metal fundido e, além disso, são os principais responsáveis pelas reações pirometalúrgicas que ocorrem sob uma temperatura maior que 6000 K. Sem dúvida alguma foi, devido ao eletrodo revestido, que a soldagem projetou-se como um dos mais importantes processos de fabricação, como conseqüência direta da sua extrema flexibilidade. (MACHADO, p.70, 1996) Esse processo é apropriado para a maioria das ligas metálicas, no mínimo, com os seguintes consumíveis disponíveis: aço ao carbono, de baixa liga, resistentes à corrosão e altamente ligados; ferros fundidos; alumínio; cobre e níquel. Entretanto, o procedimento não é adequado para ligas com ponto de fusão muito baixo (chumbo, estanho ou zinco), devido à intensa energia gerada pelo arco elétrico, nem para aquelas extremamente reativas (zircônio ou titânio) por não oferecer proteção à contaminação e/ou reação do metal fundido com os gases da atmosfera. (MACHADO, p.70, 1996) Para satisfazer aos mais diversos requisitos industriais, os eletrodos são produzidos com revestimentos diferentes, cujos compostos, quando combinados, conferem as mesmas propriedades que os tornam mais ou menos úteis para dada aplicação. 3.2.2 Com proteção por gás e eletrodo não-consumível – Tungsten Inert Gas (TIG) Este processo de soldagem é provavelmente mais conhecido no Brasil pela sigla em inglês TIG (Tungsten Inert Gas). Aqui, um eletrodo não consumível de tungstênio puro (ou composto com outros metais ou óxidos) gera um arco elétrico com a peça, que juntamente com a poça de fusão assim formada, é protegido da atmosfera por um gás inerte, geralmente argônio. (MACHADO, p.172, 1996) O modo de operação do TIG é geralmente manual, mas também encontra emprego nos modos semi-automático e automático, sendo utilizado para soldar juntas pela simples fusão dos materiais base envolvidos ou, também, com a adição de consumível. Nesse caso, o processo é realizado pelo soldador através da vareta ou contínua e automaticamente, com arame proveniente de uma bobina. Embora o conceito desse processo seja antigo, em 1919, foram realizadas as primeiras tentativas. O processo só se desenvolveu em torno de 1940 nos Estados Unidos para realizar soldas de alta qualidade sobre ligas de alumínio, aço inox e magnésio. O eletrodo utilizado era de carvão e operava em corrente contínua, sendo que ocorria superaquecimento da tocha e o gás de proteção era relativamente impuro. As dificuldades iniciais foram resolvidas e o processo TIG está muito bem estabelecido, sendo utilizado geralmente para soldar juntas com espessura de 0,2 a 0,8 mm, sobre materiais como aços inox e refratários; alumínio e suas ligas; magnésio; cobre; e níquel e suas ligas. Devido à sua pequena taxa de deposição (0,2 a até 2 kg/h), esse processo não é geralmente empregado para juntas espessas. Entretanto, existindo requerimento de alta qualidade, juntas de grande espessura podem ser soldadas completamente ou somente o passe da raiz realizado por TIG. (MACHADO, p.172, 1996) 3.2.3 A arco plasma O processo de soldagem plasma é uma extensão do processo de soldagem TIG, no qual a coluna do arco elétrico sofre uma constrição, obtida fazendo o arco passar através de um orifício de diâmetro reduzido e de parede fria (cobre refrigerado à água). O principio fundamental de geração do arco por plasma, atualmente utilizado para soldagem, corte, fusão e recobrimentos de superfícies metálicas, pode ser atribuído a Gerdien, que em 1923 trabalhou com arcos refrigerados com água para obter iluminação de grande intensidade. Desde 1955, o arco por plasma vem sendo investigado e as propriedades básicas da constrição do arco estabelecidas experimentalmente. (RELA, pág. 156, 1992) Apesar das excelentes características que as soldas produzidas por plasma apresentam, este processo não é muito divulgado no Brasil. (MACHADO, p.15, 1996) 3.2.4 Com proteção por gás e eletrodo consumível – Metal Inert Gas (MIG) e Metal Active Gas (MAG) A soldagem a arco com eletrodos fusíveis sobre proteção gasosa é conhecida pelas denominações de: MIG: quando a proteção gasosa utilizada for constituída de um gás inerte, ou seja, um gás normalmente monoatômico como Argônio ou Hélio e que não tem nenhuma atividade física com a poça de fusão; MAG: quando a proteção gasosa é feita com um gás dito ativo, ou seja, um gás que interage com a poça de fusão, normalmente CO2 - dióxido de Carbono; GMAW (abreviatura do inglês Gás Metal Arc Welding): é a designação que engloba os dois processos acima citados. Os dois processos MIG e MAG diferem entre si unicamente pelo gás que utilizam, uma vez que os componentes utilizados são exatamente os mesmos. A simples mudança do gás, por sua vez, será responsável por uma série de alterações no comportamento das soldagens. Esses gases, segundo sua natureza e composição, têm uma influência preponderante nas características do arco, no tipo de transferência de metal do eletrodo à peça, na velocidade de soldagem, nas perdas por projeções, na penetração e na forma externa da solda. Além disso, o gás também tem influência nas perdas de elementos químicos, na temperatura da poça de fusão, na sensibilidade à fissuração e à porosidade, bem como na facilidade da execução da soldagem em diversas posições. Os gases nobres (processo MIG) são preferidos por razões metalúrgicas, enquanto o CO2 puro é preferido por razões econômicas. Fica claro, portanto, que, na maioria das vezes, impossibilitados tecnicamente por um lado e economicamente por outro, acabamos por utilizar a mistura dos dois tipos de gás, como por exemplo, Argônio (inerte) com Oxigênio (ativo), Argônio com CO2 e outros tipos. As principais vantagens da soldagem MIG/MAG são: Processo semi-automático bastante versátil, podendo ser adaptado facilmente para a soldagem automática; O eletrodo nu é alimentado continuamente; A soldagem pode ser executada em todas as posições; A velocidade de soldagem é elevada; Taxa de deposição elevada devido à densidade de corrente alta na ponta do arame; Não há formação de escoria; Penetração de raiz mais uniforme que no processo com eletrodo revestido; Facilidade de execução da soldagem. As principais limitações da soldagem MIG/MAG são: Maior velocidade de resfriamento por não haver escoria, o que aumenta a ocorrência de trincas, principalmente no caso de aços temperáveis; A soldagem deve ser protegida de correntes de ar; Grande emissão de raios ultravioleta; Equipamento de soldagem mais caro, mais complexo e menos portátil que o do processo com eletrodo revestido. (BRANDI, p.99, 2000) 3.2.5 Arco submerso Neste processo de soldagem, um arco elétrico é estabelecido entre o arame-eletrodo e o material a ser soldado, com a diferença que o arco permanece totalmente submerso em uma camada de fluxo, não sendo, pois, visível. Dessa forma, a solda se desenvolve sem faíscas, luminosidades e respingos, características dos demais processos de soldagem com arco aberto. (PARANHOS, p.133, 2000) De acordo com o método de fabricação, os fluxos podem ser aglomerados ou fundidos. Os fluxos aglomerados, além das funções de proteção e limpeza do arco e metal depositado, funcionam também como um isolante térmico, garantindo uma excelente concentração de calor que irá caracterizar a alta penetração que pode ser obtida com o processo. Os fluxos aglomerados são constituídos de compostos minerais finamente moídos, como óxidos de manganês, silício, alumínio, titânio, zircônio ou cálcio e desoxidantes como ferro-silício, ferro-manganês ou ligas similares. Juntamente com esses elementos é adicionado um agente aglomerante, geralmente silicato de sódio ou de potássio. Os fluxos fundidos são constituídos dos mesmos ingredientes e fundidos em forno, formando um "vidro metálico" que, após o resfriamento, é reduzido a partículas granulares, com dimensões requeridas para assegurar as características apropriadas de soldagem. Na soldagem por arco submerso, a corrente elétrica flui através do arco e da poça de fusão, que consiste em metal de solda e fluxo fundidos. O fluxo fundido é, normalmente, condutivo (embora no estado sólido, a frio não o seja). Em adição a sua função protetora, a cobertura de fluxo pode fornecer elementos desoxidantes e, em solda de aços-liga, pode conter elementos de adição que modificariam a composição química do metal depositado. Durante a soldagem, o calor produzido pelo arco elétrico funde uma parte do fluxo, o material de adição (arame) e o metal de base, formando a poça de fusão. A zona de soldagem fica sempre protegida pelo fluxo escorificante, parte fundido e uma cobertura de fluxo não fundido. O eletrodo permanece a uma pequena distância acima da poça de fusão e o arco elétrico se desenvolve nesta posição. Com o deslocamento do eletrodo ao longo da junta, o fluxo fundido sobrenada e se separa do metal de solda líquido, na forma de escória. O metal de solda, que tem ponto de fusão mais elevado do que a escória, se solidifica enquanto a escória permanece fundida por mais algum tempo. A escória também protege o metal de solda recém-solidificado, pois este é, ainda devido a sua alta temperatura, muito reativo com o Nitrogênio e o Oxigênio da atmosfera tendo a facilidade de formar óxidos e nitretos que alterariam as propriedades das juntas soldadas. Com o resfriamento posterior, remove-se o fluxo não fundido (que pode ser reaproveitado) e a escória (relativamente espessa, de aspecto vítreo e compacto e que, em geral, se destaca com facilidade) através de aspiração mecânica ou métodos manuais. O fluxo é distribuído por gravidade. Fica separado do arco elétrico, ligeiramente à frente deste ou concentricamente ao eletrodo. No arco submerso, esta separação permitirá que se utilize diferente composição fluxo-arame, podendo com isto selecionar combinações que atendam especificamente um dado tipo de junta em especial. Outra característica do processo de soldagem por arco submerso está em seu rendimento, pois, praticamente, pode-se dizer que não há perdas de material por projeções (respingos). Possibilita também o uso de elevadas correntes de soldagem (até 4000 A) o que, aliada às altas densidades de corrente (60 a 100 A/mm2), oferecerá ao processo alta taxa de deposição, muitas vezes, não encontrada em outros processos de soldagem. Estas características tornam esse processo econômico e rápido em soldagem de produção. Em média, gasta-se com este procedimento cerca de 1/3 do tempo necessário para fazer o mesmo trabalho com eletrodos revestidos. As soldas realizadas apresentam boa tenacidade e boa resistência ao impacto, além de excelente uniformidade e acabamento dos cordões de solda. O processo apresenta alta taxa de deposição, ou seja, grande massa de metal depositada por unidade de tempo. E é utilizado na maioria das ligas ferrosas e em algumas não-ferrosas, sendo automático ou, raramente, semi- automático. No Brasil, a soldagem ao arco submerso é utilizada amplamente na indústria de equipamentos metálicos como tubos, navios, perfis, plataformas marítimas, trocadores de calor e toda série de equipamentos pesados, bem como na recuperação de peças, como cilindros de laminação e peças rodantes de tratores. (PARANHOS, p.133, 2000) A maior limitação deste processo de soldagem é que não permite a soldagem em posições que não sejam a plana ou a horizontal. Ainda assim, a soldagem na posição horizontal só é possível com a utilização de retentores de fluxo de soldagem. 3.3 Soldagem termoquímica Este é um método de soldagem que utiliza o calor gerado por reações químicas, produzidas por compostos nos três estados da matéria. 3.3.1 Por hidrogênio atômico O calor para fundir as peças é gerado pela dissociação do hidrogênio, quando este gás passa através de um arco elétrico, geralmente formado entre dois eletrodos não-consumíveis. Essa reação é endotérmica, mas quando o gás é dissociado encontra a superfície das peças e resfria, os átomos do mesmo se recombinam e o calor anteriormente absorvido é liberado. A temperatura da chama assim formada é maior do que a oxi-acetilênica, com quantidade de calor sendo aproximadamente igual. Devido principalmente aos problemas de segurança desse gás (perigo de explosão) seu uso é atualmente muito restrito. (MACHADO, p.12, 1996) 3.3.2 Aluminotermia Nesse processo, óxidos com baixa energia de formação são misturados a agentes metálicos redutores (normalmente, o Alumínio) que oxidados possuem alta energia de formação. O excesso da energia de formação da reação é utilizado para fundir ligas metálicas adicionadas no mesmo local, assim o material fundido é vazado entre as partes a soldar. O cadinho contém alumínio, o óxido do metal desejado e, usualmente, elementos de liga para melhorar as propriedades mecânicas. Como a reação não iniciará com temperatura menor do que cerca de 1300 °C (em aços), um composto especial (que pode ser magnésio) e que sofre fácil ignição é utilizado para ativá-la. O material é vazado na junta, que se encontra envolta num molde. Como o banho está superaquecido, parte do metal base também funde e a solda estará completa em um ou dois minutos. Esse processo é tipicamente empregado na união de trilhos, cabos de cobre ou cobre em aço. (MACHADO, p.12, 1996) 3.3.3 Por oxi-gás ou oxi-acetilênica Todos os metais e ligas comercialmente conhecidas fundem em temperaturas abaixo dos 4000 ºC e, especialmente, as ligas de aço, que são a maior utilização do processo oxi-acetilênico, na faixa de 1500 ºC. Assim, mostrou-se viável a execução de soldagens através das temperaturas e poder calorífico desenvolvidos pela combustão dos diversos gases. O processo de soldagem oxi-gás é um dos mais antigos processos de fusão. Em termos industriais, pode-se apontar os períodos e os responsáveis pelos desenvolvimentos mais significativos: 1837: Desbassyns de Richamond descobre a chama aéro-hídrica; 1893: Linde obtém Oxigênio da liquefação do ar; 1894: Jottrand executa a primeira soldagem industrial com a chama oxi- hídrica; 1895: Le Chatelier inventa o maçarico oxi-acetileno; 1903: Fouché e Picard desenvolvem a tocha de soldagem. O equipamento utilizado na soldagem oxi-acetilênica tem um custo relativamente baixo. É normalmente portátil e tem a vantagem de poder ser utilizado como equipamento auxiliar em outros processos de solda, especialmente, para pré-aquecimento nos processos de eletrodo revestido e arco-submerso, sendo assim extremamente versátil. O processo baseia-se na fusão do(s) metal(is) de base e eventualmente a fusão de um material de adição que é adicionado na junta que está sendo soldada, com a utilização de uma chama proveniente da queima de uma mistura de gases. Estes gases passam por um dispositivo cuja função é dosá-los na proporção exata para a combustão e levá-los até a extremidade onde ocorre a chama. A combustão do acetileno ocorre em duas etapas: a combustão primária, na qual somente o oxigênio do cilindro participa da reação e a combustão secundária, cuja reação ocorre com a participação do ar atmosférico. Para volumes iguais de acetileno e oxigênio, as reações são as seguintes: Combustão primária: C2H2 +O2 ( 2CO + H2 Combustão secundária: 2CO + H2 + 3/2( O2 + 4N2 ) ( 2CO2 + H2O + 6N2 A primeira combustão é parcial, gerando uma atmosfera redutora. A segunda equação completa a combustão, gerando uma atmosfera oxidante com menor temperatura, uma vez que o nitrogênio do ar entra na reação apenas para retirar calor e essa região da chama possui maior seção transversal. (BRANDI, p.180, 2000) As chamas possuem duas partes: dardo e penacho. Na primeira, ocorre a combustão primária e, na segunda, a combustão secundária. As características da chama dependem da relação entre o combustível (acetileno, hidrogênio, propano ou GLP) e o comburente (oxigênio). O tipo da chama pode variar (neutra, redutora, oxidante) de acordo com a relação de consumo, ou seja, a razão entre os volumes do comburente e do combustível na zona de combustão primária. Aplica-se a chama neutra (com penacho longo e com dardo brando, brilhante e arredondado) em aços; cobre e suas ligas (exceto latão) e níquel e suas ligas. A chama redutora (com penacho esverdeado, com véu branco circundando o dardo e chama menos quente) é utilizada em soldagens de revestimento duro, ferro fundido, alumínio e chumbo. A chama oxidante (com penacho azulado ou avermelhado; mais curto e turbulento; com dardo branco, brilhante, pequeno e pontiagudo; cuja chama é mais quente e possui um ruído característico) é usada em aços galvanizados, latão e bronze. Os pontos positivos do processo oxi-acetilênico são: o baixo custo; equipamento portátil; não necessita de energia elétrica e permite o fácil controle da operação. Os pontos negativos são: exigência de um soldador hábil; tem baixa taxa de deposição; conduz a um superaquecimento e apresenta riscos de acidente com os cilindros de gases. 3.4 Soldagem por energia radiante São processos que possuem como característica principal uma altíssima densidade de energia, focada sobre o local específico da solda ou corte a ser realizado. 3.4.1 Laser A palavra LASER quer dizer Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação e pode ser utilizada em vários processos entre eles o de soldagem e corte, por apresentar uma alta densidade de potência, acima de 107 W/mm2. Um feixe LASER é uma radiação eletromagnética coerente e amplificada, podendo ocorrer em diversas freqüências. Ondas de uma energia "coerente" são uniformes no comprimento, muito bem colimadas e estão em fase na mesma direção (da largura) do feixe, permitindo que a alta densidade de energia seja alcançada. Na soldagem, o LASER apresenta vantagens de produzir muito pequenas Zona Fundida (ZF) e Zona Afetada pelo Calor (ZAC) no metal base. Assim, a tensão residual é reduzida produzindo pouca distorção. (MACHADO, p.13, 1996) Pontos positivos da soldagem a laser: solda realizada com baixa energia; altas propriedades mecânicas da junta; altíssimas velocidades de soldagem; facilidade de automização; possibilidade de operar em juntas de difícil acesso e de materiais dissimilares. Os pontos negativos: são necessários meios precisos e eficientes para posicionar a junta, pois as tolerâncias são muito estreitas; alto capital inicial quando comparado com os processos convencionais; devido às altas taxas de resfriamento, é possível ocorrer porosidade e formação de microestruturas frágeis na junta. Praticamente todos os materiais podem ser soldados ou cortados por LASER, incluindo a maioria dos metais e suas ligas, com ou sem atmosfera protetora, mesmo aqueles de alta refletividade, desde que exista suficiente densidade de potência para iniciar a fusão. Existe LASER a gás (CO2) com potência tão alta quanto 45 Kw, podendo soldar aços, com mais de 50mm de espessura. Essa tecnologia está avançando tão rapidamente, que se torna difícil saber qual o equipamento mais novo no mercado. (MACHADO, p.289, 1996) 3.4.2 Por feixe de elétrons Este processo utiliza energia gerada pelo impacto de elétrons sobre a superfície da junta para realizar a solda. Essas partículas são aceleradas por diferença de potencial e focadas numa área muito pequena, resultando em uma alta densidade de energia. (MACHADO, p.13, 1996) A junta é fundida em toda a sua espessura, geralmente sem metal de adição, formando a solda. Com sua atual tecnologia, o metal base pode ser tão fino quanto uma folha de papel, ou até aproximadamente 150mm em cobre; 250mm em aço e 450mm em ligas leves, com a solda apresentando excelentes características mecânico-metalúrgicas. Os pontos positivos são menor energia de soldagem; alta taxa de produção; possibilidades de soldar peças no estado final de acabamento; soldagem de difícil acesso, através da deflexão magnética do feixe. Pontos negativos da soldagem por feixe de elétrons: o choque dos elétrons contra a superfície da peça produz Raios-X; elétrons secundários e emissão termoiônica, por esta razão a câmara deve ser blindada contra radiações; o alto custo do equipamento e acessórios; as limitações dimensionais impostas pela câmara. Os materiais geralmente soldados pelo feixe de elétrons são todos os tipos de aços: alumínio, titânio, cobre, zircônio e suas ligas e outras combinações. (MACHADO, p.300, 1996) 3.5 Soldagem em fase sólida 3.5.1 Por forjamento Provavelmente o mais antigo processo nesse grupo. Consiste em aquecer as partes das peças que se quer soldar (geralmente de maneira rudimentar) seguindo-se o martelamento das regiões que são postas em contato. Desta forma, os óxidos superficiais são expelidos e os metais se deformam plasticamente, ocorrendo uma união metalúrgica. Também são utilizadas variantes do método, tais como soldar através de prensas ou matrizes de forjamento. A laminação de chapas formando sanduíche também é um eficiente procedimento para obter relativamente grandes superfícies revestidas por outro material. (MACHADO, p.10, 1996) 3.5.2 Por pressão a frio Realiza-se a solda pressionando as peças que serão unidas na temperatura ambiente. As superfícies em contato devem ser especialmente limpas. Os metais geralmente soldados por esse processo são o cobre e o alumínio, sendo a ductilidade dos mesmos um fator benéfico. A facilidade de realizar essas soldas decresce com o aumento da dureza e com a queda da temperatura de fusão dos materiais envolvidos. Esse método é também empregado na soldagem de arames; tubos e barras no sentido longitudinal e folhas metálicas. (MACHADO, p.10, 1996) 3.5.3 Por difusão A união é obtida através da manutenção em contato das peças por um longo tempo em alta temperatura, o que permite a difusão dos átomos entre as superfícies. A pressão sobre as peças é pequena e, dessa forma, ocorre mínima deformação. Em certos casos, coloca-se um terceiro material entre as peças, para acelerar o processo e produzir soldas com melhores propriedades mecânico/metalúrgicas. Como são utilizadas temperaturas que podem acelerar o processo de oxidação (de 1000 °C para aços ao carbono), a operação normalmente se realiza em forno com atmosfera protetora, inerte ou vácuo. A difusão ocorre por um mecanismo envolvendo a vacância na rede cristalina (ou os contornos de grão) sendo que a taxa com que se realiza depende de temperatura. Esse processo pode ser aplicado desde a soldagem de pastilha de corte sobre o porta-ferramenta até peças/componentes na indústria aeroespacial. (MACHADO, p.11, 1996) 3.5.4 Por Ultra-som Obtém-se a união de metais similares ou dissimilares, através da aplicação de vibração ultra-sônica nas peças, mantidas em contato por moderada pressão. Essa vibração provoca a dispersão dos filmes superficiais e aumenta localmente a temperatura. O principal emprego deste processo é nas indústrias de componentes eletroeletrônicos. (MACHADO, p.11, 1996) 3.5.5 Por fricção Nesse processo, peças sob pressão são friccionadas, de forma a expelir filmes superficiais e gerar suficiente calor para que as partes em contato alcancem a fase plástica. Essa fricção é então interrompida, com a pressão sendo aumentada e a solda, realizada. Geralmente, uma peça é mantida fixa, enquanto a outra sofre rotação e se desloca axialmente. O processo permite a soldagem de metais similares ou dissimilares, ocorrendo em poucos segundos. É encontrado amplo emprego na fabricação de componentes de alta qualidade, principalmente na indústria automotiva. (MACHADO, p.11, 1996) 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os processos de soldagem são essenciais para a fabricação de peças, equipamentos e estruturas de engenharia em geral. Como futuros engenheiros de materiais, cabe a nós conhecermos esses processos para termos a base mínima necessária para desenvolvermos e/ou aperfeiçoarmos as técnicas já existentes. Portanto, este trabalho foi de extrema significância para a formação dos acadêmicos que o elaboraram REFERÊNCIAS QUITES, Almir Monteiro . Tecnologia da soldagem a arco voltaico, Florianópolis, EDEME 1979. MACHADO, Ivan Guerra. Soldagem e técnicas conexas: processos. Porto Alegre: editado pelo autor,1996. WAINER, Emílio; BRANDI, Sérgio Duarte; MELLO, Fábio Décourt Homemet. Soldagem: processos e metalurgia. São Paulo: Edgard Bulcher LTDA, 2000. Catalogo: UTP, Brasileira de solda Ltda http://www.infosolda.com.br . Acessado em 22 de abril de 2007, às 15h50min.