Uc19 Processo De Fabricação - Solda

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Curso Técnico em Eletromecânica Processos de Fabricação e Solda Armando de Queiroz Monteiro Neto Presidente da Confederação Nacional da Indústria José Manuel de Aguiar Martins Diretor do Departamento Nacional do SENAI Regina Maria de Fátima Torres Diretora de Operações do Departamento Nacional do SENAI Alcantaro Corrêa Presidente da Federação das Indústrias do Estado de Santa Catarina Sérgio Roberto Arruda Diretor Regional do SENAI/SC Antônio José Carradore Diretor de Educação e Tecnologia do SENAI/SC Marco Antônio Dociatti Diretor de Desenvolvimento Organizacional do SENAI/SC Confederação Nacional das Indústrias Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Curso Técnico em Eletromecânica Processos de Fabricação e Solda Rogerio Antonio Lazzaris Emerson José Tissi Jackson Ricardo Lino Florianópolis/SC 2010 É proibida a reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema sem o prévio consentimento do editor. Material em conformidade com a nova ortografia da língua portuguesa. Equipe técnica que participou da elaboração desta obra Coordenação de Educação a Distância Beth Schirmer Revisão Ortográfica e Normatização Contextual Serviços Editoriais Coordenação Projetos EaD Maristela de Lourdes Alves Design Educacional, Ilustração, Projeto Gráfico Editorial, Diagramação Equipe de Recursos Didáticos SENAI/SC em Florianópolis Autores Rogerio Antonio Lazzaris Emerson José Tissi Jackson Ricardo Lino Ficha catalográfica elaborada por Luciana Effting CRB14/937 - Biblioteca do SENAI/SC Florianópolis L432p Lazzaris, Rogerio Antonio Processos de fabricação e solda / Rogerio Antonio Lazzaris, Emerson José Tissi, Jackson Ricardo Lino. – Florianópolis : SENAI/SC, 2010. 84 p. : il. color ; 28 cm. 82 Inclui bibliografias. 1. Processos de fabricação. 2. Soldagem. 3. Soldagem a arco de tungstênio. 4. Soldagem e corte oxiacetilênico. 5. Máquinas-Ferramenta – Controle numérico - Programação. I. Tissi, Emerson José. II. Lino, Jackson Ricardo. III. SENAI. Departamento Regional de Santa Catarina. IV. Título. CDU 621.791 SENAI/SC — Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Rodovia Admar Gonzaga, 2.765 – Itacorubi – Florianópolis/SC CEP: 88034-001 Fone: (48) 0800 48 12 12 www.sc.senai.br Prefácio Você faz parte da maior instituição de educação profissional do estado. Uma rede de Educação e Tecnologia, formada por 35 unidades conectadas e estrategicamente instaladas em todas as regiões de Santa Catarina. No SENAI, o conhecimento a mais é realidade. A proximidade com as necessidades da indústria, a infraestrutura de primeira linha e as aulas teóricas, e realmente práticas, são a essência de um modelo de Educação por Competências que possibilita ao aluno adquirir conhecimentos, desenvolver habilidade e garantir seu espaço no mercado de trabalho. Com acesso livre a uma eficiente estrutura laboratorial, com o que existe de mais moderno no mundo da tecnologia, você está construindo o seu futuro profissional em uma instituição que, desde 1954, se preocupa em oferecer um modelo de educação atual e de qualidade. Estruturado com o objetivo de atualizar constantemente os métodos de ensino-aprendizagem da instituição, o Programa Educação em Movimento promove a discussão, a revisão e o aprimoramento dos processos de educação do SENAI. Buscando manter o alinhamento com as necessidades do mercado, ampliar as possibilidades do processo educacional, oferecer recursos didáticos de excelência e consolidar o modelo de Educação por Competências, em todos os seus cursos. É nesse contexto que este livro foi produzido e chega às suas mãos. Todos os materiais didáticos do SENAI Santa Catarina são produções colaborativas dos professores mais qualificados e experientes, e contam com ambiente virtual, mini-aulas e apresentações, muitas com animações, tornando a aula mais interativa e atraente. Mais de 1,6 milhões de alunos já escolheram o SENAI. Você faz parte deste universo. Seja bem-vindo e aproveite por completo a Indústria do Conhecimento. Sumário Conteúdo Formativo 11 Apresentação 12 13 29 30 Seção 7 – Vantagens e desvantagens Unidade de estudo 4 49 Seção 5 – Vantagens e desvantagens 50 Soldagem TIG Unidade de estudo 8 Considerações Finais em Soldagem Unidade de estudo 1 31 Seção 1 – Definição Introdução à Soldagem 31 Seção 2 – Equipamentos e utensílios 51 Seção 1 – Simbologia de soldagem 32 Seção 3 – Gases de proteção 56 33 Seção 4 – Eletrodos Seção 2 – Execução de raiz e ponteamento 34 Seção 5 – Metal de adição 35 Seção 6 – Vantagens e desvantagens 13 Seção 1 – Histórico 13 Seção 2 – Definição de soldagem e solda 14 Seção 3 – Soldabilidade dos materiais metálicos 14 Seção 4 – Fontes de energia para soldagem 15 Seção 5 – Riscos e segurança em soldagem 15 Seção 6 – Juntas básicas de soldagem 17 Seção 7 – Posições de soldagem 36 58 História e Características das Máquinas CNC Unidade de estudo 5 Soldagem Oxiacetilênica Unidade de estudo 9 59 Seção 1 – História e evolução das máquinas CNC 37 Seção 1 – Definição 37 Seção 2 – Gases 59 38 Seção 3 – Equipamentos e utensílios Seção 2 – Características das máquinas CNC 60 18 Unidade de estudo 2 40 Seção 4 – Materiais de adição Seção 3 – Tipos de linguagens de programação Soldagem por Eletrodos Revestidos 40 Seção 5 – Fluxos 60 Seção 4 – Sistema de movimento e referência dos eixos 41 Seção 6 – Tipos de chama 62 41 Seção 7 – Vantagens e limitações Seção 5 – Sistema de coordenadas 19 Seção 1 – Histórico 19 Seção 2 – Equipamentos e utensílios 42 Unidade de estudo 6 Introdução à Programação CNC Soldagem Plasma 21 Seção 3 – Eletrodos revestidos 21 Seção 4 – Classificação dos eletrodos 43 Seção 1 – Definição 43 Seção 2 – Equipamentos 23 Seção 5 – Vantagens e desvantagens do processo 44 Seção 3 – Eletrodos 44 Unidade de estudo 3 45 24 66 Unidade de estudo 10 Soldagem MIG/MAG 46 67 Seção 1 – Estrutura e características do programa CNC Seção 4 – Consumíveis 68 Seção 2 – Funções auxiliares Seção 5 – Vantagens e desvantagens 69 Seção 3 – Funções miscelânea 70 Seção 4 – Funções preparatórias 72 Seção 5 – Funções de interpolação linear e circular Unidade de estudo 7 25 Seção 1 – Definição 25 Seção 2 – Equipamentos 25 Seção 3 – Tocha, bicos de contato e bocais 47 Seção 1 – Definição 26 Seção 4 – Eletrodos 47 26 Seção 5 – Gases de proteção Seção 2 – Princípios da soldagem 28 Seção 6 – Transferência do metal de adição 48 Seção 3 – Equipamentos 48 Seção 4 – Eletrodos Soldagem por Pontos Finalizando 77 Referências 79 8 CURSOS TÉCNICOS SENAI Conteúdo Formativo Carga horária da dedicação Carga horária: 60 horas Competências Identificar, planejar e executar processos de soldagem para construção mecânica de maquinas e equipamentos. Identificar componentes das máquinas CNC para reconhecer o processo de funcionamento. Conhecimentos ▪▪ Operação de soldagem: terminologia de soldagem, processos e técnicas de soldagem, tipos de soldagem (MIG/MAG, TIG, eletrodo revestido, oxiacetilênica, solda ponto, plasma). ▪▪ Máquinas de soldagem (transformador, retificador, gerador). ▪▪ Consumíveis da soldagem (gases, eletrodos, arames, fluxos, pastas, anti-respingo), materiais e metalurgia da soldagem. ▪▪ EPI e acessórios. ▪▪ Máquinas operatrizes CNC: generalidades, classificação e aplicação, nomenclatura, funcionamento, conservação, acessórios e ferramentas de corte. ▪▪ Programação ISO, simuladores, referência de máquina e peça, sistemas de fixação. ▪▪ Catálogos técnicos. Habilidades ▪▪ Interpretar e aplicar normas técnicas, regulamentadoras, e preservação ambiental. ▪▪ Interpretar desenhos técnicos. ▪▪ Interpretar catálogos, manuais e tabelas técnicas. ▪▪ Identificar os elementos de máquinas. ▪▪ Identificar materiais, dispositivos e máquinas. ▪▪ Utilizar sistemas de medição. ▪▪ Identificar e selecionar os parâmetros de fabricação. ▪▪ Identificar e selecionar equipamentos e técnicas de soldagem. ▪▪ Preparar e operar equipamentos de soldagem. ▪▪ Identificar e analisar características e propriedades dos materiais e insumos. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 9 ▪▪ Identificar e selecionar ferramentas necessárias ao processo. ▪▪ Identificar e selecionar equipamentos e técnicas de soldagem. ▪▪ Identificar e selecionando os parâmetros de fabricação. ▪▪ Identificar máquinas e processos CNC. ▪▪ Aplicar softwares de simulação. Atitudes ▪▪ Zelo no manuseio de componentes e equipamentos eletromecânicos. ▪▪ Responsabilidade socioambiental. ▪▪ Adoção de normas de saúde e segurança do trabalho. ▪▪ Proatividade e relacionamento interpessoal. ▪▪ Organização e conservação do laboratório e equipamentos. 10 CURSOS TÉCNICOS SENAI Apresentação Este material é fruto de uma pesquisa bibliográfica sobre o amplo mundo dos processos de fabricação. Você encontrará aqui muitas informações referentes aos processos de soldagem e processos de usinagem a CNC. Com o objetivo de fazer deste material uma excelente fonte, seu conteúdo foi desenvolvido visando auxiliar os envolvidos no processo de ensino-aprendizagem a atingirem as competências propostas para a unidade curricular de Processos de Fabricação e Solda dos Cursos Técnicos em Eletromecânica do SENAI/SC. Para tal, o conteúdo deste material didático é iniciado com o estudo da introdução à soldagem, abrangendo do seu histórico aos fundamentos elementares desse processo de fabricação. Na sequência, os processos de soldagem indicados como conhecimentos indispensáveis para os discentes deste curso serão abordados um a um. Após, serão abordadas considerações finais acerca do processo de soldagem. Na sequência, serão apresentadas informações referentes à usinagem a CNC. Você estudará o histórico dessa tecnologia e os seus conceitos básicos. Conhecerá também um pouco de como funciona a programação para máquinas a CNC. Além do conteúdo teórico de cada tema, exemplos práticos, exercícios de fixação, figuras, imagens, tabelas e indicações de outras fontes serão recursos que você também encontrará neste material. Professores ������������� Rogerio Antonio Lazzaris, Emerson José Tissi e Jackson Ricardo Lino Rogério Antonio Lazzaris é graduado em Tecnologia Mecânica pelo Centro Universitário de Jaraguá do Sul (UNERJ). Atua como professor da unidade curricular de Processos de Fabricação no curso Técnico em Mecânica e no curso Técnico em Eletromecânica no SENAI/SC em Jaraguá do Sul. Emerson José Tissi é Técnico em Mecânica no SENAI/SC em Jaraguá do Sul. Atua como técnico pedagógico da unidade curricular de Processos de Fabricação no curso Técnico em Mecânica e no curso Técnico em Eletromecânica no SENAI/SC em Jaraguá do Sul. Jackson Ricardo Lino é graduado em Mecânica Geral pelo SENAI de Jaraguá do Sul e em Fermentaria pela mesma instituição, é técnico em eletromecânica formado pelo CEFET de Jaraguá do Sul e tecnólogo em mecânica na Modalidade Processos Industriais pelo Centro Universitário de Jaraguá do Sul (UNERJ). Atua como professor da unidade curricular de Processos de Fabricação no curso Técnico em Mecânica e no curso Técnico em Eletromecânica no SENAI/SC em Jaraguá do Sul. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 11 Unidade de estudo 1 Seções de estudo Seção 1 - Histórico Seção 2 - Definição de Soldagem e Solda Seção 3 - Soldabilidade dos Materiais Metálicos Seção 4 - Fontes de Energia para Soldagem Seção 5 - Riscos e Segurança em Soldagem Seção 6 - Juntas Básicas de Soldagem Seção 7 - Posições de Soldagem Introdução à Soldagem SEÇÃO 1 Histórico Nesta seção você irá conhecer a evolução da soldagem. Após muitas experiências com a novidade tecnológica da época, um inglês chamado Wilde obteve a primeira patente de soldagem por arco elétrico em 1865. Ele uniu com sucesso duas pequenas peças de ferro passando uma corrente elétrica através de ambas as peças, produzindo uma solda por fusão. Aproximadamente vinte anos depois, na Inglaterra, Nikolas Bernardos e Stanislav Olszewsky registraram a primeira patente de um processo de soldagem baseado em um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo de carvão e a peça a ser soldada, fundindo os metais à medida que o arco era manualmente passado sobre a junta a ser soldada. Em 1890, N. G. Slavianoff (Rússia) e Charles Coffin (EUA) desenvolveram, independentemente, a soldagem com eletrodo metálico nu. Dessa forma, durante os anos seguintes, a soldagem por arco foi realizada com eletrodos nus, que eram consumidos na poça de fusão e se tornavam parte do metal de solda. As soldas eram de baixa qualidade devido ao nitrogênio e ao oxigênio na atmosfera, formando óxidos e nitretos prejudiciais no metal de solda. No início do século XX, a importância da proteção ao arco contra os agentes atmosféricos foi percebida. Revestir o eletrodo com um material que se decompunha sob o calor do arco para formar uma proteção gasosa pareceu ser o melhor método para atingir esse objetivo. Como resultado, vários métodos de revestir os eletrodos, tais como acondicionamento e imersão, foram tentados. Em 1904, Oscar Kjellberg, um engenheiro sueco, inventou o primeiro eletrodo revestido, o revestimento era constituído, originalmente, de uma camada de material argiloso (cal), cuja função era facilitar a abertura do arco e aumentar sua estabilidade. Logo após, em 1907, Oscar Kjellberg patenteou o processo de soldagem a arco com eletrodo revestido. Em 1933, Hobart e Denver desenvolvem o processo TIG. Aproximadamente em 1936, baseado no mesmo sistema de proteção gasosa utilizado no processo TIG, aparece o processo MIG que no início era limitado aos materiais não ferrosos. Já por volta de 1939, como variação do processo MIG para ser utilizado para a soldagem de materiais ferrosos, aparece o processo MAG. Após esses, já estamos próximos aos tempos modernos e, principalmente após a Segunda Guerra, diversos processos foram sendo descobertos como, por exemplo: eletroescória, ultrassom, eletrogás, fricção, feixe de elétrons, plasma, laser, etc. Depois de saber como começou a soldagem você irá estudar a definição desse processo. SEÇÃO 2 Definição de Soldagem e Solda Nesta seção você irá conhecer o que é soldagem e em seguida verá quais são os materiais que podem ser soldados. Embora muito estudada, a soldagem ainda não foi precisamente definida. Também se faz importante enfatizar a dificuldade em se definir um processo tão amplo, com tantas variações, com uma classificação tão vasta. Entretanto, a Associação Americana de Soldagem (American Welding Society – AWS), adota a definição a seguir: Soldagem é o processo de união de materiais usado para obter a união localizada de metais e não metais, produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a utilização de pressão e/ou material de adição.” (Rosa, 2009, p 03). PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 13 Embora não raramente observamos a utilização confusa e errônea dos termos soldagem e solda, esta tem uma definição bem particular: solda é o produto da soldagem. Os processos de soldagem e afins podem ser classificados de diferentes formas alternativas. Essas classificações e abreviações são muito utilizadas em diversos países do mundo. SEÇÃO 3 Soldabilidade dos Materiais Metálicos Nesta seção você irá conhecer o que é soldabilidade e quais são os elementos metálicos que podem ser soldados. Na seção seguinte você verá quais são as fontes de energia usadas nesse processo. Soldabilidade é a facilidade que os materiais têm de se unirem por meio de soldagem e de formarem uma série contínua de soluções sólidas coesas, mantendo as propriedades mecânicas dos materiais originais. O principal fator que afeta a soldabilidade dos materiais é a sua composição química. Outro fator importante é a capacidade de formar a série contínua de soluções sólidas entre um metal e outro. A soldabilidade deve ser entendida como uma propriedade dos materiais, podendo um material ter maior soldabilidade que outro. No quadro abaixo, segue um demonstrativo de alguns materiais metálicos e sua soldabilidade. ÓTIMA BOA REGULAR DIFÍCIL Quadro 1 - Soldabilidade dos Materiais Aço baixo carbono X       Aço médio carbono   X X   Aço alto carbono       X Aço inox X X     Aços-liga     X   Ferro fundido cinzento     X   Ferro fundido maleável e nodular     X   Ferro fundido branco       X Ligas de alumínio   X     Ligas de cobre   X     Material Fonte: Soldagem (2009). 14 CURSOS TÉCNICOS SENAI SEÇÃO 4 Fontes de Energia para Soldagem Nesta seção você irá estudar as fontes de energia para soldagem que são: gerador, inversor, transformador e retificador. Em seguida você irá conhecer alguns acidentes causados por esse processo. A soldagem a arco utiliza uma fonte de energia (ou máquina de soldagem) projetada especificamente para essa aplicação. Sua função básica é receber a energia elétrica da rede 110/220 V ou 380/440 V, monofásica ou trifásica, respectivamente, e adequála ao processo de soldagem a ser utilizado, entre 60 e 70 V (tensão em vazio da fonte de energia). Em regime de trabalho, os valores de tensão são ainda mais reduzidos. O gerador pode fornecer corrente alternada ou contínua. São constituídos de um motor que gera energia mecânica a qual é transmitida por meio de um eixo ou por um sistema de correia e polias ao gerador de energia elétrica. O motor pode ser elétrico ou de combustão interna, tendo como combustível: gasolina, óleo, diesel, gás natural, etc. esse tipo de equipamento é mais comumente utilizado em locais onde o acesso à rede elétrica é complicado. No entanto, são pesados, barulhentos e de difícil manutenção. No inversor a corrente alternada da rede é retificada diretamente e a corrente contínua de tensão elevada é convertida em corrente alternada de alta frequência (5 a 50 kHz, ante aos 50 ou 60 Hz característicos da rede de distribuição) pelo inversor. Devido à alta frequência, a tensão pode ser reduzida eficientemente com um transformador de pequenas dimensões, além de permitir uma significativa redução do consumo de energia elétrica. O transformador ou transformador-retificador também é chamado fonte convencional estática. Essas fontes dependem de sistemas mecânicos ou elétricos para o controle e ajuste de sua saída. A fonte de calor necessária para a soldagem é permitida graças à corrente alternada. O retificador pode ser tiristorizado (retificador controlado de silício – SRC), quando utiliza o tiristor como condutor da corrente elétrica ou transistorizada, quando utiliza transistores para a mesma função. Essas fontes de energia podem fornecer corrente contínua ou alternada, maior controle dos parâmetros de soldagem e podem ser utilizadas com os principais processos de soldagem. SEÇÃO 5 Riscos e Segurança em Soldagem Nesta seção você verá quais são os perigos e os desastres mais comuns causados pela soldagem. Como diversas outras operações industriais, a soldagem e o corte de materiais apresentam uma série de riscos para as pessoas envolvidas. As operações de soldagem e corte envolvem a manipulação de materiais a temperaturas elevadas, a exposição a uma quantidade considerável de luz e o contato com partículas metálicas incandescentes projetadas em alta velocidade (respingos ou salpicos). Acidente por choque elétrico é um risco sério e constante nas operações de soldagem baseadas no uso da energia elétrica. A gravidade do choque elétrico está relacionada com a corrente elétrica e não com a tensão do equipamento ou de trabalho. Uma corrente acima de 80 mA, passando pela região torácica da vítima, pode ser fatal, provocando um fenômeno chamado “fibrilação do coração” e a consequente perda de capacidade deste de bombear o sangue. A radiação infravermelha e ultravioleta é gerada pelo arco elétrico do processo de soldagem. Chamas e metal quente também emitem radiação, mas de menor intensidade. A radiação infravermelha pode causar irritação dos olhos e até a queima da retina e catarata. A radiação ultravioleta é responsável por causar queimaduras de pele, fadiga visual e dor de cabeça. Fumos e gases da soldagem podem ser muito prejudiciais à saúde por diversos motivos; vapores de zinco podem causar dor de cabeça e febre; vapores de cádmio podem ser fatais. Já os gases utilizados em alguns processos de soldagem (argônio, CO²) não são tóxicos, mas por serem mais pesados que o ar, deslocam este, podendo causar asfixia e morte, se forem utilizados em ambientes fechados. Logo, devem ser buscados ambientes arejados ou sistemas de exaustão. Incêndios e explosões podem ocorrer no ambiente da soldagem por encontrarmos os três elementos atuando conjuntamente: uma fonte de calor, um combustível e oxigênio. Na soldagem de manutenção de tanques ou recipientes combustíveis ou inflamáveis, por exemplo, há a necessidade de se efetuar uma rigorosa limpeza ou lavação antes de se iniciar o processo. Outros riscos comuns em áreas de soldagem e operações são quedas de objetos e ferramentas, queda de pessoas trabalhando sobre andaimes e plataformas. Cuidados especiais devem ser tomados com os cilindros de gás, pois são submetidos a uma elevada pressão e por isso não devem estar vulneráveis às altas temperaturas e quedas. Em seguida você irá conhecer como fazer uma soldagem básica. SEÇÃO 6 Juntas Básicas de Soldagem Nesta seção você irá aprender o que é e quais são os tipos de juntas básicas de soldagem. Junta é a região na qual duas ou mais peças serão unidas por um processo de soldagem. São diversas as formas que se apresentam nas uniões das peças e estão estreitamente ligadas à preparação das mesmas. Essas formas de união são realizadas nas montagens de estruturas e outras tarefas executadas pelo soldador. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 15 Junta de Topo em Bordas Retas Quando as bordas das chapas não requerem preparação mecânica recebem o nome de juntas de topo em bordas retas. Usam-se esses tipos de junta na união de chapas até 6 mm de espessura, que não sofrerão grandes esforços. Juntas em Ângulo em T São aquelas em que as peças, devido à sua configuração, formam ângulos interiores e exteriores no ponto de soldar. Figura 3 - Juntas em T Fonte: Cardoso (2004, p. 50). Figura 1 - Junta de Topo Fonte: Cardoso (2004, p. 50). Juntas Sobrepostas Juntas em Quina Quando os dois componentes estão próximos e em ângulo. Quando as bordas das chapas não requerem preparação mecânica, uma vez que, como o nome mesmo diz, as juntas são sobrepostas. A largura da sobreposição dependerá da espessura da chapa. Figura 4 - Juntas em Quina Fonte: Cardoso (2004, p. 50). Depois de aprender como fazer uma junta simples de solda, você irá aprender na próxima seção a soldar em outras posições. Figura 2 - Juntas Sobrepostas Fonte: Cardoso (2004, p. 50). 16 CURSOS TÉCNICOS SENAI SEÇÃO 7 Posições de Soldagem Nesta seção você irá estudar como soldar em diversos formatos. As posições de soldagem se referem exclusivamente ao posicionamento do eixo de soldagem nos diferentes planos a soldar. Na execução do cordão de solda elétrica aparecem peças que nem sempre podem ser colocadas em posição cômoda. Segundo o plano de referências, foram estabelecidas as quatro posições seguintes. Posição Plana ou de Nível O procedimento ocorre em posição denominada plana ou de nível. O material adicional vem do eletrodo que está com a ponta para baixo. Posição Horizontal Quando as arestas ou face das peças a soldar estão colocadas em posição horizontal. O eixo da soldagem se estende horizontalmente. Posição Vertical Posição vertical é aquela em que a aresta ou eixo da zona a soldar recebe solda em posição vertical. Nesta posição de soldagem, o cordão de solda pode ser aplicado da forma descendente (de cima para baixo) ou da forma ascendente (de baixo para cima). Posição sobre Cabeça A peça colocada a uma altura superior à da cabeça do soldador recebe a solda por sua parte inferior. O eletrodo se posiciona com o extremo apontado para cima, verticalmente. Essa posição é a inversa à posição plana ou de nível. Você irá conhecer na próxima unidade, soldagem por eletrodos revestidos. Você verá como começou esse tipo de soldagem, quais equipamentos são utilizados, o que são eletrodos revestidos, qual é a classificação e quais são as vantagens e desvantagens desse processo. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 17 Unidade de estudo 2 Seções de estudo Seção 1 – Histórico Seção 2 – Equipamentos e Utensílios Seção 3 – Eletrodos Revestidos Seção 4 – Classificação dos Eletrodos Seção 5 – Vantagens e Desvantagens do Processo Soldagem por Eletrodos Revestidos SEÇÃO 1 Histórico Nesta seção você irá conhecer a história da soldagem por arco elétrico. Em seguida, você será apresentado aos equipamentos usados nesse processo. Em 1904, Oscar Kjellberg, um engenheiro sueco precisava melhorar a qualidade dos trabalhos de reparo em navios e caldeiras em Gothenburg, o que resultou na invenção do primeiro eletrodo revestido. O revestimento era constituído, originalmente, de uma camada de material argiloso (cal), cuja função era facilitar a abertura do arco e aumentar sua estabilidade. Em 1907, Oscar Kjellberg patenteou o processo de soldagem a arco com eletrodo revestido. Esses esforços culminaram no eletrodo revestido extrudado em meados dos anos 1920, proporcionando aquilo que muitos consideram o mais significativo avanço na soldagem por arco elétrico. Definimos a soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido (Shielded Metal Arc Welding – SMAW) como a soldagem realizada com o calor de um arco elétrico mantido entre a extremidade de um eletrodo metálico revestido e a peça de trabalho. O calor produzido pelo arco funde o metal de base, a alma do eletrodo e o revestimento. Quando as gotas de metal fundido são transferidas através do arco para a poça de fusão, são protegidas da atmosfera pelos gases produzidos durante a decomposição do revestimento. A escória líquida flutua em direção à superfície da poça de fusão, protegendo o metal de solda da atmosfera durante a solidificação. Outras funções do revestimento são proporcionar estabilidade ao arco e controlar a forma do cordão de solda. Figura 5 - Solda Elétrica Fonte: Cablefreebr (2009). SEÇÃO 2 Equipamentos e utensílios Nesta seção você estudará quais são os elementos simples que são usados nesse processo de soldagem. Em seguida, irá conhecer as substâncias que revertem os eletrodos. Uma das razões para a grande aceitação do processo de soldagem com eletrodos revestidos é a simplicidade do equipamento necessário. O equipamento de soldagem consiste na fonte de energia, no porta-eletrodos, nos cabos e conexões, além dos martelos picadores. Porta-eletrodos Os porta-eletrodos conectam o cabo de solda e conduzem a corrente de soldagem até o eletrodo. O punho isolado é usado para guiar o eletrodo sobre a junta de solda e alimentá-lo até a poça de fusão à medida que ele é consumido. Porta-eletrodos estão disponíveis em diferentes tamanhos e seus preços dependem de sua capacidade de suportar a corrente de soldagem. Por questões de segurança, os porta-eletrodos podem ser segurados com qualquer uma das mãos, mas sempre de forma que o dedo polegar fique sobre a alavanca de abertura do utensílio. Terminal terra O terminal terra é utilizado para conectar o cabo terra à peça. Pode ser conectado diretamente à peça ou à bancada ou dispositivo ao qual a peça está posicionada. Fazendo parte do circuito de soldagem, o terminal terra deve ser capaz de suportar correntes de soldagem sem superaquecer devido à resistência elétrica. Cabos de solda O cabo do eletrodo e o cabo terra são partes importantes do circuito de soldagem. Eles devem ser muito flexíveis e ter um bom isolamento resistente ao calor. As conexões no porta-eletrodo, o terminal terra e os terminais da PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 19 fonte de energia devem ser soldados ou bem prensados para assegurar baixa resistência elétrica. O diâmetro do cabo deve ser suficiente para conduzir a corrente elétrica com um mínimo de queda de tensão. O aumento no comprimento do cabo torna necessário o aumento em seu diâmetro para diminuir a resistência elétrica e a queda de tensão. Martelos picadores e escovas São considerados utensílios de limpeza. Fontes de energia A soldagem com eletrodos revestidos pode empregar tanto corrente alternada (CA) quanto corrente contínua (CC), porém em qualquer caso a fonte selecionada deve ser do tipo corrente constante. Esse tipo de fonte fornecerá uma corrente de soldagem relativamente constante independentemente das variações do comprimento do arco causadas pelas oscilações da mão do soldador. Abaixo, imagem de uma fonte tipo transformador. Figura 6 - Martelo Picador Fonte: Adaptado de Loja do Lar (2009). Figura 8 - Fonte Transformador Fonte: Royal Máquinas (2009). Figura 7 - Escova em Aço Fonte: Adaptado de Alf Ferramentas (2009). 20 CURSOS TÉCNICOS SENAI SEÇÃO 3 Eletrodos revestidos Nesta seção você irá conhecer os dois elementos que revertem os eletrodos. A próxima seção apresentará a classificação de cada um desses elementos. Eletrodos revestidos para açoscarbono consistem de apenas dois elementos principais: a alma metálica ou núcleo, normalmente de aço de baixo carbono, e o revestimento. A alma metálica tem as funções principais de conduzir a corrente elétrica e fornecer metal de adição para a junta. Os ingredientes do revestimento, dos quais existem literalmente centenas para escolher, são cuidadosamente pesados, misturados. O revestimento é extrudado sobre as varetas metálicas que são alimentadas pela prensa extrusora a uma velocidade muito alta. Os eletrodos são então identificados com a marca comercial e a sua classificação antes de entrar no forno de secagem. Figura 9 - Classificação dos Eletrodos Revestidos Fonte: Joaquim (2009). Para converter lbf/pol² ou Pa em kgf/mm², deve-se multiplicar o valor pela constante 0,00007031. Para outros materiais, a AWS criou normas diferentes, conforme indicado no quadro abaixo. Quadro 2 - Especificação das Normas de Classificação dos Eletrodos Revestidos Ref. AWS Eletrodos A 5.1 Aço-carbono A 5.3 Alumínio e suas ligas Classificação dos eletrodos A 5.4 Aço inoxidável A 5.5 Aços baixa liga A 5.6 Cobre e suas ligas Nesta seção você verá a classificação dos eletrodos. A Sociedade Americana de Soldagem (AWS) criou um padrão para a identificação dos eletrodos revestidos que devido à simplicidade, e talvez o pioneirismo, é a especificação mais utilizada no mundo atualmente para identificar eletrodos revestidos. Abaixo, norma AWS 5.1 que é destinada para seleção de eletrodos para aços ao carbono. A 11 Níquel e suas ligas A 13 Revestimento (alma sólida) A 15 Ferro fundido A 21 Revestimento (alma tubular com carboneto de tungstênio ) SEÇÃO 4 Fonte: Joaquim e Ramalho (2009). PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 21 Algumas aplicações recomendadas aos principais eletrodos revestidos podem ser vistas na tabela abaixo. Tabela 1 - Desempenho de Alguns Eletrodos em Diferentes Aplicações Aplicações 6010 6011 6013 7016 7018 7024 Aço com enxofre alto ou sem analise química Alta ductilidade Alta penetração Alta resistência ao impacto Alta taxa deposição Espessura fina, probabilidade de distorção Espessura grossa, alta restrição Facilidade em remoção de escoria Filete 1G/2G alta produtividade Filete todas as posições Pouca perda por respingos Topo posição plana e < 6.0 mm na 6 10 8 4 5 8 9 2 10 1 4 na 7 9 8 4 7 8 8 3 9 2 5 3 5 5 5 5 9 8 8 7 7 7 8 10 10 7 10 4 2 10 4 5 8 6 7 9 10 7 10 6 2 9 7 9 6 8 9 5 5 4 9 10 7 7 9 10 na 9 9 Topo todas pos. e < 6.0 mm 10 9 8 7 6 na Fonte: Joaquim e Ramalho (2009). Embora este material didático apresente tabelas com recomendações de manutenção e ressecagem dos eletrodos, tantos estes parâmetros quanto os parâmetros de soldagem (corrente) devem ser verificados junto ao fabricante do eletrodo que será utilizado. Na seção seguinte você irá estudar as vantagens e desvantagens do processo de soldagem. 22 CURSOS TÉCNICOS SENAI SEÇÃO 5 Vantagens e desvantagens do processo Nesta seção você irá conhecer os ganhos e as perdas desse processo de soldagem. São várias as vantagens do processo de soldagem por eletrodos revestidos: ▪▪ baixo custo de aquisição dos equipamentos; ▪▪ não há necessidade de consumíveis externos; ▪▪ ideal para soldagens em locais de acesso restrito graças à geometria do eletrodo; ▪▪ permite a soldagem dos principais metais empregados na indústria, desde com o eletrodo correto; ▪▪ permite a soldagem em todas as posições, desde com o eletrodo devidamente selecionado. Em contra partida, há algumas desvantagens: ▪▪ é um dos processos com menor taxa de deposição de material; ▪▪ requer boa habilidade manual de soldadores; ▪▪ dificuldade em empregar o processo para soldagem de chapas muito finas. Na próxima unidade você estudará a soldagem MIG e MAG, suas definições, quais são os equipamentos utilizados, a definição de tocha, bicos de contato e bocais, eletrodos, gases de proteção, transferência do metal de adição e vantagens e desvantagens desse processo. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 23 Unidade de estudo 3 Seções de estudo Seção 1 – Definição Seção 2 – Equipamentos Seção 3 – Tocha, bicos de contato e bocais Seção 4 – Eletrodos Seção 5 – Gases de proteção Seção 6 – Transferência do metal de adição Seção 7 – Vantagens e desvantagens Soldagem MIG/MAG SEÇÃO 1 Definição Nesta seção você verá a definição da soldagem de arco com proteção gasosa. Em seguida você irá conhecer quais são os equipamentos utilizados nesse processo. A soldagem a arco com proteção gasosa (Gás Metal Arc Welding – GMAW) é um processo em que a união de peças metálicas é produzida pelo aquecimento destas com um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico nu, consumível, e a peça de trabalho (metal base). No Brasil, o processo é conhecido como MIG (Metal Inert Gás) ou MAG (Metal Active Gas), quando a proteção do arco elétrico é feita por um gás inerte ou um gás ativo, respectivamente. Figura 10 - Soldagem MAG Fonte: Toda Oferta (2009). SEÇÃO 2 Equipamentos Nesta seção você irá estudar os equipamentos básicos para soldagem MIG/MAG que são compostos de uma fonte de energia, um alimentador de arame, uma tocha de soldagem e uma fonte de gás protetor, além de cabos e mangueiras. Figura 11 - Máquina por Alimentação de Arame Fonte: Labsolda (2009). Fonte de energia O processo utiliza corrente do tipo contínua que pode ser fornecida por um conjunto transformador-retificador ou por um conversor. A forma da característica estática da fonte pode ser do tipo corrente constante ou tensão constante, conforme o sistema de controle do equipamento. Quando se utiliza uma fonte do tipo tensão constante, a velocidade de alimentação do arameeletrodo se mantém constante durante a soldagem. Este sistema é mais simples e mais barato. Com a fonte de energia do tipo corrente constante o comprimento do arco é controlado pelo ajuste automático da velocidade de alimentação do arame. Em seguida você verá a definição de tocha, bicos de contato e bocais. SEÇÃO 3 Tocha, bicos de contato e bocais Nesta seção você irá conhecer o que é tocha, bicos de contato e bocais. Em seguida, verá os eletrodos, que são arames para soldagem. A tocha de soldagem consiste basicamente de um bico de contato, que faz a energização do arame-eletrodo de um bocal que orienta o fluxo de gás protetor e de um gatilho de acionamento do sistema. O bico de contato é um pequeno tubo à base de cobre, cujo diâmetro interno é ligeiramente superior ao diâmetro do arameeletrodo, e serve de contato elétrico deslizante. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 25 O bocal é feito de cobre ou material cerâmico e deve ter um diâmetro compatível com a corrente de soldagem e o fluxo de gás a ser utilizado numa dada aplicação. O gatilho de acionamento ou interruptor movimenta um contator que está ligado ao primário do transformador da máquina de solda, energizando o circuito de soldagem, além de acionar o alimentador de arame e uma válvula solenóide, que comanda o fluxo de gás protetor para a tocha. Figura 12 - Tocha Figura 13 - Bico de contato e bocal As tochas para soldagem MIG/MAG podem ser refrigeradas a água ou pelo próprio gás de proteção, dependendo de sua capacidade, dos valores de corrente utilizados e do fator de trabalho. Cabos elétricos e garras de fixação O processo necessitará, como no caso da soldagem com eletrodos revestidos, de cabos para transporte da eletricidade. As garras de fixação servem para prender o cabo de retorno da eletricidade. SEÇÃO 4 Eletrodos Nesta seção você estudará o que é e como são feitos os eletrodos e na próxima seção conhecerá as funções e os dois tipos de gases de proteção. Os eletrodos ou também chamados arames para soldagem são constituídos de metais ou ligas metálicas dúcteis que possuem composição química, dureza, condições superficiais e dimensões bem controladas. Ductilidade é a capacidade de um material sofrer deformação plástica ou permanente sem se romper (carregamentos estáticos). Arames de aço-carbono geralmente recebem uma camada superficial de cobre com o objetivo de melhorar seu acabamento superficial, seu contato elétrico com o bico de cobre e uma superior resistência à corrosão. Quanto ao formato, as tochas podem ser retas ou curvas, sendo as mais utilizadas as do tipo “pescoço de cisne” que são as que oferecem maior maneabilidade. Figura 14 - Arame de Aço-Carbono Fonte: Adaptado de SoloStocks (2009). 26 CURSOS TÉCNICOS SENAI Os arames de aço usados com proteção de CO2 contêm maiores teores de silício e manganês em sua composição devido à sua ação desoxidante. A seleção do arame a ser utilizado em uma dada operação é feita em termos da composição química do metal de base, do gás de proteção a ser usado e da composição química e propriedades mecânicas desejadas para a solda. A figura abaixo relaciona as especificações AWS de arames para soldagem MIG/MAG, que são fornecidos em carretéis de 15 kg ou 20 kg. Tabela 2 - Arames para Solda Especificação Materiais AWS - A 5.10 Alumínio e suas ligas AWS - A 5.7 Cobre e suas ligas AWS - A 5.9 Aço inox e aços com alto Cr AWS - A 5.14 Niquel e suas ligas AWS - A 5.16 Titânio e suas ligas AWS - A 5.18 Aço-carbono e baixa liga AWS - A 5.19 Magnésio e suas ligas Fonte: Gimenes (2009, p. 09). SEÇÃO 5 Gases de proteção Nesta seção você conhecerá como funcionam e quais são os tipos de gases de proteção. Em seguida verá as três formas de transferência de metal. O ar atmosférico na região de soldagem é expulso por um gás de proteção com o objetivo de evitar a contaminação da poça de fusão. A contaminação é causada principalmente pelo nitrogênio (N2), oxigênio (O2) e vapor d’água (H2O) presentes na atmosfera. Abaixo, a Figura 15 representa um sistema de soldagem MIG/MAG. Figura 15 - Soldagem MIG/MAG Fonte: Gimenes (2009, p. 01). Os gases de proteção utilizados em soldagem MIG/MAG podem ser inertes, ativos ou a mistura desses dois tipos. O tipo de gás influencia: características do arco e transferência do metal, penetração largura e formato do cordão de solda, velocidade de soldagem, tendência a aparecimento de defeitos e custo final do cordão de solda. Com o processo MIG, os gases inertes puros são utilizados principalmente na soldagem de metais não ferrosos, principalmente os mais reativos como titânio e magnésio. Com o processo MAG, os gases ativos (especialmente CO2) são utilizados para soldagem dos aços-carbono e baixa liga. Os gases ativos têm custo reduzido se comparados aos gases inertes. Gases ativos são aqueles que produzem efeito oxidante e participam da poça de fusão. Tabela 3 - Gases Ativos Gás ou mistura Comportamento químico Aplicações Argônio (Ar) inerte quase todos metais (-aço) Hélio (He) inerte Al, Mg, Cu e suas ligas Ar + 20 a 50 % He inerte Idem He (melhor que 100% He) Ar + 1 a 2 % O2 ligeiram, oxidante aços inox e alg. ligas Cu Ar + 3 a 5 % O2 oxidante aços-carb. e alguns b. liga CO2 oxidante aços-carb. e alguns b. liga Ar + 20 a 50 % CO2 oxidante div. aços - transf. c. circ. Ar + CO2 + O2 oxidante diversos aços Fonte: Gimenes (2009, p. 01). A vazão de gás de proteção é determinada pela seguinte equação: Vazão do gás = 10 x e e = espessura do arame. A vazão do gás é dada em litros por minuto (l/min). PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 27 SEÇÃO 6 Transferência do metal de adição Esta seção apresentará as três técnicas de passagem de metal. Basicamente, o processo MIG/ MAG inclui três técnicas distintas de modo de transferência de metal: curto-circuito (short arc), globular (globular) e aerossol (spray arc). Essas técnicas descrevem a maneira pela qual o metal é transferido do arame para a poça de fusão. Transferência por curto-circuito Acontece quando o metal fundido na ponta do arame toca a poça de fusão. Na soldagem com transferência por curto-circuito são utilizados arames de diâmetro na faixa de 0,8 mm a 1,2 mm, e aplicados pequenos comprimentos de arco (baixas tensões) e baixas correntes de soldagem. É obtida uma pequena poça de fusão de rápida solidificação. A soldagem por curto-circuito é a característica mais importante de utilização das misturas de gases ativos (CO2 puro ou misturas com teor deste gás superior a 25%). 28 CURSOS TÉCNICOS SENAI Transferência globular É comumente conhecida como aquela em que o metal se transfere através do arco. Este tipo de transferência é caracterizado pela formação de gotas maiores do que o diâmetro do eletrodo. A transferência globular é axialmente dirigida, pode ser obtida em uma atmosfera gasosa substancialmente inerte (teores de CO2 menores que 5%). Transferência spray ou aerosol Pequenas gotas são arrancadas do arame-eletrodo e ejetadas em direção ao metal de base. Com uma proteção gasosa de pelo menos 80% de argônio ou hélio, a transferência do metal de adição muda de globular para spray a partir de um determinado nível de corrente conhecido como corrente de transição para um dado diâmetro de eletrodo. Sob proteção de CO2 não há transição de globular para spray. Com o aumento da corrente, as gotas diminuem de tamanho, mas não são axialmente dirigidas. Com isso, a quantidade de salpicos será muito grande, o que pode ser minimizado com a utilização de um arco muito curto. Em metais ferrosos, a transferência por spray é limitada à posição plana, em virtude da grande quantidade de material transferido e da fluidez da poça de fusão. Também devido à grande penetração, nesses mesmos materiais, não é o tipo de transferência adequado para chapas finas. Em metais não ferrosos, pode ser utilizada com maior liberdade. Transferência controlada pulsada Tem como objetivo obter uma transferência controlada de metal de adição com as características desejáveis da transferência por spray, mas a níveis de corrente média bem mais baixos, de forma a permitir sua utilização na soldagem de chapas finas ou fora da posição plana. Este tipo de transferência é mais estável e uniforme quando obtido pela pulsação da corrente de soldagem em dois patamares, um inferior à corrente de transição e outro superior a esta, de modo que durante o período de tempo que a corrente é baixa uma gota se forma e cresce na ponta do arame e é transferida quando o valor da corrente é elevado. Um problema acarretado pela adoção deste tipo de transferência é a introdução de quatro novas variáveis no processo de soldagem MIG/MAG (tempo de pico, corrente de pico, tempo de pulso e corrente de pulso). Isso dificultará um pouco mais a seleção e otimização dos parâmetros de soldagem. Na seção seguinte você aprenderá os proveitos e os prejuízos do processo de soldagem. ▪▪ alta taxa de deposição do metal de solda; ▪▪ tempo total de execução de Vantagens e desvantagens Nesta seção você verá por meio de tópicos as vantagens e desvantagens desse processo de soldagem. O processo de soldagem MIG/ MAG proporciona muitas vantagens na soldagem manual e automática dos metais para aplicações de alta e baixa produção: ▪▪ a soldagem pode ser executada em todas as posições (quando trabalha-se com transferência por curto circuito); ▪▪ não há necessidade de remoção de escória; comprometer a proteção gasosa da poça de fusão; soldas de cerca da metade do tempo para o eletrodo revestido; ▪▪ elevada fadiga do soldador em ▪▪ altas velocidades de soldagem, ▪▪ a poça de fusão pode sofrer os menos distorção das peças; ▪▪ largas aberturas preenchidas, tornando certos tipos de soldagem de reparo mais eficientes; ▪▪ não há perdas de pontas como no eletrodo revestido; ▪▪ permite a execução de longos SEÇÃO 7 ▪▪ cabos muito longos podem cordões, sem a necessidade de paradas intermediárias; ▪▪ é um processo de fácil automatização ou robotização; ▪▪ requer menor habilidade ma- trabalhos altamente produtivos; efeitos de uma proteção gasosa ineficiente, em soldagens efetuadas ao ar livre devido às correntes de ar que podem expulsar o gás de proteção. Depois de estudar soldagem MIG/MAG, você aprenderá na próxima unidade soldagem TIG: definições, equipamentos utilizados, gases de proteção, eletrodos, metal de adição e suas vantagens e desvantagens. nual dos soldadores, se comparado ao processo de soldagem por eletrodos revestidos, por exemplo. Como desvantagens do processo MIG/MAG, podemos citar: ▪▪ elevado custo para aquisição dos equipamentos; ▪▪ processo menos portátil que o processo de soldagem por eletrodos revestidos; ▪▪ a geometria do bocal restringe a utilização do processo quando os espaços e acessos são mais restritos; PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 29 Unidade de estudo 4 Seções de estudo Seção 1 – Definição Seção 2 – Equipamentos e utensílios Seção 3 – Gases de proteção Seção 4 – Eletrodos Seção 5 – Metal de adição Seção 6 – Vantagens e desvantagens Soldagem TIG SEÇÃO 1 Definição Nesta seção você verá a definição do processo de soldagem TIG. Em seguida, você conhecerá quais são os equipamentos utilizados nesse processo. O processo de soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) ou GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) é um processo de soldagem a arco elétrico que utiliza um arco entre um eletrodo não consumível de tungstênio e a poça de soldagem. O eletrodo e a parte do cordão são protegidos por um gás de proteção inerte, que é soprado pelo bocal da tocha. No processo, pode-se utilizar adição ou não (solda autógena), e seu grande desenvolvimento se deve à necessidade de disponibilidade de processos eficientes de soldagem para materiais difíceis, como o alumínio e o magnésio, notadamente na indústria da aviação no começo da Segunda Grande Guerra Mundial. Na figura abaixo, veja o processo TIG em operação. SEÇÃO 2 Equipamentos e utensílios Nesta seção você será apresentado às composições usadas no processo de soldagem TIG. Na próxima seção serão mostrados os proveitos e as características dos gases de proteção. O equipamento básico usado na soldagem TIG consiste de uma fonte de energia elétrica, uma tocha de soldagem apropriada, uma fonte de gás protetor, um dispositivo para abertura do arco, pinças, bocais, cabos e mangueiras. Tochas Figura 16 - Soldagem TIG Fonte: Adaptado de Linde-Gás (2009). As tochas que suportam o eletrodo e conduzem o gás de proteção até o arco podem ser refrigeradas a gás, quando forem mantidas na temperatura adequada pelo efeito de resfriamento causado pelo próprio gás de proteção. Essas tochas estão limitadas a uma corrente máxima de cerca de 200 A. Também podem ser refrigeradas a água, pois promovem a circulação de água, normalmente em circuito fechado, para refrigeração. Dessa forma, pode-se dispor de tochas que suportam correntes de superiores a 500 A, tipo de tocha o mais empregado em soldagens TIG automatizadas. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 31 Bocais Figura 17 - Tocha TIG Fonte: Adaptado de Tbi-Brasil (2009). Fontes de gás A fonte de gás protetor consiste de um ou mais cilindros de gás inerte e reguladores de pressão e vazão de gases. Pinças Eletrodos de vários tamanhos são fixados apropriadamente na pinça. Um bom contato entre o eletrodo e a parte interna da pinça é essencial para uma transmissão correta da corrente e refrigeração do eletrodo. Por isso, o diâmetro do orifício da pinça deve ser condizente com o diâmetro do eletrodo. O gás de proteção é dirigido para a zona de soldagem por bocais fixados na extremidade das tochas. O objetivo da utilização dos bocais é produzir um fluxo laminar do gás de proteção. Os bocais podem ser fabricados de materiais cerâmicos (os mais populares), metais, metais revestidos com cerâmicos, quartzo fundido ou outros materiais. Bocais metálicos têm vida útil mais longa e são usados principalmente em processos automatizados que operam com correntes acima de 250 A. Os aspectos mais importantes nos bocais são suas dimensões e perfis. Os bocais devem ser largos o suficiente para prover cobertura da área de soldagem pelo gás e devem estar de acordo com o volume e a densidade necessária do gás no processo. Se a vazão do gás for excessiva para um determinado diâmetro, a eficiência da proteção é afetada devido à turbulência. Vazões mais altas, sem esse efeito de turbulência, requerem maiores diâmetros de bocais, condições estas, essenciais para altas correntes. Cabos Os cabos são usados para conduzir a corrente de soldagem; o diâmetro desses cabos deve ser compatível com a corrente de soldagem usada. Mangueiras As mangueiras são usadas para conduzir o gás ou a mistura e, se for o caso, água para refrigeração até a tocha de soldagem. 32 CURSOS TÉCNICOS SENAI SEÇÃO 3 Gases de proteção Nesta seção você estudará as vantagens e características dos gases de proteção. Na seção seguinte você verá a classificação dos eletrodos, que são feitas pela sua composição química. Os gases de proteção são direcionados pela tocha para o arco e a poça de fusão para proteger o eletrodo e o material metálico fundido da contaminação atmosférica. Eles também podem ser utilizados como back-up para proteção do lado contrário da solda da oxidação durante a soldagem. O processo de soldagem TIG inicialmente foi chamado de Heliarc devido à utilização do gás hélio (He) como gás de proteção. Atualmente, além do hélio, o gás argônio (Ar) é utilizado com algumas vantagens: ▪▪ possibilita arco mais suave; ▪▪ penetração reduzida; ▪▪ ação de limpeza quando da soldagem de alumínio ou magnésio; ▪▪ baixo custo e alta disponibilidade; ▪▪ boa proteção com baixos fluxos; ▪▪ maior resistência a ventos cruzados; ▪▪ melhor partida do arco. Com a utilização do hélio como gás de proteção, pode-se listar as seguintes características: ▪▪ transmite maior calor para uma mesma corrente e tensão que o argônio; ▪▪ ideal para soldagem de peças espessas ou materiais com alta condutividade térmica como o cobre; ▪▪ o hélio é cerca de dez vezes mais leve que o argônio, elevando o nível do seu consumo, por isso, a sua vazão deve ser de 2 a 3 vezes superior. A soldagem com misturas de gases de proteção apresenta características intermediárias, dependendo da proporção. Misturas de 80% de argônio e 20% de hélio reúnem as melhores características da soldagem com cada um desses gases isoladamente. Gás de back-up e purga Quando na realização de passes de raiz, a solda pode ser contaminada pela atmosfera do lado contrário à solda. Para evitar esse problema, o ar deve ser purgado dessa região. O nitrogênio pode ser utilizado satisfatoriamente para esse fim na soldagem de aços inoxidáveis austeníticos, cobre e ligas de cobre. Uma atmosfera relativamente inerte pode ser obtida pela injeção de cerca de quatro vezes o volume a ser purgado. Uma vez efetivada a purga, a vazão desse gás deve ser mantida apenas para manter uma ligeira pressão positiva. A área de escape do gás deve ser no mínimo igual à área de entrada e especial cuidado deve ser tomado para não haver excessos de pressão, principalmente nos últimos cinco centímetros do passe de raiz, prevenindo-se a sopragem da poça ou concavidade da raiz. SEÇÃO 4 Eletrodos Esta seção apresentará a classificação dos eletrodos. Em seguida você estudará como escolher o metal e o que é mais prudente para uma soldagem manual ou mecânica. No processo TIG os eletrodos são de tungstênio, não são consumíveis e têm o papel de servir como um dos terminais do arco que irão gerar o calor para o processo. Ao se aproximar da sua temperatura de fusão (3410 °C), o tungstênio se torna termiônico, como uma fonte disponível de elétrons. As capacidades de corrente dos eletrodos devem ser respeitadas e a sua utilização acima de seu limite causará erosão ou fundição do eletrodo. Com correntes muito baixas haverá instabilidade no arco. Os eletrodos são classificados com base em sua composição química: ▪▪ eletrodos de tungstênio puro (EWP); ▪▪ eletrodos com óxido de tório (EWTh2); ▪▪ eletrodos com óxido de cério (EWCe-2); ▪▪ eletrodos EWG. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 33 SEÇÃO 5 Metal de adição Nesta seção você conhecerá a diferença do metal de adição para soldagem manual ou mecânica e como escolher o melhor metal para solda. Na próxima seção conhecerá as vantagens e desvantagens desse processo. O metal de adição para soldagem manual é fornecido na forma de varetas com comprimento em torno de 1 m. Para a soldagem mecanizada, o metal é fornecido na forma de um fio enrolado em bobinas com diferentes capacidades, dependendo do equipamento usado. Os diâmetros dos fios e varetas são padronizados e variam entre 0,5 e 5 mm aproximadamente. A escolha do metal de adição para uma determinada aplicação é feita em função da composição química e das propriedades mecânicas desejadas para a solda. Em geral, é utilizado metal de adição de composição similar à do metal de base, mas não necessariamente idêntica. Fatores como compatibilidade metalúrgica, adequação à operação e custo também devem ser considerados. O diâmetro do fio ou vareta é escolhido em função da espessura das peças a unir, da quantidade de material a ser depositado e dos parâmetros de soldagem. Os catálogos dos fabricantes geralmente apresentam informações úteis na escolha de metal de adição. Abaixo, a figura ilustra o processo de soldagem TIG em operação, com a vareta de adição de material à direita. 34 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 18 - Metal de Adição Fonte: Linde-Gás (2009). SEÇÃO 6 Vantagens e desvantagens Nesta seção serão apresentadas as qualidades e os prejuízos desse processo de solda. Vantagens do processo: ▪▪ produz soldas de qualidade superior, geralmente livres de defeitos; ▪▪ está livre dos respingos que Desvantagens do processo: ▪▪ taxas de deposição inferio- res com processos de eletrodos consumíveis; ▪▪ há necessidade de maior des- treza e coordenação do operador em relação à soldagem por eletrodos revestidos MIG/MAG; ▪▪ há dificuldade de manter a proteção em ambientes turbulentos; ▪▪ pode haver inclusões de tun- ocorrem em outros processos a arco; gstênio, no caso de haver contato do mesmo com a poça de soldagem; ▪▪ pode ser utilizado com ou sem ▪▪ pode haver contaminação da adição; ▪▪ permite excelente controle na penetração de passes de raiz; ▪▪ pode produzir excelentes soldagens autógenas (sem adição) a altas velocidades; ▪▪ utiliza de fontes de energia de baixo custo; ▪▪ permite um controle preciso das variáveis da soldagem; ▪▪ pode ser usado em quase todos os metais, inclusive metais dissimilares; ▪▪ permite um controle inde- pendente da fonte de calor e do material de adição; solda se o metal de adição não for adequadamente protegido; ▪▪ há baixa tolerância contra contaminantes no material de base ou adição; ▪▪ vazamento no sistema de refrigeração pode causar contaminação ou porosidade sopro ou deflexão do arco, como em outros processos. Depois de entender soldagem TIG você aprenderá sobre soldagem oxiacetilênica na próxima unidade. ▪▪ soldagem de precisão; ▪▪ soldagem de peças de pequena espessura e tubulações de pequeno diâmetro; ▪▪ execução de passes de raiz. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 35 Unidade de estudo 5 Seções de estudo Seção 1 – Definição Seção 2 – Gases Seção 3 – Equipamentos e utensílios Seção 4 – Materiais de adição Seção 5 – Fluxos Seção 6 – Tipos de chama Seção 7 – Vantagens e limitações Soldagem Oxiacetilênica SEÇÃO 1 Definição Esta seção explicará o que é soldagem oxiacetilênica. Em seguida, você conhecerá os dois tipos de gases. A soldagem oxiacetilênica é um dos processos de soldagem a gás oxicombustível, oxigás (Oxy-Fuel Gas Welding). Processo no qual a coalescência ou união dos metais é obtida pelo aquecimento destes até a fusão com uma chama de um gás combustível e oxigênio. O metal de adição, se usado, também é fundido durante a operação. Uma importante característica desse processo é o excelente controle que se pode exercer sobre a entrada de calor e a temperatura das peças que estão sendo soldadas, devido ao controle independente da fonte de calor e da alimentação do mental de adição. O equipamento usado é bastante simples, tem baixo custo e também pode ser empregado, com pequenas variações, em outras operações como dobramento e desempeno de peças metálicas, pré e pós-aquecimento em soldagem, em operações de brasagem e corte a gás. SEÇÃO 2 Gases Nesta seção você verá a definição dos gases acetileno e oxigênio. Na próxima seção você será apresentado aos componentes desse processo de soldagem. O gás geralmente empregado é o acetileno, outros gases além do acetileno podem ser empregados embora os mesmos forneçam menos intensidade de calor e consequentemente uma menor temperatura. Esses gases podem utilizar tanto o oxigênio como o ar para manter a combustão. Gás acetileno O acetileno industrial é um gás incolor que tem um picante e nauseante odor (cheiro característico de alho) devido à presença de impurezas. Pode ser gerado diretamente por carbonato de cálcio e água ou acondicionado em cilindros. A pressão do acetileno dissolvido em um cilindro totalmente cheio não deve exceder 1.9 MPa a 20 °C. O acetileno em contato com o cobre, o mercúrio ou a prata pode, sob certas condições, formar compostos explosivos, que podem ser detonados por simples choques ou aplicação de calor. Por essa razão, as canalizações usadas para o acetileno são feitas, geralmente, de ferro ou aço. Gás oxigênio É um gás incolor, inodoro, insípido e ligeiramente mais pesado que o ar. Não é combustível ou explosivo, mas sob pressão pode reagir violentamente com óleo ou graxa. O oxigênio comercial é produzido também por eletrólise da água ou mais usualmente pela liquefação do ar atmosférico. O princípio básico do processo de liquefação é que todos os gases vaporizam a diferentes temperaturas. Então, nesse processo o ar será primeiramente forçado a passar pela soda cáustica e com a temperatura baixa de até -194 °C na qual se liquefaz todos os componentes do ar. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 37 SEÇÃO 3 Equipamentos e utensílios Nesta seção serão mostrados os elementos de soldagem de oxiacetilênica. O equipamento básico para a soldagem oxigás, em geral, consiste basicamente de cilindros, regulares de pressão, mangueiras, maçarico. Cilindros Existe uma variação muito grande dos cilindros de gás comprimido em capacidade, modelo e cor. Na maioria dos países, no entanto, o tamanho desses cilindros varia entre 6 e 7 m3 e são utilizadas as cores preto ou verde para oxigênio e marrom ou vermelho para acetileno. Figura 19 - Cilindros de Gás Fonte: Adaptado de Alibaba (2009). 38 CURSOS TÉCNICOS SENAI Os cilindros de oxigênio são feitos de tubos de aço sem costura, cuidadosamente tratados termicamente e testados a altíssimas pressões para garantir resistência e robustez. Suportam até 200 kgf/ mm². Devem ser sempre identificados e testados a cada cinco anos pelos fornecedores de gás. Os cilindros de acetileno são constituídos de uma massa porosa de fibras de amianto, partículas de carvão vegetal e areia. As pressões máximas a que estão sujeitos são em torno de 17,5 kgf/cm². Reguladores de pressão Reguladores de pressão de gases são necessários para reduzir a pressão do gás em um cilindro ou controlar a pressão usada na tocha de solda. O princípio de construção de reguladores para diferentes gases é o mesmo. Entretanto, um regulador de gás é usado apenas para o gás para o qual ele é designado. Para evitar confusão e perigos, a conexão para gases combustíveis e tubos de oxigênio tem roscas diferentes e correspondentes aos filetes das válvulas: um tem rosca direita, o outro, rosca esquerda. Existem dois tipos de reguladores, com um e dois estágios. Um regulador de um único estágio reduz a pressão do gás no cilindro para a pressão de trabalho em um único passo. Figura 20 - Reguladores de Pressão Fonte: Adaptado de Cobequi (2009). Mangueiras O acetileno e oxigênio são levados do cilindro para tocha de solda por meio de mangueiras feitas de borracha reforçada com as cores vermelho, preto ou verde, capaz de conduzir os gases em linhas com altas pressões a uma temperatura moderada. Mangueiras de cor verde são destinadas para o oxigênio. Essas mangueiras são especificadas pelo diâmetro interno. Os diâmetros nominais internos mais comuns são 3.2; 4.8; 6.4; 7.9; 9.5 e 12.7 mm e são comercializadas em comprimentos de 4,5 até 20 metros. Bico Os bicos, também chamados de extensões, são fixos aos maçaricos, intercambiáveis e possibilitam o soldador guiar e direcionar a chama para o trabalho com facilidade e eficiência. Os bicos de solda são geralmente feitos de ligas a base de cobre de alta condutividade térmica suficiente para reduzir o risco de superaquecimento. Os bicos de solda são feitos de diferentes tamanhos e podem ser inteiriço, isto é, de apenas uma peça ou duas. O tamanho e o tipo do bico de solda são determinados pelo diâmetro de seu orifício. O tipo de bico de solda feito para realizar um dado trabalho é determinado pelo metal a ser soldado e pela sua espessura. A vantagem do bico de solda de duas peças é que ao invés de trocar o bico completo é preciso trocar apenas a cabeça do bico ou encaixar uma pequena parte no seu final. Maçaricos Os maçaricos são dispositivos que recebem o oxigênio e o acetileno puros e fazem sua mistura na proporção, na velocidade e no volume adequados à produção da chama desejada. Basicamente, os maçaricos podem ter dois tipos: os de baixa pressão (tipo injetor) e os de media pressão (tipo misturador). No maçarico tipo misturador, os gases passam através de suas respectivas válvulas, que permitem o controle da proporção da mistura e continuam através de tubos independentes, até o ponto de encontro dos gases, sem sofrer alterações significativas de volume e pressão. Nos maçaricos injetores, o oxigênio passa a grande velocidade através de um pequeno orifício, criando um vácuo parcial que arrasta o acetileno. Os gases passam então por um tubo divergente, onde se misturam, perdem velocidade e ocorre um aumento de pressão. Em seguida, os gases se encontram na câmara de mistura e depois até o bico. Figura 21 - Maçaricos Fonte: Adaptado de JGS Ferramentas (2009). Depois de conhecer os equipamentos usados nesse processo, você estudará como é feita a escolha dos materiais de adição. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 39 SEÇÃO 4 SEÇÃO 5 Esta seção mostrará como são escolhidos os materiais de adição para soldagem oxiacetilênica. Em seguida você conhecerá a função dos fluxos. Os metais de adição usados na soldagem oxigás são fornecidos na forma de varetas, com comprimentos e diâmetros variados, escolhidos em função da espessura do metal base e da quantidade de metal a ser depositada na junta. A AWS classifica os metais de adição para soldagem dos mais variados materiais, sendo que para soldagem dos aços as varetas são normalmente especificadas em três classes, RG 45, RG 60 e RG 65, tendo uma resistência à tração mínima de 315, 420 e 470 MPa. Para soldagem dos ferros fundidos, as varetas são normalmente especificadas pelas leras RCI. Para soldagem dos aços inoxidáveis, as varetas são normalmente especificadas pelas letras ER, seguidas pelos números que normalmente correspondem à designação AISI do aço a ser soldado. Ex.: ASW ER 316. Para soldagem de alumínio e suas ligas e outros metais, os metais de adição podem ser do tipo R (vareta para soldagem a gás ou outro processo), ou do tipo ER (vareta para soldagem a gás ou eletrodo). Para o cobre e suas ligas, a designação é baseada na composição química do metal. Ex.: material de adição à base de cobre e níquel; a vareta é classificada com RCuNi. A solda feita sem material de adição deve ser usada para espessuras de metais abaixo de 3 mm. Nesta seção você estudará quais são os tipos de fluxo e o porquê de seu uso. Na próxima seção você verá os três tipos de chamas. Um fluxo ou pasta de solda é necessário para remover o filme de óxido e manter uma superfície limpa. O fluxo funde no ponto de fusão do metal de base e promove uma camada protetora (escória) contra reações com os gases atmosféricos. O fluxo normalmente penetra abaixo do filme de óxido (de ponto de fusão maior que o próprio metal base, muitas vezes) e separa e, ainda, muitas vezes o dissolve. Fluxos são comercializados na forma de pó seco, pasta ou soluções espessas. Fluxos na forma de pó são frequentemente usados para mergulhar a vareta de adição. Na forma de pasta são normalmente pincelados sobre a vareta ou sobre as peças a serem soldadas. Varetas comercialmente pré-revestidas também estão disponíveis para alguns metais. Fluxos são normalmente empregadas para soldagem de alumínio, aço inoxidável, ferro fundido e latão. Materiais de adição 40 CURSOS TÉCNICOS SENAI Fluxos SEÇÃO 6 SEÇÃO 7 Nesta seção você aprenderá os três tipos básicos de chama (chama redutora ou carburante, chama neutra ou balanceada e chama oxidante). Além da natureza química, essas chamas também se diferem na sua estrutura e forma. A chama redutora ou carburante tem excesso de acetileno. Como uma chama redutora contém carbono não queimado, sua temperatura é mais baixa que numa chama neutra ou oxidante. Tal chama é recomendada para soldar aços de alto carbono e ferro fundido. A chama neutra tem, aproximadamente, uma mesma proporção de volume de acetileno para um volume de oxigênio. Estruturalmente, ela consiste de duas partes chamadas de cone interior e cobertura exterior. Ela apresenta um cone interior claro, bem definido e luminoso indicando que a combustão é completa. Ela normalmente não afeta a composição química do metal soldado e normalmente produz uma solda de boa aparência, tendo propriedades comparáveis ao metal base. É muito usada para soldar aços estruturais de baixo carbono e alumínio. A chama oxidante apresenta um excesso de oxigênio. Ela consiste de um cone interior branco muito curto e uma cobertura exterior mais curta. Esta chama tem um som característico tipo um ronco ruidoso. A redução do cone interior é um sinal do excesso de oxigênio. Ela é a chama mais quente produzida por uma fonte de gás combustível e oxigênio. Tal chama pode oxidar o metal na poça de solda produzindo um cordão de solda com aparência suja. A chama oxidante é usada para soldar ligas a base de cobre, ligas a base de zinco e alguns metais ferrosos como aço manganês e alguns ferros fundidos. Após conhecer os tipos de chamas você verá na próxima seção as perdas e os ganhos desse processo de soldagem. Nesta seção você conhecerá os proveitos e os prejuízos do processo de soldagem. Tipos de chama Vantagens e limitações Vantagens ▪▪ É um processo versátil e simples. ▪▪ É um processo portátil. ▪▪ Usado na soldagem de chapas finas e tubos de pequenos diâmetros. ▪▪ O equipamento utilizado tem baixo custo. Desvantagem ▪▪ Tem uso restrito na indústria devido à baixa produtividade. Após estudar soldagem a gás você verá na unidade seguinte soldagem de plasma. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 41 Unidade de estudo 6 Seções de estudo Seção 1 – Definição Seção 2 – Equipamentos Seção 3 – Eletrodos Seção 4 – Consumíveis Soldagem Plasma SEÇÃO 1 Definição Nesta seção você aprenderá o que é processo de soldagem a arco plasma. O Processo de Soldagem a Arco Plasma (Plasma Arc Welding – PAW) é um processo que produz a coalescência dos metais pelo aquecimento de um arco constrito entre o eletrodo e a peça de trabalho ou entre o eletrodo e o bocal constrito da tocha. Esse gás é usualmente suprido por uma fonte auxiliar de gás de proteção. O gás de proteção deve ser um gás inerte ou uma mistura de gases inertes. O material de adição pode ou não ser utilizado. Usualmente, a definição de plasma é tida como sendo o quarto estado da matéria. Costuma-se pensar normalmente em três estados da matéria sendo eles: os sólidos, os líquidos e os gasosos. Considerando o elemento mais conhecido, a água, existem três estados: o gelo, a água e o vapor. A diferença básica entre esses três estados é o nível de energia em que eles se encontram. Se adicionarmos energia sob forma de calor ao gelo, este se transformará em água, que sendo submetida a mais calor, vaporizará. Porém se adicionarmos mais energia, algumas de suas propriedades são modificadas substancialmente, tais como temperatura e as características elétricas. Esse processo é chamado de ionização, ou seja, a criação de elétrons livres e íons entre os átomos do gás. Quando isso acontece, o gás se torna um “plasma”, sendo eletricamente condutor, pelo fato de os elétrons livres transmitirem a corrente elétrica. Alguns dos princípios aplicados à condução da corrente através de um condutor metálico também são aplicados ao plasma. Depois de entender a definição do processo de soldagem plasma você conhecerá na próxima seção os elementos utilizados. SEÇÃO 2 Equipamentos Nesta seção você será apresentado aos elementos que compõem o processo de soldagem plasma. Em seguida você conhecerá qual é o eletrodo usado. Fontes de energia A fonte de energia utilizada é de corrente constante, podendo ser um retificador, gerador ou inversores, sendo de corrente contínua com polaridade direta ou corrente alternada (pulsada). As fontes para soldagem plasma diferem das de corte, porque no corte a tensão em vazio do equipamento deve ser superior a 200 V. As fontes convencionais podem fornecer correntes de 100 a 500 A e as fontes utilizadas em microssoldagens fornecem correntes a partir de 0,1 A. Fontes com tensão em vazio entre 65 V e 80 V podem ser adaptadas para soldagem com a colocação de sistemas de abertura de arcopiloto, pré e pós-vazão. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 43 Ignitor de alta frequência A abertura do arco pode ser feita por um ignitor de alta frequência ou por meio de um arco-piloto. Para tal, a fonte de energia deve contar com uma fonte de energia auxiliar de baixa capacidade. Tochas As tochas são providas de um punho para o manuseio do soldado, um conjunto de pinças para a fixação do eletrodo, condutos para passagem de gás e água de refrigeração, um bico de cobre com orifício para a construção do arco elétrico e um bocal de cerâmica para isolação e proteção do operador. Algumas tochas têm somente um orifício central para a passagem do gás e arco, outras possuem mais orifícios para a passagem do gás auxiliar, permitindo maiores velocidades de soldagem. Na a seguir, é possível visualizar uma tocha e seus componentes. As tochas plasmas geralmente são refrigeradas a água. SEÇÃO 3 Eletrodos Nesta seção você verá que o eletrodo utilizado na soldagem plasma é o mesmo utilizado no processo TIG, de tungstênio comercialmente puro (99,5%), ou tungstênio dopado com tório ou zircônio, não sendo consumível. Para cortes em alta velocidade, tem-se utilizado um eletrodo de tungstênio dopado com óxido de lantânio, de vida mais longa que os anteriores. Os eletrodos são normalmente apontados, com ângulo que pode variar de 20 a 60°. Essa ponta poderá ser feita por esmerilagem ou por agentes químicos. Na próxima seção você estudará os combustíveis utilizados no processo de soldagem. SEÇÃO 4 Consumíveis Nesta seção você conhecerá os combustíveis usados nesse processo. Em seguida, você verá quais são as vantagens e desvantagens desse método de soldagem. Gases Em soldagem plasma, pode-se utilizar o mesmo tipo de gás tanto para a formação do plasma quanto para a proteção adicional da poça de fusão. Pode-se aplicar outros gases inertes como o hélio puro ou misturado com o argônio, porém requerem tensões mais altas para abertura do arco. A utilização do hélio desenvolve maior energia no plasma, portanto, a refrigeração do bocal do orifício tem que ser muito mais eficiente. A seleção do gás de proteção depende do tipo e da espessura do metal de base a ser soldado. Metal de adição Figura 22 - Tochas Plasma Fonte: Adaptado de SoldaMaq... (2009). 44 CURSOS TÉCNICOS SENAI A maioria das soldagens por este processo não requer metal de adição em face de sua concentração de calor e facilidade de fusão das partes, porém, caso haja necessidade, o metal de adição se apresenta na forma de vareta ou arame enrolado em bobinas. Os metais de adição usados na soldagem a plasma são os mesmos usados na soldagem TIG e MIG/MAG. Na soldagem automática, uma bobina de arame é colocada em um alimentador automático com velocidade constante. SEÇÃO 5 Vantagens e desvantagens Nesta seção você verá os ganhos e as perdas da soldagem plasma. Vantagens As vantagens do processo de soldagem a arco plasma em relação ao processo TIG ou outros processos de soldagem convencional são apresentadas abaixo. ▪▪ Maior concentração de energia e densidade de corrente, conse- quentemente, menores distorções, maiores velocidades de soldagem e maiores penetrações. ▪▪ Maior estabilidade do arco em baixos níveis de corrente, permitindo a soldagem de finas espessuras (a partir de 0.05 mm). ▪▪ O arco é mais “homogêneo” e de maior extensão, permitindo melhor visibilidade operacional, maior constância da poça de fusão e menor sensibilidade a variações no comprimento do arco. ▪▪ Menor probabilidade de contaminação do cordão por inclusões de tungstênio e de contaminação do eletrodo pelo material de adição uma vez que o mesmo se encontra dentro do bocal. Desvantagens ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪ Alto custo do equipamento (2 a 5 vezes mais que o TIG). Manutenção da pistola mais frequente (orifício calibrado) e cara. Maior consumo de gases. Exigência de maior qualificação da mão de obra. Depois de estudar soldagem plasma você conhecerá as definições, os princípios, os equipamentos e as vantagens e desvantagens do processo de soldagem por pontos. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 45 Unidade de estudo 7 Seções de estudo Seção 1 – Definição Seção 2 – Princípios da soldagem Seção 3 – Equipamentos Seção 4 – Eletrodos Seção 5 – Vantagens e desvantagens Soldagem por Pontos SEÇÃO 1 Definição Nesta seção você conhecerá o que é soldagem por pontos. Em seguida, você verá os três princípios desse processo. Na soldagem por pontos (Resistence Spot Welding – RSW), a corrente passa diretamente por um único botão de solda sendo formado. Não existe qualquer outro caminho que permita desvio ou criação de corrente parasita. Para efetuar uma boa solda é necessário que as peças façam um bom contato metal-metal. Todos os elementos (peças e eletrodos) devem ser concebidos de tal maneira que permitam a corrente chegar ao ponto desejado pelo caminho mais curto. A soldagem por pontos é apenas um dos diversos tipos de soldagem por resistência. A soldagem por resistência compreende um grupo de processos nos quais a união de peças metálicas é produzida em superfícies sobrepostas, ou em contato topo a topo, pelo calor gerado na junta através da resistência à passagem de uma corrente elétrica (Efeito Joule) e pela aplicação de pressão, podendo ocorrer uma certa quantidade de fusão na interface. Como exemplo de outros processos de soldagem por resistência, temos: ▪▪ soldagem por costura (Resistence Seam Welding – RSEW); ▪▪ soldagem por projeção (Resistence Projection Welding – RPW); ▪▪ soldagem de topo por resistência (Upset Welding – UW); ▪▪ soldagem de topo por centelhamento (Flash Welding – FW); ▪▪ soldagem por resistência a alta frequência (High Frenquency Resistence Welding – HFRW). SEÇÃO 2 Princípios da soldagem Nesta seção você conhecerá os três princípios da soldagem por pontos, que são: aquecimento, tempo e pressão. Logo, você será apresentado aos elementos que compõem esse processo. Para que possamos soldar uma peça com esse processo é necessário considerar fatores importantes. Acompanhe. Aquecimento Figura 23 - Solda por Pontos Fonte: Adaptado de Nei (2009). É a temperatura a que devem se submeter as chapas a serem soldadas. Essa temperatura deve atingir 1.300 °C no núcleo da solda para que a fusão seja adequada e não deve exceder a temperatura de 900 °C na superfície diretamente em contato com o eletrodo. Caso contrário, a estrutura granular do material será enfraquecida. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 47 Sistema mecânico O sistema mecânico consiste de um chassi, que suporta o transformador de soldagem e outros componentes dos sistemas elétrico e de controle, e de um dispositivo para fixação das peças e aplicação de pressão. Esses dispositivos têm acionamento manual, por motor elétrico, pneumático ou hidráulico. O equipamento para soldagem por resistência deve apresentar três sistemas básicos: elétrico, mecânico e de controle. Figura 24 - Aquecimento Fonte: Bracarense (2000, p. 2) SEÇÃO 4 Tempo É o tempo necessário para a corrente fluir e fazer a solda. Basicamente, usamos o tempo para desenvolver o botão de solda requerido a fim de obter a resistência mecânica ideal para o conjunto soldado. Quanto mais tempo a corrente fluir, maior será o botão de solda, até o limite do diâmetro do eletrodo usado. Pressão É a compressão sofrida pelas chapas através dos eletrodos e essa é de vital importância para o controle de qualidade da solda, porque ela afeta a resistência na face de contato dos materiais e como consequência o calor gerado. Se decrescermos a pressão ou a força dos eletrodos, o aquecimento na face dos eletrodos aumenta, podendo resultar no desgaste excessivo dos mesmos. Por outro lado, se aumentarmos excessivamente a pressão, resultará em deformação mecânica dos mesmos. Deve-se descobrir um meio termo adequado para a pressão. 48 CURSOS TÉCNICOS SENAI SEÇÃO 3 Eletrodos Nesta seção você verá quais são os sistemas usados nesse método de soldagem. Na próxima seção você estudará os eletrodos. O equipamento para soldagem por resistência possui os seguintes sistemas básicos: elétrico e mecânico Nesta seção você conhecerá a função, o tipo, como é feito esse resfriamento e os problemas mais comuns com os eletrodos. Os eletrodos têm a função de conduzir a corrente elétrica, transmitir força mecânica, manter o alinhamento das peças de trabalho, além de dissipar parte do calor gerado durante a soldagem. Equipamentos Sistema elétrico O sistema elétrico é composto por fonte de energia de corrente contínua ou alternada, mais eletrodos e conexões. As fontes de corrente alternada são do tipo energia direta, sendo que a corrente de soldagem é fornecida diretamente por um transformador monofásico. Caracteriza-se por ter capacidade limitada. As fontes de corrente continua do tipo energia direta consistem de um transformador e um circuito retificador trifásicos. Estas máquinas demandam um consumo bem menor em kVA da rede de distribuição, podendo ter capacidades mito elevadas. Tipos de eletrodos Há também tipos distintos de eletrodos, cada um com aplicação específica, tanto no que se refere ao metal a ser soldado como na posição em que será feita a solda ou geometria da peça a ser soldada. A fixação dos eletrodos é feita por rosca ou cone morse. Contudo, apresenta algumas desvantagens. ▪▪ O processo tem a limitação de poder ser empregado apenas com chapas finas (até 3 mm). ▪▪ Só podem ser soldados entre si materiais de natureza diferentes, quando suscetíveis a formar uma liga, ou quando se introduz entre eles um material intermediário que pode se ligar aos metais base. Figura 25 - Eletrodos Fonte: Bracarense (2000, p. 9). Resfriamento do eletrodo O resfriamento correto dos eletrodos tem grande importância na execução das soldas e no tempo de vida útil dos mesmos. A água deve ser levada tão perto quanto possível da ponta dos eletrodos. Problemas comuns com os eletrodos ▪▪ Eletrodos com área de contato muito grande devem ser substituídos ou afiados. ▪▪ Eletrodos com partículas metálicas encravadas devem ser limpos ou substituídos. ▪▪ Eletrodos com depressões no centro indicando fim de vida, devem ser substituídos. ▪▪ Eletrodos excêntricos, assimétricos virados e truncados devem ser corridos, pois podem causar mau aquecimento, deformação do material no ponto, mau aspecto. ▪▪ Eletrodos inclinados podem causar mau contato, acarretando em ponto ovalado, superaquecimento do material e ponto de baixa resistência mecânica. Em seguida você será apresentado às vantagens e desvantagens do processo de soldagem por pontos. SEÇÃO 5 Vantagens e desvantagens Depois de estudar vários tipos de soldagem. A unidade seguinte irá realizar as considerações finais, mostrando a simbologia e como fixar o metal na base quando houver folga. Você também irá conhecer como o ponteamento permite uma fácil, correta e econômica fixação das peças soldadas. Nesta seção você verá que antes da soldagem por resistência, as peças eram fixadas por parafusos e rebites. A soldagem por resistência oferece algumas vantagens. Confira. ▪▪ As peças soldadas por este processo têm maior resistência à vibração. ▪▪ O processo não produz respingos e escória, o que facilita a obtenção de superfícies com bom aspecto visual, dispensando acabamento final. ▪▪ Permite a soldagem dos aços, ligas inoxidáveis, cobre, bronze, zinco e magnésio. ▪▪ Permite economia de material, já permite a dispensa de elementos de fixação como parafusos, porcas, arruelas, rebites, etc. ▪▪ Baixo custo para aquisição dos equipamentos e de mão de obra. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 49 Unidade de estudo 8 Seções de estudo Seção 1 – Simbologia de soldagem Seção 2 – Execução de raiz e ponteamento Considerações Finais em Soldagem SEÇÃO 1 Simbologia de soldagem Nesta seção você aprenderá a simbologia da soldagem, que consiste de uma série de símbolos, sinais e números dispostos de uma forma particular que fornecem informações sobre uma determinada solda e/ou operação de soldagem. Dentre as várias normas que são utilizadas na simbologia de soldagem, podemos citar as que correspondem aos processos de trabalho de indústrias europeias, norte-americanas e asiáticas, tais como AWS diversas vezes citada neste material); Euronorm, norma europeia; International Standard Organization (ISO); Japanese Industrial Standards (JIS). As normas mais utilizadas no Brasil são da AWS e da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Apesar dos vários sistemas de simbologia de soldagem desenvolvidos em normas de diferentes países, esses símbolos são similares aos desenvolvidos pela, por meio da sua normas AWS A2.4 – Symbols for Welding and Nondestructive Testing (Símbolos para Soldagem e Testes Não Destrutivos). Um símbolo colocado abaixo da linha de referência determina que o procedimento de soldagem deve ser feito no lado indicado pela linha de seta; se o símbolo estiver acima da linha, a soldagem deverá ser feita no lado oposto da linha de seta. Figura 26 - Linha de Referência Fonte: Embratecno (2009). Linha de seta A linha de seta parte de uma das extremidades da linha de referência e indica a região em que deverá ser realizada a soldagem. A linha da seta pode ser colocada tanto na extremidade esquerda quanto na direita da linha de referência, devendo ser observada a estética do desenho. Linha de referência A linha de referência é um traço horizontal que serve de suporte para as informações a respeito da soldagem. Conforme sua localização, acima ou abaixo da linha da referência, os símbolos utilizados indicam ações diferentes. Figura 27 - Linha de Seta Fonte: Santos (2009, p. 3). PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 51 A linha de seta pode ser contínua ou não. Quando a linha de seta é contínua, indica que qualquer um dos lados da junta pode apresentar chanfro. A linha de seta não contínua indica o lado da junta que deverá ser chanfrado. ▪▪ Para simbolizar a solda por ponto, utiliza-se um círculo colocado no meio da linha de referência, como verificamos na figura abaixo. Figura 32 - Linha de Seta Fonte: Santos (2009, p. 4). ▪▪ O símbolo de solda por proFigura 28 - Linha de Seta Contínua Fonte: Santos (2009, p. 5). Cauda Este símbolo é chamado cauda e traz informações a respeito de procedimentos, especificação e normas estabelecidas por associações de soldagem. Essas indicações são compostas de algarismos e letras, representativos do procedimento. Se não for necessária nenhuma especificação, o desenho da cauda pode ser dispensado. ▪▪ O símbolo de solda em ângulo com cordão tipo filete é representado por um triângulo retângulo posto acima ou abaixo da linha de referência, conforme figura abaixo. Figura 30 - Solda em Ângulo ▪▪ O símbolo da solda de junta Fonte: Santos (2009, p. 3). sem chanfro é representado por duas linhas verticais, em um dos lados ou nos dois lados da linha de referência, como verificado na figura abaixo. Símbolos básicos Os símbolos básicos de soldagem transmitem as informações elementares do processo, como o tipo de solda e o chanfro utilizado. 52 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 33 - Solda por Projeção Fonte: Santos (2009, p. 4). ▪▪ Se as duas faces forem Fonte: Santos (2009, p. 3). Figura 29 - Cauda jeção é representado como um círculo colocado tangencialmente à linha de referência, acima ou abaixo dela, conforme a figura abaixo. Figura 31 - Junta sem Chamfro Fonte: Santos (2009, p. 4). convexas, o símbolo será de dois desenhos de um quarto de circunferência colocados acima, abaixo ou em ambos os lados da linha de referência. Figura 34 - Duas Faces Fonte: Santos (2009, p. 6). ▪▪ Os símbolos das juntas com chanfro são: “V” ou “X”, meio “V” ou “K”, “U” ou duplo “U”, “J” ou duplo “J”. O chanfro de uma junta é indicado por meio desses símbolos colocados na linha de referência. Os variados tipos de juntas com chanfro, seus respectivos símbolos e as representações deles nas juntas podem ser vistos na figura abaixo. Figura 35 - Linha de Seta Fonte: Santos (2009, p. 5). PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 53 ▪▪ O símbolo de perfil de solda Símbolos suplementares A simbologia de soldagem utiliza também símbolos suplementares para fornecer informações mais detalhadas a respeito do tipo de trabalho a ser feito. ▪▪ As linhas múltiplas de refe- rência, representadas na figura abaixo, são utilizadas para conter as informações a respeito das operações sucessivas de soldagem. A primeira operação será aquela indicada pela linha mais próxima e assim sucessivamente. convexo é representado por um arco colocado no símbolo de chanfro e significa que o cordão deve apresentar um excesso de material, como na figura abaixo. Figura 37 - Solda no Campo Fonte: Santos (2009, p. 8). ▪▪ O símbolo de solda em todo contorno é representado por um círculo colocado na intersecção da linha de referência com a linha de seta e indica que todo o local ao redor da junta (perímetro) deve ser soldado. Este tipo de soldagem geralmente acontece com junta em T. Figura 40 - Linha de Seta Fonte: Santos (2009, p. 10). ▪▪ O símbolo de solda cônca- Figura 36 - Linha Múltipla Fonte: Santos (2009, p. 8). ▪▪ O símbolo de solda no campo é representado por um triângulo cheio, ligado a um traço vertical e indica que a junta deve ser soldada no final da montagem do conjunto. Isso acontece no caso de soldagem de conjuntos formados por peças muito grandes que só podem ser montadas na obra. A ponta do triângulo ou bandeira deve estar sempre em posição oposta à linha de seta. Figura 38 - Solda em Todo o Contorno Fonte: Santos (2009, p. 8). va é representado por um arco colocado no símbolo de chanfro e indica que o cordão de solda deve apresentar uma concavidade ou depressão em relação à superfície da peça, conforme a figura abaixo. ▪▪ O símbolo de perfil de solda nivelado é representado por um traço horizontal colocado no símbolo de chanfro e diz respeito ao acabamento exigido para a solda, conforme a figura abaixo. Quando o perfil nivelado é requerido, o cordão de solda deve ficar no nível da peça. Figura 41 - Linha de Seta Fonte: Santos (2009, p. 10). Dimensões do cordão de solda Figura 39 - Linha de Seta Fonte: Santos (2009, p. 8). 54 CURSOS TÉCNICOS SENAI As dimensões da solda são representadas por números colocados ao lado do símbolo ou dentro dele e indicam: a altura da perna da solda, a profundidade ou o ângulo do chanfro a ser feito, a abertura da raiz, a penetração de solda ou garganta efetiva, o comprimento e o espaçamento do cordão de solda. ▪▪ No caso de solda de pernas desiguais (Figura 42), as cotas devem indicar primeiro a altura da perna e depois o seu comprimento. ▪▪ A medida de penetração ou garganta efetiva é colocada à esquerda do símbolo de solda, entre parênteses, como representado na figura abaixo. Figura 42 - Linha de Seta Fonte: Santos (2009, p. 11). ▪▪ A medida do ângulo é colocada dentro do símbolo do chanfro. A medida da profundidade do chanfro a ser feito é colocada do lado esquerdo do símbolo, como na figura abaixo. Figura 45 - Penetração Fonte: Santos (2009, p. 11). Figura 43 - Medida do Ângulo Fonte: Santos (2009, p. 11). ▪▪ Abertura de raiz é a distância, na raiz da junta, entre as duas peças a serem soldadas. A medida é colocada dentro do símbolo que representa a junta, como na figura abaixo. ▪▪ O espaçamento de uma solda descontínua também é indicado à direita do símbolo; no caso de solda descontínua coincidente, o símbolo é colocado acima e abaixo da linha de referência. A dimensão do espaçamento de uma solda descontínua intercalada também é indicada à direita do símbolo, seguida pela dimensão do comprimento, conforme a figura a seguir. Figura 44 - Abertura de Raiz Fonte: Santos (2009, p. 11). PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 55 Figura 46 - Solda Descontínua Fonte: Santos (2009, p. 12). Em seguida você estudará como prender um metal em um apoio quando houver folga. beneficiada. Abaixo, as figuras 47 e 48 mostram exemplos de dispositivos para se fixar o metal base. SEÇÃO 2 Execução de raiz e ponteamento Nesta seção você conhecerá como fixar o metal na base quando houver folga. A folga na montagem é fator determinante para a boa penetração do primeiro passe. Ela é diretamente ligada ao diâmetro do eletro utilizado. Para além desse fator, é importante verificar também a influência da polaridade, sendo que para o primeiro passe, em especial em fundo de chanfro, é recomendado utilizar polaridade direta, ou seja, o eletrodo no polo negativo, pois nesse caso, além de temos uma temperatura menor na peça, temos ainda uma convergência do arco elétrico, que do ponto de vista da penetração é bastante 56 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 47 - Dispositivo de Pré-Fixação: Cachorro Fonte: Gimenes (2009, p. 19). Figura 48 - Recurso Utilizado para Fixação de Peças Fonte: Gimenes (2009, p. 19). A finalidade do ponteamento é permitir uma fácil, correta e econômica fixação das peças a soldar. Ele consiste em executar cordões curtos e distribuídos ao longo da junta, sendo sua função básica manter a posição relativa entre as peças, garantindo a manutenção de uma folga adequada. O ponteamento pode ser aplicado diretamente na junta, nos casos em que é prevista a remoção da raiz. A geometria da peça e a sequência de pontos devem ser estudados de forma a evitar, ou minimizar as distorções ou o fechamento das bordas. Se isso não for evitado, virá a prejudicar a penetração e será preciso uma remoção excessiva de raiz, sob risco de vir a causar inclusão de escória, por exemplo. Para evitar tais inconvenientes, a técnica recomendável é partir do centro para as extremidades. O comprimento do ponto é determinado em função da experiência do soldador e deverá ser tal que garanta possíveis manobras na peça, e ao mesmo tempo resista aos esforços de contração causados pela operação de soldagem. Uma regra prática utilizada para peças com muitas vinculações é utilizar entre 1,5 a 3 vezes a espessura da chapa. Nos casos em que não é possível a remoção da raiz, ou se pretende uma junta perfeitamente penetrada sem remoção, pode-se utilizar de alguns artifícios para manter o chanfro limpo e a abertura adequada para a operação de soldagem. Figura 49 - Ponteamento Fonte: Santos (2009, p. 13). Na unidade 9 você estudará a evolução das máquinas CNC, as características, os tipos de linguagens de programação, o sistema de movimento e a referência dos eixos e sistema de coordenadas. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 57 Unidade de estudo 9 Seções de estudo Seção 1 – História e evolução das máquinas CNC Seção 2 – Características das máquinas CNC Seção 3 – Tipos de linguagens de programação Seção 4 – Sistema de movimento e referência dos eixos Seção 5 – Sistema de coordenadas História e Características das Máquinas CNC SEÇÃO 1 História e evolução das máquinas CNC Nesta seção você verá como as máquinas-ferramentas evoluíram até as máquinas CNC (Comando Numérico Computadorizado). Em seguida você estudará as características das máquinas. No desenvolvimento histórico das máquinas-ferramentas de usinagem, sempre se procurou soluções que permitissem aumentar a produtividade com qualidade superior associada à minimização dos desgastes físicos na operação das máquinas. Muitas soluções surgiram, mas até recentemente nenhuma oferecia a flexibilidade necessária para o uso de uma mesma máquina na usinagem de peças com diferentes configurações e em lotes reduzidos. A história não termina, e sim abre novas perspectivas de desenvolvimento que deixam de envolver somente máquinas operatrizes de usinagem, entrando em novas áreas. Os desenvolvimentos da eletrônica aliados ao grande progresso da tecnologia mecânica garantem essas perspectivas do crescimento. SEÇÃO 2 Características das máquinas CNC Nesta seção você conhecerá as características importantes das máquinas CNC, suas principais vantagens e recursos. O comando numérico pode ser utilizado em qualquer tipo de máquina-ferramenta. Sua aplicação tem sido maior nas máquinas de diferentes operações de usinagem, como tornos, fresadoras e centros de usinagem. Basicamente, sua aplicação deve ser efetuada em empresas que utilizam as máquinas em usinagem de peças em séries repetitivas ou em fermentarias, que usinam peças com geometrias complexas. Na aquisição de uma máquina com comando numérico deverão ser observados vários fatores relacionados com os critérios de aplicação, vantagens e recursos do equipamento. As principais vantagens são: ▪▪ facilidade de usinar perfis ▪▪ maior versatilidade do processo; Os principais recursos do CNC são: ▪▪ interpolações lineares e circu- ▪▪ vídeo gráfico para visualização ▪▪ corte de roscas; ▪▪ redução na gama utilizável de ▪▪ compensação do raio da fer- lares; ferramentas; simples e complexos; ▪▪ repetibilidade dentro dos limites próprios da máquina; ▪▪ maior controle sobre desgaste das ferramentas; ▪▪ possibilidade de correção desses desgastes; ▪▪ profundidade de corte perfeitamente controlável; ▪▪ troca automática de velocidades; ▪▪ redução do refugo; ▪▪ maior segurança do operador; ▪▪ redução na fadiga do operador; ▪▪ troca rápida de ferramentas. do campo de trabalho da ferramenta; ramenta; ▪▪ compactação do ciclo de ▪▪ programação de contornos ▪▪ menor tempo de espera; ▪▪ menor movimento da peça; ▪▪ menor tempo de preparação ▪▪ programação de velocidade de usinagem; da máquina; ▪▪ as dimensões dependem quase que somente do comando da máquina; ▪▪ simplificação dos dispositivos; ▪▪ aumento da qualidade de serviço; complexos; corte constante; ▪▪ programação com subprogramas; ▪▪ programação em coordenadas absolutas ou incrementais nos deslocamentos; ▪▪ transmissão dos programas por entrada manual de dados, cabos (rs232) ou via rede de comunicação; PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 59 ▪▪ controle de tempo de vida da ferramenta; ▪▪ programação em milímetros ou polegadas; ▪▪ programação com ciclos fixos de usinagem; ▪▪ pre-set de ferramentas de traba- lho realizado na própria máquina. Na próxima seção você poderá se familiarizar com alguns termos de programação das máquinas CNC. SEÇÃO 3 Tipos de linguagens de programação Nesta seção você conhecerá uma linguagem de programação para operar esse tipo de equipamento. Em seguida, você verá como usar o sistema de movimento para indicar as posições das ferramentas. A programação nas máquinas CNC tem como base a orientação da ferramenta para usinagem de peças. A máquina executa a programação na ordem que lhe foi fornecida, por isso é importante uma sequência correta das informações. Além dessa lógica, existem vários tipos de linguagem, sendo específicos para cada máquina. O exemplo mais popular é a APT (ferramenta automaticamente programada), utilizada desde o ano de 1959. Outras linguagens foram utilizadas durante alguns anos, porém a maioria deriva da APT. Já em relação ao processo de geração de programas CNC, três diferentes formas devem ser analisadas: manual, assistida por computador e gráfica interativa. A forma manual é desenvolvida pelo programador, que escreve as instruções que serão realizadas na 60 CURSOS TÉCNICOS SENAI usinagem da peça, detalhando as coordenadas da ferramenta em relação à peça. Já a forma assistida por computador é feita diretamente por meio do diálogo pelo computador. Assim, parte do trabalho é transferida para o computador. Com a forma gráfica interativa, o programador executa o programa de forma gráfica, podendo visualizar os percursos das ferramentas e deslocamentos da peça. Dessa maneira, a programação é feita apenas pelo programa, sem exigir esforço do programador. Muitas vezes esse programa é associado aos sistemas de CAM (Manufatura Assistida por Computador). Figura 50 - Eixos no Torno Fonte: CNC Programmer 2D (2003). SEÇÃO 4 Sistema de movimento e referência dos eixos Nesta seção você verá o sistema de movimento e referência dos eixos nas máquinas de CNC. Os movimentos das máquinas operatrizes CNC que dão origem à geometria da peça são comandados e controlados pelo comando da máquina. Para que isso seja possível, o comando deve receber a informação que permite a ele reconhecer qual dos carros, mesas, cabeçotes ou árvores de rotação ele deve comandar e controlar num dado instante. O programa CNC é quem fornece essas informações, por meio de designações normalizadas das direções e sentido dos movimentos dos componentes da máquina. As direções e os sentidos dos movimentos são designados conforme norma DIN 66217. Figura 51 - Eixos na Fresadora Fonte: CNC Programmer 3D (2003). Muitas máquinas CNC permitem o movimento rotativo da mesa de trabalho e do cabeçote da árvore, dando maior flexibilidade à máquina que pode, por intermédio disso, usinar diversos lados da peça com diferentes ângulos de posicionamento. Esses eixos rotativos da mesa e do cabeçote possuem comandos próprios e independentes dos eixos direcionais básicos dos carros. Os eixos rotativos são designados conforme a norma DIN, com letras “A”, “B” e “C” (primeiras letras do alfabeto) e os eixos principais de avanço com as letras “X”, “Y” e “Z” (últimas letras do alfabeto). Para peças especiais são usadas máquinas com mais eixos, além dos três básicos principais. Os centros de usinagem são um exemplo disso, pois além dos eixos básicos principais de avanço, eixos rotativos da mesa e cabeçote frequentemente possuem um eixo de avanço adicional. Eixos de avanço adicionais aos eixos “X”, “Y” e “Z” são designados de maneira geral pelas letras “U”, “V” e “W”. Figura 53 - Ponto de Referência de Máquina R Fonte: CNC Programmer 3D (2003). O ponto de referenciamento é uma coordenada definida na área de trabalho por meio de chaves limites e cames, que servem para a aferição e o controle do sistema de medição dos eixos de movimento da máquina. Tal coordenada é determinada pelo fabricante da máquina. Figura 54 - Ponto Zero Máquina M Fonte: CNC Programmer 3D (2003). Figura 52 - Denominação dos Eixos Rotativos da Mesa e do Cabeçote Fonte: CNC Programmer 3D (2003). O ponto zero da máquina é o ponto zero para o sistema de coordenadas da máquina (X0, Z0), e também o ponto inicial para todos os demais sistemas de coordenadas e pontos de referência existentes. Geralmente, é determinado após o referenciamento da máquina. O ponto zero peça “W” é o ponto que define a origem (X0, Z0) do sistema de coordenadas da peça. Esse ponto é definido no programa por um código de função preparatória “G” e determinado na máquina pelo operador na preparação da mesma (pre-set), levando em consideração apenas a medida de comprimento no eixo Z, tomada em relação ao zero máquina. Figura 56 - Ponto de Trajetória N Fonte: CNC Programmer 3D (2003). O ponto de trajetória “N” é um ponto no espaço. Porém, uma vez referenciada a máquina, suas coordenadas de posicionamento dentro da área de trabalho são reconhecidas pelo comando e servirão como referência na obtenção dos balanços das ferramentas (bX, bZ) quando montadas na máquina durante a preparação da mesma (ver ponta útil da ferramenta). As máquinas de usinagem a CNC possuem vários pontos de referência, conforme segue: Figura 57 - Ponto Comandado da Ferramenta P (Ponta Útil) Figura 55 - Ponto Zero Peça W Fonte: CNC Programmer 2D (2003). Fonte: CNC Programmer 3D (2003). PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 61 O ponto comandado da ferramenta é o ponto de atuação da ferramenta no perfil programado. Porém para que isso ocorra é necessário definir os valores de balanço em “X” e “Z” das ferramentas operantes, tendo como referência nas tomadas de medidas o ponto de trajetória “N”. Tais valores introduzidos no comando durante a preparação da máquina servem para efetuar os cálculos necessários para que o ponto de trajetória “N” se dê afastado do perfil programado, permitindo assim a atuação da ponta útil das ferramentas (P) na usinagem da peça. Figura 60 - Localização dos Pontos de Referência no Torno Fonte: CNC Programmer 2D (2003). SEÇÃO 5 Sistema de coordenadas Figura 58 - Ponto Comandado da Ferramenta Fonte: CNC Programmer 2D (2003). Figura 59 - Ponto Comandado da Ferramenta Fonte: CNC Programmer 2D (2003). 62 CURSOS TÉCNICOS SENAI Na elaboração do programa de usinagem para a máquina CNC o programador utiliza, para o direcionamento dos movimentos do carro ou da mesa, um sistema de coordenadas cartesianas. Toda geometria da peça é obtida com o auxílio de um sistema de coordenadas. O sistema de coordenadas é definido por linhas retas que se cruzam perpendicularmente, determinando em sua intersecção uma origem, ou seja, o “ponto zero”. Obedecendo a regra da mão direita, e uma origem determinada, tais retas representam os eixos de movimento da máquina (X, Y, Z), por meio dos quais serão tomadas as medidas dimensionais das peças utilizadas para a programação. No torno, para a programação CNC, o sistema de coordenadas utilizado é composto de dois eixos (X e Z), cujo ponto de inter- secção corresponde à origem, ou seja, ao ponto zero do sistema, e toma como referência a linha de centro do eixo-árvore da máquina, onde todo movimento transversal a ele corresponde ao eixo de coordenadas “X” (em geral relativo a diâmetro) e todo movimento longitudinal corresponde ao eixo “Z” (comprimento). Figura 61 - Origem dos Eixos Para um sistema tridimensional, são utilizados três eixos perpendiculares (90°) entre si, que podem ser designados pelos dedos da mão direita. Dessa forma é comum chamar de regra da mão direita, sendo que: ▪▪ o polegar indica o sentido positivo do eixo imaginário, representado pela letra “X”; ▪▪ o indicador aponta o sentido positivo do eixo “Y”; ▪▪ o médio mostra o sentido positivo do eixo “Z”. Figura 62 - Regra da Mão Direita Fonte: CNC Programmer 2D (2003). ▪▪ O eixo de giro na mesma direção do eixo “X” é designado como “A”; na mesma direção do eixo “Y” é designado como “B”; e na mesma direção do eixo “Z” é designado como “C”. Ou seja, a disposição dos eixos conforme a norma DIN 66217 é: ▪▪ avanços lineares............. XYZ ▪▪ avanços rotativos.......... ABC ▪▪ avanços adicionais........ UVW Para o comando de avanço e penetração nos tornos, bastam apenas dois eixos imaginários. Esses são designados pelas letras “X” e “Z”, sendo que o eixo “X” se relaciona com o diâmetro da peça, e o eixo “Z”se relaciona com as dimensões longitudinais da peça. Figura 63 - Posição dos Eixos no Torno Fonte: CNC Programmer 2D (2003). Os quadrantes são definidos a partir de uma origem predeterminada, que no caso do torno é indicada por uma linha perpendicular à linha de centro do eixo-árvore, e obedece sempre à mesma ordem independente do tipo de torre utilizada (torre traseira ou torre dianteira), portanto, o sinal positivo ou negativo introduzido na dimensão a ser programada é dado em função do quadrante no qual a ferramenta atuará. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 63 X+ Placa Peça Z+ Figura 66 - Zero Peça no Fundo Fonte: CNC Programmer 2D (2003). Figura 64 - Torre Traseira Fonte: CNC Programmer 2D (2003). X+ Placa Peça Z+ Figura 67 - Zero Peça na Face Fonte: CNC Programmer 2D (2003). Figura 65 - Torre Dianteira Fonte: CNC Programmer 2D (2003). Para fazer a programação de uma máquina a CNC podemos encontrar dois sistemas de coordenas: o sistema de coordenadas absolutas e o sistema de coordenadas incrementais. Define-se como sistema de coordenadas absolutas o sistema de coordenadas no qual o ponto a ser atingido pela ferramenta é dado tomando como referência o “zero peça”. Para a utilização desse tipo de sistema de coordenadas, deve-se raciocinar no CNC da seguinte forma: da posição em que parou a ferramenta, quanto falta para chegar ao próximo ponto. Nesse sistema, a origem preestabelecida como sendo X0, Z0, o ponto X0 é definido pela linha de centro do eixo-árvore e Z0 é definido por qualquer linha perpendicular à linha de centro do eixo-árvore. Esse processo é denominado “zero flutuante”, ou seja, pode-se flutuar em relação ao eixo Z, porém, uma vez definida a origem, ela se torna uma origem fixa, ou seja, não muda mais. Durante a programação, normalmente a origem (X0, Z0) é preestabelecida no fundo da peça (encosto da castanha), ou na face da mesma, conforme ilustração abaixo: 64 CURSOS TÉCNICOS SENAI A origem no sistema de coordenadas incrementais é estabelecida em cada movimento da ferramenta. Qualquer deslocamento efetuado irá gerar uma nova origem, ou seja, qualquer ponto atingido pela ferramenta a origem das coordenadas passará a ser o ponto alcançado. Todas as medidas são feitas pela distância a ser deslocada. Nota-se que o ponto “A” é a origem do deslocamento para o ponto “B”, e “B” será a origem para o deslocamento até o ponto “C”, e assim sucessivamente. Na unidade anterior você foi apresentado às máquinas CNC. Na próxima unidade você estudará as características e as funções existentes nesse programa. C B D A Z+ X+ Figura 68 - Origem do Deslocamento Coordenada Incremental Fonte: CNC Programmer 2D (2003). Figura 69 - Exemplo de Posicionamentos em Coordenada Absoluta e Coordenada Incremental. MOVIMENTO DE PARA P1 COORDENADAS ABSOLUTAS COORDENADAS INCREMENTAIS X Z X Z 30 60 0 0 P1 P2 30 30 0 -30 P2 P3 50 20 20 -10 P3 P4 80 20 30 0 P4 P5 80 0 0 -20 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 65 Unidade de estudo 10 Seções de estudo Seção 1 – Estrutura e características do programa CNC Seção 2 – Funções auxiliares Seção 3 – Funções miscelânea Seção 4 – Funções preparatórias Seção 5 – Funções de interpolação linear e circular Introdução à Programação CNC SEÇÃO 1 Estrutura e características do programa CNC Nesta seção você conhecerá as características e estruturas do programa CNC. São diversos os meios de elaboração dos programas, sendo os mais usados listados a seguir. Linguagem de programação A fim de facilitar o processo de desenvolvimento de programas, foram desenvolvidas linguagens de programação que facilitam ao usuário ordenar aos computadores o que fazer. Criaram-se linguagens como: ISO e EIA. Linguagem EIA/ISO Linguagem de códigos ISO, também conhecida como códigos “G”. É na atualidade a mais utilizada, tanto na programação manual como na programação gráfica, onde é utilizado o CAM. Os códigos EIA/ISO foram criados antes mesmo do aparecimento das máquinas CNC, eles eram usados nos escritórios em máquinas de escrever automáticas que utilizavam cartões perfurados. Composição de um programa CNC A composição de um programa CNC se baseia nas informações geométricas e tecnológicas neces- sárias para a execução de uma determinada peça. Tal composição deverá ser estruturada com os elementos seguintes. Observe! Cabeçalho Através do cabeçalho do programa são introduzidos o nome do programa e as funções que determinam os modos de programação necessários para a execução do programa, tais como o sistema de coordenadas empregado, o plano de trabalho desejado, o sistema de medição, etc. Comentários O caractere que define um comentário é parênteses ( ). O texto de um comentário deverá estar incluso entre os caracteres “( )” por meio do qual é possível passar instruções ou informações ao operador. Chamada de ferramenta A chamada das ferramentas operantes é feita pela função auxiliar “T” (formato T4, quatro dígitos), cujos dígitos numéricos definem o número da ferramenta e corretor, e também pelas instruções inerentes à sua utilização, tais como definição de zero peça, definição de RPM e sentido de giro. Origem zero peça Por intermédio das funções preparatórias de G54 a G59, definese a origem zero (X0, Z0) do sistema de coordenadas da peça. Definição do RPM e sentido de giro Na definição da rotação a, função preparatória G96 deverá ser utilizada quando se deseja promover a variação do RPM dentro de uma determinada faixa de rotação, caso contrário, deve-se usar a função G97, ou seja, RPM direto. Aplicando-se a função G96, com a função auxiliar “S”, determinase o valor de Vc utilizado, com o qual o comando fará os devidos cálculos de variação de RPM de acordo com os diâmetros usinados. Caso tenha sido feito o uso da função G97, a função auxiliar “S” determina apenas o valor de RPM a ser utilizado. A função G92 deverá ser utilizada sempre que for feita a programação utilizando a função G96, pois ela tem por finalidade limitar a RPM máxima aplicada, indiferente do diâmetro usinado. Já a função miscelânea M03 (sentido antihorário de giro) ou M04 (sentido horário de giro) define o sentido de giro da placa, visto frontalmente. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 67 Blocos de usinagem Um bloco de usinagem contém todas as informações necessárias à execução de uma etapa do programa. Está limitado em 43 caracteres por linha e pode ser subdividido em várias linhas de programação. O número do bloco pode ser escolhido livremente, obedecendo a uma ordem de aparecimento na programação, porém não deverá haver mais de um bloco com o mesmo número. É permitida a programação sem numeração de bloco, no entanto, nesse caso não será possível o adiantamento do programa para um bloco intermediário nem a utilização de instruções de salto. Ponto de troca O ponto de troca é um posicionamento definido na programação para promover as trocas de ferramentas necessárias à execução da peça. Final de programa O final do programa será representado por uma função miscelânea específica entendida pelo comando, e tal instrução deverá estar sozinha na sentença e na última linha de programação, a qual promoverá o retorno ao início do programa. A seguir você conhecerá as funções utilizadas nos programas CNC. SEÇÃO 2 Funções auxiliares Nesta seção são apresentadas as funções auxiliares, que englobam funções para identificar os blocos de comandos, os programas, eliminar a execução de blocos de comando, definir o avanço da ferramenta de corte e da rotação do eixo-árvore. As funções auxiliares formam um grupo de funções que completam as informações transmitidas ao comando através das funções preparatórias e funções de posicionamento, principalmente com informações tecnológicas. Dentre as funções auxiliares, podemos destacar as relatadas a seguir. Função N – Identificação de número de blocos ou sentença Cada bloco ou sentença de informação é identificado pela função “N”, seguida de até quatro dígitos. DICA A função “N” deverá ser informada no início do bloco ou sentença. Se usada esta função, deveria ser incrementada com valores, por exemplo, de cinco em cinco ou dez em dez, deixando assim espaço para possíveis modificações no programa. Exemplo N50 G0 X130. Z140. N55 G1 X132. Z138. F.2 68 CURSOS TÉCNICOS SENAI Função O – Identificação do programa Todo programa ou subprograma é identificado na memória da máquina por meio de um único número “O” composto de até quatro dígitos e vai de O0001 até O9999. Função Barra (/) – Eliminar a execução de blocos Utilizamos a função (/) quando for necessário inibir a execução de blocos ou sentenças no programa, sem alterar a programação. Função F – Define o avanço da ferramenta de corte Geralmente nos tornos CNC são utilizados avanços em mm/ rotação ou em mm/minutos. O avanço de corte é obtido levando em consideração o material, a ferramenta e a operação a ser executada. Função S – Define a rotação do eixo-árvore Por meio desta função o comando recebe informações quanto ao valor da velocidade de corte de duas maneiras diferentes. Acompanhe a seguir. 1. Velocidade de corte constante direta Quando utilizado junto com a função G96, o valor da função auxiliar “S” entra como valor de velocidade de corte constante, com o qual o comando executa os cálculos de rpm em função do diâmetro da peça, ocasionando assim uma variação de rotação durante a usinagem. Deve-se limitar o rpm máximo alcançado em função da velocidade de corte requerida, programandose a função G92 seguida da função auxiliar “S”, entrando neste caso como valor máximo de rotação a atingir. Exemplo G96 (Programação em velocidade de corte constante) S 200. (Valor da velocidade de corte) G92 S3000 M03 (Limitação de RPM máximo e sentido de giro) 2. Rotação constante indireta Quando utilizado com a função G97, o valor da função auxiliar “S” entra apenas como valor de rotação constante a ser usada da máquina, com um formato de função “S” (4 dígitos). Exemplo G97 (Programação em rpm direta) S3000 M3 (rpm constante e sentido de giro) Função T – Define a ferramenta A função T é usada para selecionar as ferramentas informando à máquina o seu zeramento, raio do inserto, sentido de corte e corretores. Geralmente, o código “T” é acompanhado de quatro dígitos. Os dois primeiros definem a posição da ferramenta na torre e os dois últimos definem o número do corretor. Exemplo T0101 Sendo que: ▪▪ o primeiro numeral (01) representa qual ferramenta será usada; e ▪▪ o segundo numeral (01) representa o corretor usado para as medidas e o desgaste do inserto. Função ; (EOB – END OF BLOCK) A função auxiliar “EOB” é representada pelo caractere “;” e é utilizada no final de cada bloco ou sentença com o intuito de finalizála para que outra possa ser aberta. SEÇÃO 3 Funções miscelânea Continuando os seus estudos, nesta seção você conhecerá os tipos de funções miscelânea existentes nesse programa. As funções miscelâneas “M” formam um grupo de funções que abrangem os recursos da máquina não cobertos pelas funções preparatórias, posicionamento, auxiliares e especiais, ou seja, são funções complementares. Essas funções têm formato “M” (2 dígitos) e são determinadas de acordo com a máquina. As funções miscelâneas estão definidas de acordo com a norma DIN 66025, dentre as quais podemos destacar abaixo as principais. M00 – Parada programada O código M00 causa parada imediata do programa, refrigerante de corte, eixo-árvore e um aviso de “AGUARDANDO INÍCIO” é mostrado no vídeo ao operador. O início é dado novamente por intervenção manual pelo botão “CYCLE START”. A função M00 é programada geralmente para que o operador possa virar a peça na placa, trocar a ferramenta manualmente, trocar faixas de rotações, etc. M01 – Parada opcional do programa Esta função causa a interrupção na leitura do programa. Ela só é executada se a tecla localizada no painel do comando “OPTlONAL STOP’” estiver ativa. Neste caso, a função M01 se torna igual à função M00. Após a parada, pressione o botão “CYCLE START” para reiniciar a leitura do programa. M02 – Fim de programa Esta função é para indicar fim do programa existente na memória do comando. Observação Esta função não retorna no início do programa. M03 – Rotação do eixo-árvore no sentido anti-horário Esta função gira o eixo-árvore no sentido anti-horário, olhando a placa frontalmente. A função M03 é cancelada por: M01, M02, M04, M05, M30 e M00. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 69 M04 – Rotação do eixo-árvore no sentido horário Aplicação: sentido horário de rotação do eixo-árvore. Esta função gira o eixo-árvore no sentido horário, olhando a placa frontalmente. A função M04 é cancelada por: M01, M02, M03, M05, M30 e M00. M05 – Parada do eixo-árvore Esta função, quando programada, para imediatamente a rotação do eixo-árvore, cancelando as funções M03 ou M04. A função M05 ao iniciar o programa já está ativa e é cancelada pelas funções M03 e M04. M08 – Liga o refrigerante de corte Este código aciona o motor da refrigeração de corte, cancela-se por: M09, M00, M01, M02 e M30. M09 – Desliga o refrigerante de corte Este código desliga o motor da bomba do refrigerante de corte e está ativo ao iniciar o programa. M24 – Abre a placa de fixação da peça M25 – Fecha a placa de fixação da peça 70 CURSOS TÉCNICOS SENAI M26 – Recua o mangote da contra-ponta Esta função quando ativada efetua o recuo da manga do contraponto. M27 – Avança Esta função quando ativada efetua o avanço da manga do contraponto. M30 – Fim de programa Esta função tem a mesma aplicação da função M02 para comandos que trabalham com memória, ou seja, fim de programa. SEÇÃO 4 Funções preparatórias Nesta seção você estudará as funções preparatórias, são elas que determinam as ações a serem executadas durante a usinagem. As funções preparatórias “G” formam um grupo de funções que definem à máquina o que fazer, preparando-a para executar um tipo de operação, ou para receber uma determinada informação. O formato da função é G2 (dois dígitos numéricos) e vai de G00 a G99. Abaixo veremos alguns exemplos de funções preparatórias. As funções podem ser: ▪▪ modais - são as funções que uma vez programadas permanecem na memória do comando, valendo para todos os blocos posteriores, a menos que modificadas por uma outra função ou a mesma, com parâmetros diferentes; ▪▪ não modais - são as funções que todas as vezes que requeridas devem ser programadas, ou seja, são válidas somente no bloco que as contém. Programação em polegada Esta função prepara o comando para computar todas as entradas de dados dimensionais em polegada. A função é modal e quando utilizada deve ser programada em um bloco separado. Observação A função código “G” depende do comando a ser utilizado. Programação em milímetro Esta função prepara o comando para computar todas as entradas de dados dimensionais em milímetros. A função é modal e, se necessário, deverá ser programada em um bloco separado. Observação A função código “G” depende do comando a ser utilizado. Função G54, G59 deslocamento de ponto zero “DPZ” A função G54, assim como G55, G56, G57, G58 e G59, é uma função que define na programação a origem zero peça. Na preparação da máquina, ela representa uma distância predeterminada por “A” (para G54), e “B” (para G55), entre o ponto zero máquina “M”, e o ponto zero peça “W”, e seus valores referemse somente ao eixo “Z”. A função G53 cancela os valores determinados pelas funções G54 a G59, retornando ao ponto zero máquina “M”. Observação As máquinas ao serem ligadas já assumem G90 como condição básica de funcionamento. Função G91 – Sistemas de coordenadas A função G91 é modal e prepara a máquina para executar todas as operações em coordenadas incrementais. Assim, todas as medidas são feitas através da distância a se deslocar. Nesse caso, a origem das coordenadas de qualquer ponto é o ponto anterior ao deslocamento. Função G92 – Estabelece limite de rotação/Estabelece nova origem Figura 70 - Deslocamento do Ponto Zero Fonte: CNC Programmer 2D (2003). ▪▪ O código G92 é utilizado como dupla função, origem de sistema de coordenadas absolutas e limite de rotação do eixoárvore. O ponto zero peça “W” como origem do sistema de coordenadas da peça (X0, Z0) pode ser definido na face de encosto da castanha ou na face da própria peça, sendo chamado no programa através das funções G54 a G59 definido pelo programador e determinado na máquina pelo operador na preparação da mesma. ▪▪ Função G92 como: nova ori- gem do sistema de coordenadas. ▪▪ A função G92 acompanhada Figura 72 - Zero Face da Peça Fonte: CNC Programmer 2D (2003). Figura 71 - Zero Encosto da Castanha Fonte: CNC Programmer 2D. das funções de posicionamento “X” e “Z” estabelece na memória do comando uma nova origem do sistema de coordenadas absolutas (X0, Z0) através da qual efetuará os cálculos dos posicionamentos posteriores. Função G90 – Sistemas de coordenadas ▪▪ Função G92 como limite má- A função G90 é modal e prepara a máquina para executar operações em coordenadas absolutas, que usam como referência uma origem (zero peça “W”) predeterminada para programação. G92 junto com a função auxiliar S4 (4 dígitos), estaremos limitando a rotação do eixo-árvore. ximo de rotação do eixo-árvore. ▪▪ Quando utilizarmos o código Função G94 – Avanço A função G94 é modal e prepara o comando para computar to- PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 71 dos os avanços programados pela função auxiliar “F” em pol/min quando utilizado juntamente com a função G20 ou mm/min quando utilizado juntamente com a função G21. Função G95 – Avanço A função G95 é modal e prepara o comando para computar todos os avanços programados pela função auxiliar “F” em pol/rot quando utilizado juntamente com a função G20 ou mm/rot quando utilizado juntamente com a função G21. Função G96 – Velocidade de corte constante Função G97 – Programação RPM – modal SEÇÃO 5 Funções de interpolação linear e circular Nesta seção você conhecerá as funções usadas para interpolação linear e circular. Função G00 – Interpolação linear com avanço rápido A função G00 realiza movimentos nos eixos da máquina com a maior velocidade de avanço disponível, portanto, deve ser utilizada somente para posicionamentos sem nenhum tipo de usinagem. A velocidade de avanço pode variar para cada modelo de máquina e é determinada pelo fabricante da mesma. 72 CURSOS TÉCNICOS SENAI Sintaxe da sentença: G00 X... Z... (M) Sendo: ▪▪ X... - definição de posiciona- mento final no eixo X (diâmetro); ▪▪ Z... - definição de posicionamento final no eixo Z (comprimento); ▪▪ M... - definição de função miscelânea (opcional). Observações ▪▪ A função G00 é modal, por- tanto, cancela (G01, G02, G03). ▪▪ Graficamente é representada por linhas tracejadas e é dada em metros por minuto. ▪▪ Utilizar a função G00 somente para posicionamentos sem nenhum tipo de usinagem. Função G01 – Interpolação linear com avanço programado A função G01 realiza movimentos retilíneos com qualquer ângulo, calculado através das coordenadas de posicionamento descritas, utilizando-se de uma velocidade de avanço (F) predeterminada pelo programador. Sintaxe da sentença: G01 X... Z... F... Sendo: ▪▪ X... - definição de posiciona- mento final no eixo X (diâmetro); ▪▪ Z... - definição de posicionamento final no eixo Z (comprimento); ▪▪ F... - avanço programado; ▪▪ M... - definição de função miscelânea (opcional). A função G01 é modal, portanto, cancela (G00, G02, G03) Exemplo Usinar a peça abaixo usando as funções G00 e G01. Desbastar a peça com passes de 5 mm no diâmetro. Deixar um sobremetal para acabamento de 1 mm no diâmetro e 0,2 mm na face. Efetuar o desbaste e o acabamento com a mesma ferramenta. Material: aço O 41 mm X 35 mm Programa de execução (Chamada de programa) (Chamada da ferramenta e corretores) G54 (Origem zero peça) G96 S180 (Prog. em Vc constante/valor de Vc) G92 S1000 M04 (Limite máximo de RPM e sentido de giro) G00 X150 Z150 (Ponto de troca inicial) G00 X36 Z37 M08 (Posicionamento para o 1º passe e liga refrigerante) G01 X36 Z20 –2 F –25 ; (Primeira passada) G00 X41 Z 37 (Recuo angular) G00 X31 Z37 (Posicionamento para o 2º passe) G01 X31 Z20 –2 (Segunda passada) G00 X36 Z37 (Recuo angular) G00 X26 Z37 (Posicionamento para o 3º passe) G01 X26 Z20 –2 (Terceira passada) G00 X31 Z37 (Recuo angular) G00 X21 Z37 (Posicionamento para o 4º passe) G01 X21 Z20 –2 (Quarta passada) G00 X26 Z37 (Recuo angular) G00 X0 Z37 (Posicionamento para início do acabamento) G01 X0 Z35 F –15 (Aproximação da ferramenta) G01 X20 Z35 (Faceamento) G01 X20 Z20 (Torneamento do rebaixo) G01 X41 Z20 (Faceamento do rebaixo) G01 X41 Z12 (Torneamento do diâmetro externo) G01 X45 – Z12 M9 (Afastamento da ferramenta/Desliga refrigerante) G00 X300 Z250 (Ponto de troca final) M30 (Final de programa) Função G02 e G03 – Interpolação circular Nas interpolações circulares a ferramenta deve se deslocar entre dois pontos, executando a usinagem de arcos predefinidos, por meio de uma movimentação apropriada e simultânea dos eixos. A interpolação circular é regida pela regra da mão direita e deslocará a ferramenta da seguinte forma: Figura 73 - Torre Traseira Fonte: CNC Programmer 2D (2003) ▪▪ ao longo de uma circunferência definida pelo tipo de torre utilizada (dianteira ou traseira) e pelo sentido de corte da usinagem; ▪▪ no sentido horário G02; ▪▪ no sentido anti-horário G03. Figura 74 - Torre Dianteira Fonte: CNC Programmer 2D (2003). PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 73 A interpolação circular pode ser efetuada da forma seguinte. ▪▪ Através da definição do valor do raio, pela função “R” de forma absoluta. Função – G41 e G42 compensação de raio de corte da ferramenta ▪▪ A função G41 ativa a compensação de raio da ponta ferramenta estando à esquerda da peça a ser usinada. ▪▪ Através das coordenadas do centro do arco, pelas funções “I” e “K”, de forma absoluta. ▪▪ As funções “I” e “K” são programadas tomando-se como referência a distância entre os centros do arco no eixo “X”, e a distância entre o centro do arco em relação à origem do sistema de coordenadas da peça, no eixo “Z”. Figura 75 - Compensação à Esquerda e Compensação à Direita Fonte: CNC Programmer 2D (2003). ▪▪ A função G42 ativa a compensação de raio da ponta ferramenta estando à direita da peça a ser usinada. ▪▪ A função G40 cancela as funções de compensação previamente solicitadas G41 ou G42, e esta ativa quando a máquina é ligada. Figura 76 - Compensação Torre Traseira e Torre dianteira Fonte: CNC Programmer 2D (2003). 74 CURSOS TÉCNICOS SENAI Nesta unidade você pôde estudar os processos de soldagem, conheceu qual é o funcionamento de uma solda. Em cada unidade você conheceu um método de soldagem: por eletrodos revestidos, MIG/MAG, TIG, oxiacetilênico e plasma. Em seguida você viu as características e a história das máquinas CNC e para concluir esta apostila foi introduzida a programação dessas máquinas. Figura 77 - Compensação Torre Traseira e Torre Dianteira Fonte: CNC Programmer 2D (2003). Figura 78 - Compensação Torre Traseira e Torre Dianteira Fonte: CNC Programmer 2D (2003). PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 75 Finalizando Durante o período de estudos você pôde conhecer as características e aplicações dos processos de usinagem a CNC e do processo de soldagem. Assim, será possível determinar o processo ideal para a fabricação de uma peça, seja ela soldada ou usinada por CNC. Ao término deste percurso você constou que esses assuntos estão em nosso dia a dia profissional. Cabe ressaltar que os conteúdos aqui tratados são apenas uma pequena parte do grande universo dos processos. Agora é com você! Aplique os conhecimentos adquiridos neste período na sua prática diária e não pare de se aperfeiçoar. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E SOLDA 77 Referências ▪▪ ALF FERRAMENTAS. Escova em aço. 2009. Altura: 37 pixels. Largura: 123 pixels. 96 dpi. 24 BIT. 1,42 Kb. Formato JPEG. Disponível em: Acesso em: 17 ago. 2009. ▪▪ ALIBABA. Cilindros de gás. 2009. Altura: 251 pixels. Largura: 345 pixels. 96 dpi. 24 BIT. 14,9 Kb. Formato JPEG. Disponível em: . Acesso em: 25 ago. 2009. ▪▪ BRACARENSE, Alexandre Queiroz. Processo de soldagem por resistência. Belo Horizonte: UFMG, 2000. Disponível em: . Acesso em: 12 jan. 2009. ▪▪ CABLEFREEBR. Solda elétrica. 2009. Altura: 95 pixels. Largura: 142 pixels. 96 dpi. 24 BIT. 4,1 Kb. Formato JPEG. Disponível em: . 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