CALDEIRARIA-SOLDAGEM

SENAI – CFP “ALVIMAR CARNEIRO DE REZENDE”

CALDEIRARIA Módulo

Soldagem

SENAI-CFP “Alvimar Carneiro de Rezende” Via Sócrates Marianni Bittencourt, 711 – CINCO CONTAGEM – MG – Cep. 32010-010 Tel. 31-3352-2384 – E-mail: [email protected]

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Presidente da FIEMG Robson Braga de Andrade Gestor do SENAI Petrônio Machado Zica Diretor Regional do SENAI e Superintendente de Conhecimento e Tecnologia Alexandre Magno Leão dos Santos Gerente de Educação e Tecnologia Edmar Fernando de Alcântara

Elaboração Unidade Operacional Centro de Formação Profissional Alvimar Carneiro de Rezende

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Sumário 1. Introdução ......................................................................................................... 7 2. Noções de Eletricidade ..................................................................................... 8 2.1. Corrente Elétrica .............................................................................................. 8 2.2. Eletromagnetismo ............................................................................................ 9 2.3. Tensão Elétrica ................................................................................................ 9 2.4. Resistência Elétrica ....................................................................................... 10 2.5. Lei de Ohm .................................................................................................... 11 2.6. Circuito Elétrico.............................................................................................. 11 2.6.1. Circuito hidráulica ...................................................................................... 12 2.6.2. Circuito de soldagem ................................................................................. 12 2.7. Tipos de Correntes ........................................................................................ 13 2.7.1. Corrente Contínua ..................................................................................... 13 2.7.2. Corrente Alternada .................................................................................... 13 3. Fontes de Corrente para Soldagem ................................................................ 15 3.1. Transformador ............................................................................................... 15 3.2. Retificador...................................................................................................... 17 3.3. Gerador.......................................................................................................... 19 3.4. Tensão de Circuito Aberto e Tensão de Trabalho ......................................... 20 3.5. Polaridade...................................................................................................... 21 3.6. Curvas Características das Fontes de Corrente ............................................ 22 3.6.1. Curva Tombante (corrente constante) ....................................................... 22 3.6.2. Curva de Tensão Constante ...................................................................... 22 4. O Arco Elétrico de Soldagem .......................................................................... 25 4.1. Características Elétricas ................................................................................ 25 4.2. Características Térmicas ............................................................................... 26 4.3. Características Magnéticas............................................................................ 26 4.4. Sopro Magnético............................................................................................ 27 5. Terminologia de Soldagem ............................................................................. 29 6. O Processo de Soldagem com Eletrodos Revestidos................................................... 41 6.1. O Eletrodo Revestido..................................................................................... 41 6.1.1. Principais Funções do Revestimento do Eletrodo ..................................... 42 6.1.2. Principais Tipos de Revestimento.............................................................. 42 6.1.3. Classificação dos Eletrodos....................................................................... 44 6.1.4. Cuidados com o Eletrodo .......................................................................... 48 6.2. Equipamentos ................................................................................................ 50 6.2.1. Estufa para armazenamento...................................................................... 50 6.2.2. Estufa para secagem................................................................................. 50 6.2.3. Estufa para manutenção da secagem ....................................................... 51 6.2.4. Estufa portátil para manutenção da secagem............................................ 51 6.2.5. Porta eletrodos .......................................................................................... 52 6.2.6. Cabos ........................................................................................................ 52 6.2.7. Ligação dos cabos de solda na peça......................................................... 54 2 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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6.3. Posto de Trabalho.......................................................................................... 54 7. Gases para soldagem ..................................................................................... 55 7.1. Introdução ...................................................................................................... 65 7.2. Gases técnicos .............................................................................................. 65 7.3. Classificação dos gases ................................................................................ 66 7.3.1. Corrente Contínua ........................................ Erro! Indicador não definido. 7.3.2. Oxigênio..................................................................................................... 66 7.3.3. Conexão - Cilindro de acetileno................................................................. 66 7.3.4. Cilindro de oxigênio ................................................................................... 67 8. Equipamentos para soldagem......................................................................... 69 8.1. Regulador de pressão de um estágio ............................................................ 69 8.2. Operação inicial do regulador de pressão ..................................................... 70 8.3. Utilização de dispositivo de segurança em instalações com cilindros ........... 70 8.4. Função da válvula de segurança unidirecional .............................................. 72 8.5. Montagem de uma válvula de segurança unidirecional em um Regulador de Pressão .................................................................................... 72 8.6. Mangueiras para oxigênio e acetileno, segundo a norma DIN 8541.............. 73 8.6.1. Instalação de mangueiras para o oxigênio e acetileno, segundo a norma DIN 8542 ...................................................................... 74 8.6.2. União de mangueiras................................................................................. 74 8.7. Maçarico para soldar (tipo injetor)..................... Erro! Indicador não definido. 8.8. Retrocesso da chama .................................................................................... 75 8.9. Combate a incêndio ....................................................................................... 76 9. Técnica de soldagem e regulagem de chama................................................. 77 9.1. Chama oxiacetilênica (chama de soldagem) ................................................. 77 9.2. Estágios da combustão de uma chama oxiacetilênica................................... 78 9.3. Proporção da mistura e tipos de chama ........................................................ 78 9.4. Regulagem de uma chama para soldar ......................................................... 79 9.5. Ângulo de inclinação do maçarico e do metal de adição em uma soldagem à esquerda........................................................................ 79 9.6. Ângulo de inclinação do maçarico e do metal de adição em uma soldagem à direita............................................................................ 80 10. Metais de base e consumíveis ........................................................................ 82 10.1. Vareta de aço-carbono cobreado para soldagem oxiacetilênica especificação AWS A5-2-69 .......................................................................... 82 11. Segurança e higiene no trabalho e prevenção de acidentes........................... 84 11.1. Introdução ....................................................... Erro! Indicador não definido. 11.2. Equipamentos de proteção individual (EPI) ................................................. 84 11.3. Liberação de substâncias poluentes pela soldagem oxicombustível ........... 85 11.4. Princípio da fabricação do acetileno ............... Erro! Indicador não definido. 11.5. Armazenagem do acetileno em cilindros de açoErro! Indicador não definido. 11.5.1.Propriedades da massa porosa .................... Erro! Indicador não definido. 3 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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11.5.2.Função dos meios de dissolução.................. Erro! Indicador não definido. 11.6. Perigos no manuseio do acetileno - desintegração do acetilenoErro! Indicador não definido 11.6.1.Causas da desintegração do acetileno......... Erro! Indicador não definido. 11.6.2.Comportamento em caso de desintegração do acetilenoErro! Indicador não definido. 11.7. Princípio da fabricação do oxigênio ................ Erro! Indicador não definido. 11.8. Perigos no manuseio do oxigênio ................... Erro! Indicador não definido. 11.8.1.Incêndio no equipamento ............................. Erro! Indicador não definido. 11.8.2.Concentração de oxigênio no ar ................... Erro! Indicador não definido. 11.9. Perigos de incêndio ........................................ Erro! Indicador não definido. 11.9.1.Quedas de fagulha ....................................... Erro! Indicador não definido. 11.9.2.Chama secundária........................................ Erro! Indicador não definido. 11.10. Soldagem e corte em recipientes e ambientes confinadosErro! Indicador não definido 11.11. Ilustrações sobre a correta manipulação de cilindros de gásErro! Indicador não definido. 12. Soldabilidade dos Aços ................................................................................... 88 12.1. Soldabilidade dos Aços-Carbono Comuns .................................................. 88 12.2. Soldabilidade dos Aços Inoxidáveis............................................................. 89 12.2.1.Aços Austeníticos ...................................................................................... 89 12.2.2.Aços Ferríticos........................................................................................... 89 12.2.3.Aços Martensíticos .................................................................................... 89 13. Endurecimento na soldagem........................................................................... 90 13.1. Junta de Topo .............................................................................................. 90 13.2. Solda em ângulo junta sobreposta............................................................... 90 13.3. Pontos de abertura de arco ou pontos de solda .......................................... 91 14. Descontinuidades na Soldagem...................................................................... 92 14.1. Tipos de Descontinuidades.......................................................................... 92 14.2. Causas e Soluções ...................................................................................... 99 14.2.1.Dificuldade na abertura do arco................................................................. 99 14.2.2.Dificuldade em manter o arco aberto......................................................... 99 14.2.3.Projeções................................................................................................... 99 14.2.4.Aquecimento exagerado do eletrodo ....................................................... 100 14.2.5.Má aparência da cordão .......................................................................... 100 15. Segurança e Higiene na Soldagem................................................................. 55 15.1. Fatores de Risco.......................................................................................... 55 15.2. Equipamento de Proteção Individual ........................................................... 58 15.2.1.Proteção Ocular e Facial ........................................................................... 58 15.2.2.Vestuário de Proteção ............................................................................... 59 15.2.3.Equipamentos de Proteção Respiratória ................................................... 62 15.3. Ambiente de Soldagem................................................................................ 63 15.3.1.Layout ........................................................................................................ 63 15.3.2.Iluminação ................................................................................................. 63 15.3.3.Ventilação .................................................................................................. 63 15.3.4.Exaustão.................................................................................................... 64 16. Deformações de peças metálicas ................................................................. 104 16.1. Conceito..................................................................................................... 104 4 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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16.2. Causas....................................................................................................... 104 16.3. Deformação pela contração ....................................................................... 104 16.3.1.Contração em juntas soldadas ................................................................ 104 16.3.2.Ordem de grandeza das contrações........................................................ 105 16.3.3.Efeitos da contração ................................................................................ 106 16.4. Tensões internas na soldagem .................................................................. 107 16.4.1.Medidas contra tensões internas na soldagem........................................ 108 16.5. Medidas contra deformação....................................................................... 108 16.5.1.Causas das deformações acentuadas..................................................... 110 16.5.2.Como evitar deformação acentuada nas juntas soldadas de topo .......... 110 16.5.3.Viga duplo “T” soldada............................................................................. 111 16.6. Montagem ajustada incorretamente........................................................... 112 16.6.1.Caixa isolada com reforços laterais .............. Erro! Indicador não definido. 16.7. Deformações causadas por contração em chapas oxicortadas.......................... 112 16.7.1.Medidas para evitar deformações pelo oxicorte ...................................... 113 16.7.2.Deformação perimétrica em peças raiadas oxicortadas devido à contração................................................................................... 114 16.8. Deformação na preparação ......................................................................... 114 16.9. Defeitos apresentados em chapas dobradas devido a tensões perimétricas causadas por oxicorte. .................................................................................. 115 16.9.1.Característica das deformações em discos de chapas finas oxicortadas ou dilatação por cisalhamento ...................... Erro! Indicador não definido. 16.10. Defeitos causados pela dilatação devido ao corte pelo processo de cisalhamento.................................................................................................. 116 16.11. Desempeno a quente ................................................................................ 116 16.11.1. Técnicas de aplicação do calor para desempeno a quente .................. 116 16.11.2. Chapa oxicortada ou cisalhada............................................................. 117 16.11.3. Desempeno a quente com barras estreitas .......................................... 118 16.12. Perfis soldados ou trefilados ...................................................................... 118 16.12.1. Perfil “I” soldado.................................................................................... 118 16.12.2. Perfil “l” com reforços soldados numa só aba ....................................... 119 16.13. Desempeno das laterais de caixas com reforços soldadosErro! Indicador não definido 16.14. Métodos de aplicação do calor................................................................... 120 16.14.1. Forças de contração ............................................................................. 121 16.14.2. Curvar vigas de perfil “U” ...................................................................... 121 16.14.3. Graduar a extensão de curvatura ......................................................... 122 16.15. Desempeno a quente de disco de chapas oxicortadas ............................... 123 16.16. Desempeno de disco de chapas a frio ....................................................... 123 16.16.1. Desempeno manual de chapas finas oxicortadas (<3/16”) ................... 123 16.16.2. Desempeno manual de barras e fitas de chapas.................................. 124 16.16.3. Desempeno manual de trefilados ......................................................... 124 16.17. Desempeno à máquina ............................................................................. 125

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Apresentação

“Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento.” Peter Drucker

O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação. O SENAI, maior rede privada de educação profissional do país,sabe disso , e ,consciente do seu papel formativo , educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência: "formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação continuada.” Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento , na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações - internet - é tão importante quanto zelar pela produção de material didático. Isto porque, nos embates diários,instrutores e alunos , nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI, fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos. O SENAI deseja , por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada ! Gerência de Educação e Tecnologia

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1. Introdução O estudo da soldagem tornou-se de extrema importância a todos aqueles que exercem funções técnicas na indústria, seja como fator de produção ou como de manutenção. Este material trata da soldagem ao arco elétrico com eletrodo revestido e procurará mostrar de forma clara e objetiva as várias questões ligadas a esse processo. Visando constituir-se num ponto de partida para aqueles que desejem estudar a matéria. No princípio, a soldagem ao arco elétrico era usada somente em operações onde se exigia pequena responsabilidade, em recuperações de peças quebradas, que não tinham funções importantes em serviço, e em operação de enchimento de peças danificadas. Não se passou muito tempo desde o início da utilização da soldagem em pequenos reparos até o atual desenvolvimento tecnológico que se encontram os processos de soldagem e cujo desenvolvimento é incessante. Em conseqüência, as concepções de componentes mecânicos passaram a incluir a soldagem, no lugar de outras técnicas, como a união por rebites e a fundição. A soldagem com eletrodos revestidos é um dos processos de soldagem mais usados, devido à simplicidade do equipamento, à qualidade das soldas, e do baixo custo dos equipamentos e dos consumíveis. Ele tem grande flexibilidade e solda a maioria dos metais numa grande faixa de espessuras. Com este processo pode-se soldar em quase todos os lugares e em condições extremas. A soldagem com eletrodos revestidos é aplicada extensivamente em fabricação e manutenção industrial, estruturas metálicas diversas, construção naval, carros, caminhões, comportas e outros conjuntos soldados. Com este trabalho, espera-se que novos caminhos para outras ações semelhantes possam ser abertos, demonstrando uma estreita ligação entre o SENAI e outras instituições e empresas na busca pela formação de mão-de-obra de alto nível.

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2. Noções de Eletricidade Existem diversos tipos de processos de soldagem, mas sabemos que alguns deles são mais utilizados devido à suas características, como, flexibilidade em termos de aplicações, custo e facilidade de treinamento de mão-de-obra. Os processos que utilizam o arco voltaico (arco elétrico de soldagem) como fonte de energia para fusão dos materiais, estão entre os mais utilizados na indústria nos dias de hoje. Por isso é necessário um conhecimento básico sobre temas relacionados com a energia elétrica.

2.1. Corrente Elétrica Corrente elétrica é a movimentação ordenada de elétrons que passam através de um condutor. Intensidade da Corrente Elétrica A intensidade da corrente elétrica é o número de elétrons que passam numa determinada área do condutor num determinado intervalo de tempo. A intensidade de corrente elétrica é expressa na unidade de medida Ampère (A).

o VB

o

o

o

o o

E VA

VB > VA Corrente

elétrica

VA

Corrente Elétrica Convencional Considera-se a corrente como sendo formada por cargas positivas, ou seja, elas se movimentam no sentido contrário ao sentido de movimento dos elétrons. Em outras palavras, a corrente elétrica que se usa (convencional) tem sentido contrário ao movimento real dos elétrons.

Corrente Real – Os elétrons se movimentam do pólo negativo para o positivo. Corrente Convencional – O sentido da corrente é do pólo positivo para o negativo. 8 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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2.2. Eletromagnetismo O eletromagnetismo consiste na atuação conjunta de fenômenos elétricos e magnéticos, e tem grande importância nos equipamentos de soldagem que utilizam energia elétrica para a geração de calor para fusão dos materiais a serem soldados Campo Magnético O campo magnético é identificado pelas “linhas de campo” O imã e a atração de metais:

Polaridade e linhas de campo:

Pólos diferentes: força de atração Pólos iguais: força de repulsão Atração

Repulsão

Campo Magnético criado por Corrente Elétrica A passagem de corrente elétrica por um condutor gera um campo magnético que é circular ao condutor. A regra da mão direita serve para identificar a orientação desse campo magnético gerado. Observação do fenômeno pela bússola:

Regra da Mão Direita:

2.3. Tensão Elétrica È a força que impulsiona os elétrons para formar a corrente elétrica. Existindo assim a diferença de potencial entre dois corpos (positivo e negativo). 9 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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Conclusão: Carga negativa move-se do potencial menor para o maior. Carga +q colocada no ponto B: Movimento da carga em direção ao ponto A. Conclusão: Carga positiva move-se do potencial maior para o menor: A diferença de potencial (ddp) é necessária para que haja condução de eletricidade.

2.4. Resistência Elétrica Qualquer oposição à passagem de corrente elétrica. Característica elétrica dos materiais que representa a oposição à passagem da corrente elétrica.

Os elétrons têm dificuldade de se movimentarem pela estrutura atômica dos materiais.

Efeito Joule Aumento de temperatura do material resistivo devido ao choque dos elétrons com os átomos. 10 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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2.5. Lei de Ohm A resistência é um bipolo passivo, pois consome energia elétrica, provocando queda de potencial no circuito.

Experimento: V V1 V = 2 = ... = n I1 I2 In

Constante ≡ resistência elétrica

V = RxI

R= V. I

I= V. R

2.6. Circuito Elétrico A força motriz da corrente elétrica é obtida sob a forma de tensão (V), por meio da fonte de corrente elétrica, em volt. 11 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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A corrente elétrica é obtida por meio de elétrons no condutor elétrico. A intensidade de corrente (I), em ampère, é equivalente a um determinado número de elétrons por segundo. Ela cresce com o aumento de tensão. A resistência elétrica R, em (Ohm), é obtida por meio de um condutor elétrico com baixo valor de condutividade elétrica, por exemplo, o arco elétrico. Todos os tipos de resistência elétrica provocam uma queda na intensidade de corrente. Comparação:

Figura 2.1: Comparação entre circuito elétrico e hidráulico 2.6.1. Circuito hidráulica A força motriz do fluxo hidráulico pode ser obtida por meio de pressão da bomba. O volume circulante é o fluxo no tubo condutor. Ele cresse com o aumento da pressão. O estreitamento obtido por meio de um registro de água e todas as outras resistências à tubulação reduzem o fluxo de água, aumentando a pressão. 2.6.2. Circuito de soldagem O arco elétrico é a principal resistência neste tipo de circuito, determinando os valores da corrente de soldagem e da tensão do arco elétrico. Nos cabos de solda se encontram resistências de valores muito pequenos.

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2.7. Tipos de Correntes 2.7.1. Corrente Contínua Corrente contínua é uma corrente elétrica que flui no mesmo sentido e normalmente com a mesma força. Para a soldagem a corrente contínua é muito importante, porque para certos processos de soldagem a arco elétrico somente a corrente contínua pode ser usada.

Nota: A corrente contínua não é praticamente usada no consumo público. 2.7.2. Corrente Alternada Corrente alternada é uma corrente elétrica que alterna permanentemente sua direção e força. Sua direção muda 120 vezes por segundo: isso significa 60 períodos (ou ciclos) por segundo, chamados de 60 Hz (hertz).

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Nota: A corrente alternada é largamente usada para o consumo público; e a tensão usada nos prédios, casas, etc, é de 110 ou 220 volts. Corrente Alternada Trifásica É uma corrente elétrica formada por três ondas defasadas de corrente alternada de 60Hz (Hertz). A corrente alternada trifásica é usada principalmente no abastecimento de rede elétrica onde são ligados aparelhos de grande consumo de energia, como, por exemplo, máquinas de soldar.

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3.

Fontes de Corrente para Soldagem

3.1. Transformador Os transformadores são as mais simples entre as fontes de energia para soldagem. São constituídos por dois enrolamentos que são denominados enrolamentos primário e secundário. Para uma identificação grosseira, o enrolamento primário é aquele que é constituído por muitas espiras de fio fino, enquanto que o enrolamento secundário é aquele que é constituído por poucas espiras de fio grosso. O transformador produz corrente alternada (fig 3.1).

Figura 3.1: Transformador

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Regulagem da Corrente no Transformador de Soldagem Por meio de um interruptor gradual, altera-se o número de espiras no primário e com isso a relação entre o primário e o secundário (fig 3.2).

Figura 3.2: Regulagem do transformador pelo interruptor gradual Mediante o movimento do núcleo de dispersão, para dentro ou para fora, altera-se o fluxo magnético no secundário.

Figura 3.3: Regulagem do transformador pelo núcleo de dispersão

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3.2. Retificador Os transformadores retificadores, apesar de serem equipamentos desenvolvidos para fornecer uma corrente retificada muito semelhante à corrente contínua, podem, desde que o fabricante ofereça a opção de desligar o retificador, ser utilizados para corrente alternada (fig 3.4). Estes equipamentos são monofásicos, ou trifásicos com bobina de equilíbrio. A bobina de equilíbrio é uma bobina complementar que permite utilizar os três fios da rede trifásica para alimentar a bobina monofásica. Os equipamentos deste grupo, equilibram naturalmente a carga sobre a rede elétrica e são de um preço ligeiramente inferior às fontes de corrente contínua. O transformador-retificador é composto de um transformador trifásico onde a corrente alternada do secundário é retificada por um conjunto de retificadores. Podemos definir o retificador como sendo um dispositivo que permite a passagem de corrente somente em um único sentido. Isto fará com que a corrente fornecida seja uma corrente alternada retificada, ligeiramente ondulada e apresentando propriedades de soldagem praticamente idênticas as da corrente contínua. Estes aparelhos são uma das melhores soluções como fonte de energia para soldagem, e são os que absorvem menor corrente no primário, dando com isto um bom equilíbrio a rede. Os postos trifásicos equilibram naturalmente a carga na rede, e devido a serem postos estáticos, sua manutenção é mínima.

Figura 3.4: Retificador 17 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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Princípio da Corrente Alternada Retificada

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3.3. Gerador Os geradores são constituídos por um motor e um gerador, a grande maioria das vezes num bloco único (fig 3.5). Quando este motor é elétrico, esta fonte é a de construção mais elaborada, necessitando de mais manutenção que as outras devido a ter peças que trabalham em rotações na faixa de 3000 rpm. Nestas condições, esta fonte também é a de maior custo inicial, e do ponto de vista da soldagem manual, são menos interessantes que as máquinas anteriormente descritas. A grande vantagem destes aparelhos é quando não se tem disponibilidade de energia elétrica, uma vez que o motor citado como componente deste equipamento não precisa ser necessariamente elétrico, podendo ser um motor de combustão normal (gasolina, óleo, etc). O gerador com motor elétrico, a gasolina, a diesel ou a álcool produz corrente contínua.

Figura 3.5: Gerador

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3.4. Tensão de Circuito Aberto e Tensão de Trabalho Circuito Aberto

Curto-Circuito (momento de abertura do arco)

Durante a Soldagem

Tensão V máximo

Intensidade de corrente I: zero

Tensão V Quase 0V

Intensidade de corrente I: muito alta

Tensão de trabalho está relacionada com 1. Na maioria dos casos, entre 20 e 30V.

Intensidade de corrente I: oscila em torno de um valor fixado.

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3.5. Polaridade Os pólos onde se ligam os eletrodos e a peça, num processo com corrente contínua, tem grande influência no arco elétrico e na qualidade do cordão de solda. Podendo ser polaridade direta (fig 3.6) e polaridade inversa (fig 3.7).

Figura 3.6: Polaridade direta (CC − )

Figura 3.7: Polaridade inversa (CC + ) 21 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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3.6. Curvas Características das Fontes de Corrente 3.6.1. Curva Tombante (corrente constante) Em soldagem manual a arco elétrico, as Curvas Características apresentam-se com acentuada inclinação. Considera-se a seguinte vantagem: Tanto para arcos curtos, quanto para longos, a variação da intensidade da corrente é pequena. Isso significa que o soldador poderá utilizar um arco longo ou curto. A variação da intensidade da corrente elétrica é pequena em relação às maiores variações de tensão.

( SMAW ) Eletrodo Revestido ( GTAW ) Tig ( SAW ) Arco Submerso

3.6.2. Curva de Tensão Constante Em processos de soldagem de metais sob atmosfera de gases de proteção, a curva característica da fonte de corrente apresenta-se com pequena inclinação (valor de tensão quase constante). Considera-se a seguinte vantagem: A variação da intensidade da corrente para arcos longos ou curtos é grande em relação à tensão. Assim, os aparelhos de soldagem têm condições de reajustar automaticamente (regulagem interna) o comprimento do arco, anteriormente ajustado para um certo valor. 22 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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dente

3.6.3. Curva Controlada Eletronicamente (corrente constante)

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As fontes de corrente, controladas eletronicamente, oferecem curvas tombantes com várias características que, diante das modificações de comprimento de arco, mantêm praticamente constante a intensidade de corrente. Todas as fontes de corrente para soldagem TIG podem, também, ser utilizadas para soldagem com eletrodo revestido. Já as fontes de corrente para soldagem a arco submerso (SAW ) trabalham com intensidade de corrente mais elevadas.

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4.

O Arco Elétrico de Soldagem

O arco elétrico de soldagem (arco voltaico) consiste numa descarga elétrica estabelecida entre um eletrodo e a peça (fig 4.1). Esta descarga elétrica é sustentada através de um gás e produz energia suficiente para a fusão dos metais que se deseja soldar.

Figura 4.1: O arco elétrico de soldagem

4.1. Características Elétricas O arco elétrico de soldagem pode ser caracterizado pela tensão (diferença de potencial) entre suas extremidades e pela corrente elétrica que circula entre as mesmas. A parte visível e brilhante do arco constitui a coluna de Plasma, as regiões mais extremas do arco, chamamos de regiões de queda anódica e catódica, podemos dizer que o arco é estabelecido entre o ânodo (pólo negativo) e o cátodo (pólo positivo). As maiores temperaturas ocorrem nas regiões de queda anódica e catódica (fig 4.2).

Figura 4.2: Queda de tensão no arco 25 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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A tensão entre as extremidades do arco, necessárias para manter a descarga elétrica, varia principalmente com a distância entre os eletrodos, chamada de comprimento do arco, com a geometria e material dos eletrodos, tipo de gás na coluna de plasma e corrente que atravessa. A polaridade dos eletrodos também influencia significativamente a estabilidade do arco. Esta estabilidade é importante, tanto do ponto de vista operacional, quanto da qualidade da solda. Arcos mais instáveis são mais difíceis de serem controlados pelo solador, que precisa de mais habilidade para mantê-lo aceso e executar a solda de maneira adequada.

4.2. Características Térmicas O arco elétrico é muito eficiente na transformação de energia elétrica em energia térmica. O calor gerado pelo arco pode ser determinado por seus parâmetros elétricos. Altas temperaturas podem ser atingidas pelo arco elétrico (fig 4.3).

Figura 4.3: Isotermas no arco elétrico

4.3. Características Magnéticas O arco de soldagem é um condutor de corrente elétrica e assim gera campos magnéticos que interferem no seu próprio comportamento, em alguns aspectos de forma favorável e em outros de forma prejudicial. Os principais efeitos com relação ao comportamento magnético do arco são: 26 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

4.3.1. Força de Lorentz Se um condutor percorrido por uma corrente elétrica (arco elétrico) é colocado numa região onde exista um campo magnético ele sofre uma força, que no caso do arco elétrico é sempre no sentido radial de fora parra dentro. 4.3.2. Jato de plasma Fluxo de gás no sentido eletrodo peça causado por uma diferença de pressão devido aos efeitos magnéticos do arco. Esse efeito é responsável pela penetração do cordão de solda e pela transferência do metal, sempre no sentido eletrodo peça, independente do sentido da corrente elétrica. 4.3.3. Efeito Pinch É o estrangulamento da parte fundida na ponta do eletrodo formando assim uma gota de metal que tende a ser transferida para a peça.

Figura 4.4: Efeito Pinch

4.4. Sopro Magnético Como o arco elétrico está, como todo condutor de corrente elétrica, submetido a um campo magnético, nos casos onde a distribuição homogênea do campo magnético é impedida, há um desvio do arco elétrico. As causas mais freqüentes de sopro magnético, especialmente no caso de corrente contínua são:

Soldagem na extremidade da peça.

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Soldagem ____________________________________________________________

Soldagem ao lado de peças de grande espessura.

Soldagem na proximidade do grampo

Medidas contra o Sopro Magnético • Alterar a inclinação do eletrodo (fig 4.5); • Ligar cabo-obra à extremidade da peça, ou trocar a ligação do cabo-obra para outra posição; • Pontear em diversos pontos; • Aquecer a peça, quando existe um membro da junta mais espesso do que o outro; • Utilizar corrente alternada no lugar de corrente contínua.

Figura 4.5: Mudança na inclinação do eletrodo

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Soldagem ____________________________________________________________

5.

Terminologia de Soldagem

Em soldagem, no que se refere à terminologia, é difícil a desvinculação dos termos técnicos da língua inglesa. Estes, sempre que possível, serão mencionados entre parêntesis para permitir um perfeito entendimento da matéria. Os termos relacionados, a seguir, são apenas alguns dos mais usuais. Os termos técnicos em língua inglesa e suas definições são encontrados numa abordagem mais complexa AWS A3.0. As designações abreviadas dos processos de soldagem mais usuais, segundo a norma AWS, encontram-se na Tabela 5.1. Tabela 5.1: Designação abreviada dos processos de soldagem - AWS A 3.0-89 DESIGNAÇÃO AWS

EGW ESW FCAW GMAW GTAW OAW OFW PAW RW SAW SMAW SW

PROCESSOS DE SOLDAGEM

Electrogas welding Electroslag welding Fluxcored arc weldind Gas metal arc welding Gas tungsten arc welding Oxyacetylene welding Oxyfuel gas welding Plasma arc welding Resistance welding Submerged arc welding Shielded metal arc welding Sutd arc welding

Soldagem eletrogás Soldagem por eletro-escória Soldagem com arame tubular Soldagem MIG/MAG Soldagem TIG Soldagem oxiacetilênica Soldagem a gás Soldagem a plasma Soldagem por resistência elétrica Soldagem a arco submerso Soldagem com eletrodo revestido Solda de pino

5.1.1. Junta (joint) A soldagem é uma operação que visa à união de peças, chama-se junta a região onde as peças serão unidas (fig 5.1).

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Soldagem ____________________________________________________________

Figura 5.1a: Tipos de juntas

Figura 5.1b: Tipos de juntas 5.1.2. Junta de Topo

Figura 5.2: Tipos de junta de topo 5.1.3. Junta de aresta

Figura 5.3: Tipos de junta de aresta 5.1.4. Junta de ângulo

Junta de ângulo em quina ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

30

Soldagem ____________________________________________________________

Junta de ângulo em L

Junta de ângulo em T

Junta de ângulo em ângulo Figura 5.4: Tipos de junta em ângulo 5.1.5. Junta sobreposta

Figura 5.5: Tipos de junta de aresta 5.1.6. Tipos de chanfro Chanfro (groove)

31 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Abertura ou sulco na superfície de uma peça ou entre dois componentes, que determina o espaço para conter a solda. Os principais tipos de chanfros são os seguintes: (Fig 5.6).

Chanfro em U (single – U – groove)

Chanfro em duplo U (double – U – groove)

Chanfro em V (single – V – groove)

Chanfro em duplo X (double – V – groove)

Chanfro em meio V (single - bevel - groove)

Chanfro em K (double – bevel – groove)

Chanfro reto (square – groove)

Figura 5.6: Tipos de Chanfros 5.1.7. Posições de soldagem Há quatro posições básicas de soldagem; a saber: plana, horizontal, vertical (ascendente ou descendente) e sobre-cabeça (fig 5.7). .

plana vertical ascen-

32 ____________________________________________________________

vertical descendente

sobre-cabeça

CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Figura 5.7: Posições de soldagem Posições de soldagem segundo o código ASME A posição mais fácil para soldagem é a plana. Qualquer desvio desta posição, não sendo pequenas variações de inclinação, torna o sucesso da soldagem muito mais difícil. Isto ocorre porque a força de gravidade não auxilia no posicionamento do metal de solda (fig 5.8). Soldagem em posição (outras que não a plana) freqüentemente se baseia nos efeitos da força do arco e da tensão superficial, portanto a posição de soldagem pode afetar as propriedades mecânicas da solda e provocar a ocorrência de defeitos. Por simplicidade, as várias posições de soldagem são codificadas conforme mostrado abaixo, por exemplo “3G”, solda de topo posição vertical ascendente.

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Soldagem ____________________________________________________________

Figura 5.8: Posições de soldagem – ASME Ângulo de deslocamento do eletrodo (travel angle) Ou ângulo de inclinação do eletrodo é o ângulo formado entre o eixo do eletrodo e uma linha referência perpendicular ao eixo da solda, localizado num plano determinado pelo eixo do eletrodo e o eixo da solda (Fig 5.9). Ângulo de trabalho (work angle) È o ângulo que um eletrodo faz com uma linha de referência posicionada perpendicularmente à superfície da chapa, passando pelo centro do chanfro, localizada em um plano perpendicular ao eixo da solda (Fig 5.9).

Figura 5.9: Ângulo de deslocamento e ângulo de trabalho Camada (layer) È a deposição de um ou mais passes consecutivos situados aproximadamente num mesmo plano. (fig 5.10). Seqüência de passes (joint buildup sequence) 34 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

É a ordem pela qual os passes de uma solda multi-passe são depositados com relação à seção transversal da junta (fig 5.10).

Figura 5.10: Camada, cordão de solda ou passe e seqüência de passes. Cobre-junta (backing) È o material ou dispositivo colocado no lado posterior da junta, ou em ambos os lados (caso dos processos eletro-escória e eletrogás), cuja finalidade é suportar o metal fundido durante a execução da soldagem. O material pode ser parcialmente fundido, já que não precisa se fundir necessariamente durante a soldagem. O mesmo pode ser metálico ou não metálico. Exemplos de cobrejunta: Metal de base, cordão de solda, material granulado (fluxo), cobre, cerâmica, carvão (fig 5.11)

Figura 5.11: Cobre-junta, mata-junta ou backing Diluição (dilution) É a modificação na composição química de um metal de adição causado pela mistura do metal de base ou do metal de solda anterior. É medido pela percentagem do metal de base ou do metal de solda anterior no cordão de solda. (fig 5.12). 35 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Figura 5.12: Diluição Dimensões da junta:

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Soldagem ____________________________________________________________

Dimensões da solda:

Figura 5.13: Dimensões da junta

Para se facilitar o entendimento e a transmissão de informações relativas ao cordão de solda foram determinados os padrões de como se medir as dimensões da solda nas diversas geometrias. Algumas delas são apresentadas a seguir (fig 5.14, fig 5.15 e fig 5.16)

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Soldagem ____________________________________________________________

Figura 5.14: Dimensões das soldas

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Soldagem ____________________________________________________________

Figura 5.15: Dimensões das soldas

Figura 5.16: Dimensões da solda

Regiões da solda

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Soldagem ____________________________________________________________

Figura 5.17: Face da solda, reforço da face e reforço da raiz

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Soldagem ____________________________________________________________

6. O Processo de Soldagem com Eletrodos Revestidos O processo de soldagem ao arco elétrico com eletrodo revestido é um processo que produz a união entre metais pelo aquecimento e fusão destes com um arco elétrico estabelecido entre a ponta de um eletrodo metálico, revestido, consumível e a superfície do metal de base na junta que está sendo soldada. O metal fundido do eletrodo é transferido através do arco elétrico até a poça de fusão do metal de base, formando assim o metal de solda. Uma escória líquida de densidade menor do que a do metal líquido, que é formada do revestimento do eletrodo e das impurezas do metal de base, sobrenada a poça de fusão protegendo-a da contaminação atmosférica. Uma vez solidificada, esta escória controlará a taxa de resfriamento do metal de solda já solidificado (fig 7.1).

Figura 6.1: Processo de soldagem com eletrodos revestidos

6.1. O Eletrodo Revestido Os eletrodos para soldagem elétrica podem ser nus ou revestidos. O eletrodo nu é simplesmente uma vareta metálica de composição definida, que já foi muito utilizada no passado, tendo cedido lugar aos modernos eletrodos revestidos que são os consumíveis mais importantes neste processo de soldagem. Tais eletrodos são constituídos pela alma metálica, revestida por um composto de materiais orgânicos e minerais de dosagem bem definida (fig 6.2). O revestimento é um produto firmemente seguro a alma do eletrodo. O revestimento pode ser considerado como a parte principal do eletrodo, pois define os vários tipos de eletrodos e também, a segurança e estabilidade da soldagem. 41 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

No revestimento podem ser introduzidos elementos de liga que passam para o metal depositado proporcionando juntas soldadas de boa qualidade.

Figura 6.2: Partes do eletrodo revestido 6.1.1. Principais Funções do Revestimento do Eletrodo • Facilitar a abertura e a manutenção do arco; • Guiar o arco em uma direção definida; • Criar em volta do arco uma cortina gasosa, que protege o arco contra a contaminação do ar atmosférico, prejudicial à solda; • Criar uma capa protetora (escória) sobre o metal fundido, atuando contra o resfriamento rápido e favorecendo a formação de um cordão de solda regular e uniforme; • Introduzir elementos de liga no metal depositado; • Facilitar a soldagem nas diversas posições de trabalho; • Dar maior penetração e aumentar a velocidade de soldagem. 6.1.2. Principais Tipos de Revestimento Os principais tipos de revestimento são: rutílico, básico, ácido, oxidante e celulósico. a) Revestimento Rutílico: Este revestimento (TiO2 – óxido de Titânio), e resulta numa escória abundante, densa e facilmente destacável (fig 7.3). Estes eletrodos caracterizam-se por serem de fácil manipulação, e por poderem ser utilizados em qualquer posição, exceto nos casos em que contenham um grande teor de pó de Ferro. Utilizados em corrente contínua ou alternada produzirão um cordão de bom aspecto, porém com penetração média ou baixa. A resistência à fissuração a quente é re42 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

lativamente baixa, e estes eletrodos são considerados de grande versatilidade e de uso geral.

Figura 6.3: Escória produzida pelo revestimento rutílico b) Revestimento Básico: Este revestimento contém grandes quantidades de carbonatos (de Cálcio ou outro material) e fluorita. Estes componentes são os responsáveis pela geração de escória com características básicas que, em adição com o dióxido de Carbono gerado pela decomposição do carbonato, protege a solda com a atmosfera. Esta escória exerce uma ação benéfica sobre a solda dessulfurando-a e reduzindo o risco de trincas de solidificação. Este revestimento desde que armazenado e manuseado corretamente, produzirá soldas com baixos teores de hidrogênio minimizando com isto os problemas de fissuração e fragilização induzidos por este elemento. A penetração é media e o cordão apresenta boas propriedades mecânicas, particularmente em relação à tenacidade. Os eletrodos com este revestimento são indicados para aplicações de alta responsabilidade, para soldagens de grandes espessuras e de elevado grau de travamento. Para além disso, é recomendado para soldagem de aços de pior soldabilidade como por exemplo, os aços de alto teor de Carbono e/ou Enxofre ou aços de composição química desconhecida. Por outro lado, este revestimento é o mais higroscópio de todos. Isto requererá cuidados especiais com o armazenamento e manuseio. c) Revestimento Ácido: Este revestimento é constituído principalmente de óxido de Ferro, Manganês e sílica. Produz uma escória ácida, abundante e porosa e também de fácil remoção. Este eletrodo pode ser utilizado nos dois tipos de corrente, apresenta penetração média e alta taxa de fusão, causando por um lado uma poça de fusão volumosa, e em conseqüência disto a limitação da aplicação as posições plana e filete horizontal. As propriedades da solda são consideradas boas para diversas aplicações, embora sua resistência à formação de trincas de solidificação seja baixa. Apresentam também uma boa aparência do cordão. 43 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

d) Revestimento Oxidante: Este revestimento é constituído principalmente de óxido de Ferro e Manganês. Produz uma escória oxidante, abundante e de fácil destacabilidade. Este eletrodo pode ser utilizado nas correntes contínua ou alternada, e apresentam uma baixa penetração (fig 7.4). O metal depositado possui baixos teores de Carbono e Manganês e, embora os aspectos das soldagens produzidas em geral sejam muito bons, não é o eletrodo adequado para aplicações de elevado risco, Atualmente, a utilização desta forma de revestimento está em decréscimo.

Figura 6.4: Penetração do eletrodo com revestimento oxidante e) Revestimento Celulósico: Este revestimento contém grandes quantidades de material orgânico (como por exemplo celulose), cuja decomposição pelo arco gera grandes quantidades de gases que protegem o metal líquido. A quantidade de escória produzida é pequena, o arco é muito violento causando grande volume de respingos e alta penetração, quando comparado a outros tipos de revestimento. O aspecto do cordão produzido pelos eletrodos com este tipo de revestimento não é dos melhores, apresentando escamas irregulares. As características mecânicas da solda são consideradas boas, com exceção da possibilidade de fragilização pelo Hidrogênio. Estes eletrodos são particularmente recomendados para soldagem circunferencial de tubulações e na execução de passes de raiz em geral (fig 7.5). Devido a sua elevada penetração e as grandes perdas por respingos, não são recomendados para o enchimento de chanfros.

Figura 6.5: Passe de raiz com eletrodo de revestimento celulósico 6.1.3. Classificação dos Eletrodos Existem várias entidades que classificam os eletrodos para soldagem a arco. No Brasil, as classificações mais adotadas são as da ABNT e da AWS. 44 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

ABNT = Associação Brasileira de Normas Técnicas. AWS = American Welding Society (Associação Americana de Soldagem). Nesta unidade, faz-se referência também a classificação segundo a norma DIN, bem como às especificações próprias dos vários fabricantes de eletrodos. Porém sempre tomando-se como referência as especificações equivalentes das normas. Classificação ABNT Os eletrodos são identificados por quatro algarismos, seguidos de uma letra. Os quatro algarismos básicos, identificadores do eletrodo, têm o seguinte significado: Limite de resistência à tração da solda em quilograma força por milímetro quadrado (kgf/mm2). O terceiro algarismo varia de 1 a 4 e indica a posição em que o eletrodo pode soldar, sendo que: 1 – todas as posições; 2 – todas as posições, com exceção da vertical; 3 – posição plana e horizontal; 4 – posição plana.

4 8 1 2 - B

O quarto algarismo varia de 0 a 5 e indica, ao mesmo tempo, a natureza da corrente e o grau de penetração da sola, sendo que: 0 – corrente contínua ou alternada e grande penetração; 1 – corrente contínua e média penetração; 2 – corrente contínua ou alternada e media penetração; 3 – corrente contínua e pequena penetração; 4 – corrente contínua e pequena penetração; 5 – corrente contínua ou alternada e pequena penetração. As letras A, B, C, O, R, T e V são utilizadas para indicar o tipo de revestimento, sendo que: A – Ácido B – Básico C – Celulósico O – Oxidante R – Rutílico T – Titânio V – Qualquer outro não mencionado anteriormente

Observação: Quanto à direita destas letras aparecer a letra “F”, é porque existe adição de pó de ferro no revestimento. 45 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Exemplo: 4 8 3 5 - B F

revestimento com adição de pó de ferro revestimento do tipo básico CA ou CC – pequena penetração Soldagem nas posições plana e horizontal

48 kgf/mm2 Classificação AWS Na classificação AWS, os eletrodos para aço doce ou de baixa liga são identificados através de uma letra e quatro ou cinco algarismos. Para os de alta liga, complementa-se com letras e números ao final do símbolo. Encontram-se, no exemplo a seguir, o significado da letra e dos algarismos: Processo Resistência mecânica do material multiplicada por mil (103 lb/pol2 ou psi) Posição de soldagem (tabela 2) Tipo de revestimento (tabela 3)

E 37 1 2 - C 1

Elementos de liga (tabela 4)

Normas AWS Tabela 6.1: Posições de soldagem Número 1 2 3 4

Posições Todas Plana e horizontal Plana Vertical, plana, horizontal e sobre-cabeça

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Soldagem ____________________________________________________________

Tabela 6.2: Revestimento do eletrodo e condições de soldagem Identificação Revestimento Posição 1 celulósico, sódio 0 ácido, ferro óxido Posição 2 celulósico, potás0 sio 1 rutílico, sódio 2 rutílico, potássio 3 rutílico, pó de fer4 ro 5 básico, sódio 6 básico, potássio 7 ácido, pó de ferro 8 básico, pó de ferro

Corrente Polaridade CC + CC CA + – CC CA + CC CA – – CC CA CC CA – CC CA + CC CA + CC CA + – CC CA +

Tabela 6.3: Elementos de liga em eletrodos Letra final

– A1 – B1, – B2, – B3, – B4, – B5 – C1, – D2 – C3 – D1, – D2 –G

Elementos

molibdênio cromo, molibdênio níquel níquel, cromo, molibdênio molibdênio, pouco manganês níquel, cromo, molibdênio, vanádio ou manganês

Exemplo de aplicação da norma AWS Vareta para soldagem a arco elétrico manual Limite de resistência à tração mínima, multiplicada por mil e expressa em lb/pol2 ou psi = 60.000 lb/pol2 Posições em que o eletrodo pode soldar, sendo: 1 – todas as posições. Corrente continua Polaridade (+) Revestimento celulósico E - 6 0 1 0 A seguir, encontra-se a tabela com o significado dos dois últimos algarismos, segundo as normas AWS.

47 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Tabela 6.4: Tipo de corrente e polaridade Dois últimos algarismos 10 11 12 13 14 15 16 18 20 24 27 28

Tipo de corrente CC CC ou CA CC ou CA CC ou CA CC ou CA CC CC ou CA CC ou CA CC ou CA CC ou CA CC ou CA CC ou CA

Polaridade

Revestimento

Inversa (+) Inversa (+) Direta (–) Inversa / Direta (+ –) Inversa / Direta (+ –) Inversa (+) Inversa (+) Inversa (+) Direta (–) Inversa / Direta (+ –) Direta (–) Inversa (+)

Celulósico Celulósico Rutílico Rutílico Rutílico Básico Básico Básico Ácido Rutílico Ácido Básico

Observação: No caso de o número ser composto de cinco algarismos, os três primeiros indicam o limite de resistência à tração. Exemplos de classificação segundo a AWS 1. Eletrodo E-7018 Resistência à tração = 70.000 lb/pol2 Posição de soldagem = todas as posições Tipo de soldagem = CA ou CC – Polaridade CC = Inversa (+) Revestimento básico 2. Eletrodo E-6020 Resistência à tração = 60.000 lb/pol2 Posição de soldagem = plana e horizontal (filetes) Tipo de corrente = CC ou CA Revestimento ácido 6.1.4. Cuidados com o Eletrodo • No que tange ao manuseio e armazenamento dos eletrodos, à sua secagem e respectiva manutenção, devem ser observados os seguintes aspectos: • As embalagens devem ser consideradas como não estanques, para efeito de aplicação dos requisitos de secagem; • Os eletrodos e varetas devem ser armazenados em estufas; • Não devem ser utilizados materiais recém-chegados, para evitar-se a armazenagem prolongada dos lotes anteriores; 48 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

• Os eletrodos devem ficar em prateleiras. Na estufa de secagem, em camadas não superiores a 50 mm, e na manutenção, em camadas não superiores a 150 mm; • Devem ser seguidas as instruções do fabricante sobre temperaturas e tempos de secagem. Por exemplo para os eletrodos de baixo hidrogênio, segundo a AWS, é recomendada uma secagem a 350o, ± 30oC por uma hora, devendo ser mantidos em estufa se secagem em temperatura não inferior a 150oC; • Devem ser elaborados formulários para controle de secagem dos eletrodos. Ressecagem: A ressecagem deve ser feita em fornos adequados. Aplicável para eletrodos básicos, para eletrodos de altíssimo rendimento, rutílicos, ferro fundido, inoxidáveis, quando necessário; para celulósicos esta deve ser evitada. Manutenção: A manutenção deve ser feita em estufas próprias com distribuição central e/ou setorial. Para os locais de aplicação a distribuição pode ser feita utilizando os cochichos no inicio de cada período de trabalho. Tabela 6.5: Armazenamento e ressecagem de eletrodos em estufas Tipo de eletrodo Básicos Altíssimo Rendimento Rutílicos Ferro fundido Inoxidáveis rutílicos Inoxidáveis básicos

Temperatura Efetiva no Pacote de eletrodos o C 325 +– 25 275 +– 25 80 +– 10 80 +– 10 275 +– 25 225 +– 25

Tempo Real na Temperatura Efetiva h 1,5 +– 0,5 1,5 +– 0,5 1,5 +– 0,5 1,5 +– 0,5 1,5 +– 0,5 1,5 +– 0,5

Tabela 6.6: Armazenamento de Eletrodos em cochichos Tipo de eletrodo Básicos Altíssimo Rendimento Rutílicos Ferro fundido Inoxidáveis

Temperatura o C 125 +– 25 110 +– 10 60 +– 10 60 +– 10 110 +– 10

49 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

6.2. Equipamentos 6.2.1. Estufa para armazenamento Pode ser um compartimento fechado de um almoxarifado, que deve conter aquecedores elétricos e ventiladores para circulação do ar quente entre as embalagens. A estufa deve manter uma temperatura de pelo menos 5oC acima da temperatura ambiente, porem nunca inferior a 20oC, e deve também estar dotada de estratos ou prateleiras para estocar as embalagens. 6.2.2. Estufa para secagem É utilizada mais para a secagem de eletrodos revestidos de baixo hidrogênio. Deve dispor de aquecimento controlado, por meio de resistência elétrica, e de renovação do ar, por meio de conversão controlada. Deve possuir pelo menos dois instrumentos controladores (termômetro e termostato), assim como prateleiras furadas ou em forma de grade. Para eletrodos revestidos de baixo hidrogênio, a estufa de secagem deve manter a temperatura até 400oC (fig. 6.6).

Figura 6.6: Estufa para secagem de eletrodos 50 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

6.2.3. Estufa para manutenção da secagem A estufa para manutenção da secagem é normalmente de menor porte que a anterior; deve atender aos mesmos requisitos de funcionamento que a estufa para secagem, exceto quando à temperatura, que deve atingir até 200oC. As estufas de construção cilíndrica com circulação de ar permitem uniformizar a distribuição de calor, evitando-se que a umidade se concentre em cantos mal ventilados, como nas estufas de formato retangular ou quadrado (fig. ).

Figura 6.7: Estufa para Manutenção da Secagem 6.2.4. Estufa portátil para manutenção da secagem Como as demais, deve dispor de aquecimento elétrico por meio de resistências e ter condições de acompanhar cada soldador individualmente (fig. 7.8).

Figura 6.8: Estufa para Manutenção da Secagem (cochicho) Para eletrodos revestidos de baixo hidrogênio, a estufa portátil deve manter a temperatura entre 60 e 100oC.

51 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

O estado de conservação das estufas portáteis deve ser periodicamente verificado, assim como o estado da conexão elétrica das estufas com a rede de energia. 6.2.5. Porta eletrodos Os porta-eletrodos servem para a fixação e energização do eletrodo (fig 7.8). É fundamental a correta fixação e boa isolação dos cabos para que os riscos de choque sejam minimizados. As garras devem estar sempre em bom estado de conservação, o que ajudará a evitar os problemas de superaquecimento e má fixação do eletrodo, podendo vir a soltar-se durante a soldagem. Um porta-eletrodo é dimensionado para trabalhar em uma determinada faixa de diâmetros. Esta limitação vem não só da abertura máxima nas garras para encaixar o eletrodo, como também, e principalmente, pela corrente máxima que pode conduzir. Porta-Eletrodo Totalmente Isolado Substituir, imediatamente, qualquer componente danificado ou o portaeletrodo, se necessário 6.2.6. Cabos

Figura 6.9: Porta eletrodo

Os cabos transportam a corrente elétrica da fonte de energia ao porta-eletrodo (cabo de soldagem), e da peça de trabalho para a fonte de energia (cabo de retorno) para possibilitar a soldagem. Os cabos podem ser de Cobre ou de Alumínio, devem apresentar grande flexibilidade de modo a facilitar o trabalho em locais de difícil acesso. É necessário que os cabos sejam cobertos por uma camada de material isolante, que deve resistir entre outras coisas à abrasão, sujeira e um ligeiro aquecimento que será normal devido a resistência à passagem da corrente elétrica. Os diâmetros dos cabos dependem basicamente dos seguintes aspectos: • Corrente de soldagem; • Ciclo de trabalho do equipamento; • Comprimento total dos cabos do circuito; • Fadiga do operador. 52 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Estes quatro itens atuam de maneira antagônica. Enquanto que para os três primeiros seria ideal o cabo com o maior diâmetro possível, (menor chance de superaquecimento para os dois primeiros e menor perda de corrente para o terceiro) no último item é exatamente o oposto, pois ocorre aqui o mesmo que com os porta-eletrodos, um cabo resistente a maiores valores de passagem de corrente é conseqüentemente mais robusto e por sua vez mais pesado causando com isto maior fadiga ao soldador. Para os cabos confeccionados em cobre, a tabela, a seguir, indica os diâmetros recomendados em função da corrente, fator de trabalho e, principalmente, comprimento do cabo. Tabela 6.7: Diâmetros recomendados para cabos em soldagem elétrica Corrente de soldagem (A) 100 180 200 200 250 300 400 500 600

Ciclo de trabalho (%) 20 20 – 30 60 50 30 60 60 60 60

Diâmetro do cabo (mm) em função de seu comprimento (m) 0 – 15 15 – 30 30 – 46 46 – 61 61 – 76 4 5 6 6,5 7,5 5 5 6 6,5 7,5 6,5 6,5 6,5 7,5 8 6 6 6,5 7,5 8 6 6 6,5 7,5 8 8 8 8 9 10 9 9 9 10 12 9 9 9 10 12 9 9 9 12 2 X 10

Ligação de cabos de solda nas fontes de corrente

Conexões (Alongar) para cabos de solda

Figura 6.9: Terminal para cabos de solda, brasado, prensado ou grampeado.

Figura 6.10: Terminal para cabos de solda isolado por meio de borracha ou mangueira sob pressão.

53 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

6.2.7. Ligação dos cabos de solda na peça É preciso garantir que a ligação dos cabos de solda na peça seja feita em superfícies de contato limpas e utilizar o grampo o mais próximo possível do local de soldagem. Exemplos de formas de ligação são mostrados na figura 7.11.

Figura 7.11: Exemplos de ligação de cabos de solda nas peças

6.3. Posto de Trabalho O posto de soldagem deve estar organizado com suas ferramentas dispostas em locais seguros de receber a peça para ser soldada. Fixador regulável Exaustão Mesa de solda Paredes de proteção Ferramentas (tenaz de ferreiro, escova de aço e picadeira) Banco Cabo-obra Fixador do porta-eletrodo Cortina

Figura 6.12: Posto de soldagem 54 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

7. Segurança e Higiene na Soldagem com Eletrodo Revestido 7.1. Fatores de Risco Em uma operação de soldagem estão presentes vários fatores que, agindo isoladamente ou em conjunto, representam sério risco à saúde do trabalhador. Tais fatores como: calor, ruído, radiação, fumos, gases, fogo e eletricidade devem ser mantidos sob controle, exigindo medidas de proteção tanto individuais quando ambientais, no sentido de proteger, não só o trabalhador envolvido diretamente na operação, como, também, outras pessoas, máquinas, equipamentos e instalações. A inobservância a tais fatores pode conduzir à formação de um ambiente inseguro, com graves conseqüências, caso um acidente venha a ocorrer, levando a prejuízos, mutilações ou até mesmo a perda de vidas. Radiação Durante a soldagem são gerados raios ultravioletas de alta intensidade, raios infravermelhos e radiação dentro do espectro visível da luz. A radiação ultravioleta: A pele exposta à radiação ultravioleta, sofre queimaduras semelhantes às provocadas pelo sol, podendo provocar ulcerações e câncer de pele. A radiação infravermelha: Agindo sobre a pele, a radiação infravermelha provoca efeito de aquecimento. Se o tempo de exposição for prolongado, provocará, também, queimaduras. Os olhos: Tanto os raios infravermelhos, ultravioletas e a radiação visível ocasionam sérios danos aos olhos, tais como: conjuntivite, irritação das pálpebras, cegueira temporária e catarata. No caso de exposição prolongada ou repetida, os danos serão maiores, podendo ocorrer uma lesão permanente. Calor É um elemento sempre presente nas operações de soldagem ou corte. Está diretamente ligado ao bem estar do soldador podendo causar, caso exceda o limite ideal para o ser humano, tonteira, enjôo, desidratação e desmaio. Seu controle é fácil, dependendo apenas de uma boa ventilação do ambiente. Ruído Presente em operações de goivagem, preparação ou reparo de juntas com o uso de esmeril, deve ser controlado com o uso de protetores auriculares, pois a exposição continua leva à diminuição da capacidade auditiva, podendo levar à surdez definitiva. 55 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Fumos e Gases Os gases empregados nas operações de soldagem bem como os fumos emanados das peças ou consumíveis podem provocar riscos à saúde do soldador e de outros profissionais que trabalham na área, devido à presença de certos elementos químicos. Além disso, a fumaça desprendida durante a soldagem pode conter partículas sólidas também prejudiciais à saúde (ver tabela 12.1). Os efeitos da exposição aos fumos são: Tonteiras, náuseas, irritação dos olhos e pele. Uma exposição constante, entretanto, pode conduzir a doenças crônicas tais como a siderose (acúmulo de ferro nos pulmões). Tabela 7.1: Valores toleráveis e os efeitos de fumos e óxidos metálicos. Elemento Alumínio Cádmio Cromo Cobre Fluoretos (fluxos) Ferro Chumbo Magnésio Manganês Níquel Vanádio Zinco Monóxido de carbono Óxidos nitrosos Ozônio

Valores Limites Toleráveis (mg/m3 /8 horas)

Efeitos

ND 0,1 1,0 0,1 2,5 10,0 0,2 15,0 5,0 1,0 0,1 5,0 5,5 – 0,2

A, F H, F, I, M* I, N, B A O, L, I C, B H, L A H, K N, A A B H A, C, F, O A, E, F

*2500 mg/m3 é FATAL ND – não determinado Inflamação do sistema respiratório e pulmão: dores de cabeça, letargia, irritação dos olhos, fluido no pulmão; Febre devido ao fumo: sabor de metal, calafrios, sede, febre, dor muscular, fadiga, dor de cabeça, náuseas, após 3 dias desaparecimento dos sintomas; Bronquite crônica; Distúrbios visuais; Crise de asma (quando em presença de elementos alérgicos); Edema pulmonar; Enfisema; Intoxicação; Gastrite (inflamação do estômago e intestino); Dispnéia (dificuldade de respiração, “falta de ar”); Manganismo (efeitos neurológicos semelhantes ao “Mal de Parkinson”); Anemia; Nefrite crônica (inflamação dos rins) Possibilidade de câncer; Aumento da densidade dos ossos e ligamentos

56 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

A maioria dos gases de proteção não apresentam toxidade, porém podem provocar asfixia por ocupar o lugar do oxigênio na atmosfera, cujos sintomas são tonteira, inconsciência e morte. A radiação ultravioleta, muito intensa nos processos TIG e MIG/MAG é capaz de decompor desengraxantes utilizados na limpeza das peças, como o tricloroetileno e o percioroetileno, ale, de ser grande auxiliar na formação do ozônio e óxidos nitrosos, responsáveis por irritação nos olhos e inflamações no nariz e garganta. Eletricidade A eletricidade, hoje presente na imensa maioria dos processos de soldagem e, ainda, nos processos de corte por fusão (corte a plasma). Se uma fonte externa de eletricidade for “conectada” ao nosso corpo, esta certamente irá interferir em seu funcionamento (tabela 12.2). Tabela 7.2: Efeitos do choque elétrico no organismo. Intensidade da corrente

Efeito

Até 5 mA

Formigamento fraco

5 até 15 mA

Formigamento forte

15 até 50 mA

Espasmo muscular

50 até 80 mA

Dificuldade de respiração, desmaios

8 mA até 5A

Fibrilação ventricular, parada cardíaca, queimaduras de alto grau

Acima de 5A

Morte

Esses efeitos são conseqüência da quantidade de eletricidade que percorre o corpo humano, ou seja, dependem da intensidade de corrente elétrica, e esta é função da tensão aplicada e da resistência elétrica oferecida, obedecendo a lei de Ohm. V = RxI Fórmula 1

ou

I=V/R Fórmula 2

Portanto, para se trabalhar com segurança, devemos possuir a MAIOR RESISTÊNCIA POSSÍVEL e devemos trabalhar com a MENOR TENSÃO POSSÍVEL.

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Soldagem ____________________________________________________________

7.2. Equipamento de Proteção Individual Os equipamentos de proteção individual (EPI) são projetados com a finalidade de evitar ou amenizar lesões ou ainda doenças que possam ocorrer nas operações de corte e soldagem ou outras inerentes ao ambiente em que a tarefa for desenvolvida. 7.2.1.

Proteção Ocular e Facial

Máscaras de soldador devem ser usadas pelos soldadores durante as operações de corte e soldagem a arco elétrico, exceto par a soldagem a arco submerso. As máscaras de soldador (fig 12.1) protegem a face, testa, pescoço e olhos contra as radiações de energia emitidas diretamente pelo arco e contra salpicos provenientes da soldagem. Os óculos são também indispensáveis ao equipamento do soldador, como também para todos aqueles que devem trabalhar próximos aos locais onde essas atividades são desenvolvidas Nas operações de corte e soldagem a gás, deve-se também usar óculos com lentes e filtros adequados para proteção.

Figura 7.1: Máscara de Soldagem Lentes de Cobertura Proteção dos filtros nos capacetes, máscaras e óculos, contra salpicos de soldagem e arranhões. As lâminas protetoras devem ser transparentes, de vidro ou plástico autoextinguível, e não precisam ser resistentes ao impacto. 58 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Lentes Filtrantes Absorção dos raios infravermelhos e ultravioletas, protegendo os olhos de lesões que poderiam ser ocasionadas por estes raios. A redução da ação nociva das radiações também diminui a intensidade da luz, o que faz com que o soldador não canse demasiadamente os seus olhos durante o trabalho. O uso de proteção em excesso, embora confira excelente proteção, dificulta a execução da soldagem ou corte, assim o número da lente a ser usada deve ser escolhida de acordo com o nível de corrente que vai ser usada para soldar (tabela 12.3) ou de acordo com o processo de soldagem utilizado (tabela 12.4). As máscaras de solda, óculos de proteção, assim como todo EPI necessário para um trabalho seguro deve ser de uso pessoal e intransferível, a menos que sejam submetidos a rigorosos critérios de limpeza, manutenção e desinfecção. Tabela 7.3: Filtro em função da Corrente de soldagem FILTRO Nº

INTENSIDADE DE CORRENTE DE SOLDAGEM(A)

6 8 10 12 14

até 30 de 30 até 75 de 75 até 200 de 200 até 400 acima de 400

Tabela 7.4: Seleção de lentes em função do processo de soldagem PROCESSO/OPERAÇÃO DE SOLDAGEM

Eletrodo revestido – diâmetro até 4 mm Eletrodo revestido – diâmetro de 4,8 até 6,4 mm Eletrodo revestido – diâmetro acima de 6,4 mm TIG MIG/MAG Soldagem a gás – espessuras até 3,2 mm Soldagem a gás – espessuras de 3,2 mm até 12,7 mm Soldagem a gás – espessuras acima de 12,7 mm Corte (leve) – espessuras até 25 mm Corte (médio) – espessuras de 25 até 150 mm Corte (pesado) – espessuras acima de 150 mm 7.2.2.

SUGESTÃO PARA O Nº DE LENTE FILTRANTE

10 12 14 12 12 4 ou 5 5 ou 6 6 ou 8 3 ou 4 4 ou 5 5 ou 6

Vestuário de Proteção

O vestuário protetor mais apropriado para cada tipo de corte e soldagem é variável com a natureza, tamanho e localização do trabalho a ser desenvolvido. Estes vestuários devem ser utilizados a fim de proteger as áreas expostas do 59 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

soldador de radiações de energia emitidas pelo arco, como também de salpicos e faíscas provenientes da soldagem.

Luvas

Figura 7.2: Vestuário de proteção

Todos os soldadores devem usar luvas em bom estado nas duas mãos. As luvas protegem as mãos contra queimaduras, principalmente aqueles resultantes de radiações emitidas pelo arco, e também evitam choques elétricos, em contatos eventuais com uma peça nua sob tensão (pó exemplo: no momento de troca de eletrodos).

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Soldagem ____________________________________________________________

Para trabalhos leves, podem ser usadas luvas de raspa de couro, luvas de vaqueta ou luvas de couro de porco. Para trabalhos pesados, devem ser usados luvas de couro, ou outros materiais apropriados, resistentes ao fogo. Macacões, Casacos, Aventais, Mangas e Perneiras Devem ser usados quando houver necessidade, em função do tipo de trabalho e do processo de soldagem ou corte utilizado. Podem ser feitos de couro ou de outro material resistente ao fogo, e proporcionam proteção adicional às áreas expostas do corpo do soldador contra radiações e faíscas provenientes da soldagem ou corte. É sempre preferível que as partes do vestuário de proteção sejam feitas de tecidos à base de amianto, pois este não se incendeia facilmente e protege o soldador do calor emanado durante a soldagem ou corte. A superfície exterior das roupas deve estar totalmente isenta de óleo e graxa. Devido aos salpicos e faíscas provenientes da soldagem e corte, que podem ser arremessados causando lesões aos soldadores, é recomendável que os punhos, golas e todas as aberturas do vestuário sejam bem abotoadas e todos os bolsos eliminados. As roupas devem ser escuras para reduzir a reflexão das radiações para o rosto sob a máscara. As calças e os macacões não deverão ter bainhas. Cuecas, meias e outras roupas feitas a partir de nylon ou poliéster, apesar de não queimarem tão facilmente quanto as de algodão, queimam-se e derretem formado uma plástica quente que adere à pele e causa sérias queimaduras. Vestuário Tratado Quimicamente São também utilizadas vestimentas de materiais tratados com retardadores de fogo. Esta característica não é permanente e, após cada lavagem ou limpeza, as vestimentas devem sofrer um novo tratamento. É comum o tratamento químico do amianto a fim de reduzir a sua combustibilidade. Capuz ou Gorro Para a Cabeça Durante as operações de corte ou soldagem, aumenta-se a probabilidade de ocorrerem lesões e queimaduras na cabeça do soldador. Capuzes ou Gorros devem ser fabricados em couro ou outro material resistente ao fogo. Botina Todos os soldadores, operadores de solda e corte devem proteger seus pés, através do uso de botinas de segurança com biqueira de aço, solado injetado e sem cadarços (fixação por elásticos laterais) como um EPI de uso obrigatório.

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Soldagem ____________________________________________________________

Protetores Auriculares Os protetores auriculares devem ser utilizados pelos soldadores nos lugares determinados pelo setor de segurança no interior da fábrica. Tais protetores podem ser do tipo “plugue de inserção” ou tipo “fone de ouvido” (concha). 7.2.3.

Equipamentos de Proteção Respiratória

A utilização destes equipamentos se faz necessária quando ocorrem operações de soldagem e corte em áreas confinadas, ou quando são usados processos e/ou materiais com alto teor tóxico, portanto, sempre nas ocasiões em que o oxigênio for deficiente ou houver acumulação de gases tóxicos. Um equipamento de respiração individual deve sempre ter uma boa manutenção e quando for transferido de um trabalhador para outro, deve ser devidamente desinfetado. Em áreas confinadas, tais como: tanques, flares, esferas, silos, vasos em geral, dutos, pernas de jaqueta (plataformas de petróleo), etc., deve-se providenciar, obrigatoriamente exaustão local e ventilação geral para manter a concentração de gases tóxicos, fumos e poeiras abaixo das concentrações consideradas nocivas. Se poluentes atmosféricos estiverem dentro dos limites de tolerância, ou porque o trabalho é intermitente, ou por outras razões, os soldadores não precisam usar equipamentos de proteção respiratória. Se, por outro lado, houver superação dos limites de tolerância estabelecidos, ou se houver deficiência de oxigênio, deverá ser previsto, obrigatoriamente, um sistema de “ar mandado”, com máscaras (respiradores) tipo queixo (especialmente fabricado em conjunção com a máscara de solda) ou um equipamento autônomo de proteção respiratória. O “ar mandado” deverá ser limpo, sem contaminação (inclusive de óleo do compressor de ar), dando-se preferência a um ventilador externo que canalize o ar por mangueiras adequadas. Sob nenhuma hipótese poderá ser utilizado oxigênio para ventilar ou purificar qualquer ambiente, sob risco de uma explosão ambiental (utilizar ar comprimido). Quando o corte ou solda envolver metais de base com cobertura contendo elementos como zinco, berílio, chumbo, cádmio e seus compostos, deverá haver uma ventilação geral e exaustão local para manter os poluentes atmosféricos em concentração abaixo dos limites de tolerância estabelecidos. Trabalhos de corte e soldagem ao ar livre envolvendo chumbo, mercúrio e cádmio devem ser feitos obrigatoriamente com sistemas de proteção (respiradores com filtro). 62 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

7.3. Ambiente de Soldagem As operações de soldagem e corte, sempre que possível, devem ser realizadas em ambiente apropriado, especialmente projetado para oferecer a máxima condição de segurança, além de proporcionar conforto à pessoa que realiza a tarefa. Quando a operação for realizada “no campo” deve-se procurar reproduzir as condições ideais, tanto quanto possível. Os aspectos abaixo apresentados representam as condições mínimas para se ter um ambiente adequado e seguro. 7.3.1.

Layout

As passagens e vias de fuga devem ser mantidas livres e desimpedidas. Equipamentos, cabos, mangueiras e demais anexos devem estar protegidos contra o calor intenso e salpicos. Deve ser providenciada a instalação de anteparos de madeira ou lona, em forma de cortina, biombo ou cabina. Qualquer material combustível ou inflamável deve ser removido das oficinas de soldagem e corte, que deve estar provida de um sistema de combate a incêndio. Em caso de impossibilidade de remoção, estes devem estar protegidos das chamas, centelhas e respingos de metal fundido. 7.3.2.

Iluminação

O tipo de iluminação depende do tamanho e do layout da oficina e a prática tem demonstrado a viabilidade de lâmpadas tubulares fluorescente os mistas. Quando houver boxes, estes devem estar providos de iluminação individual. A luz do dia, mais recomendada, ou artificial, devem incidir sobre a área de trabalho vinda do alto e por trás, reduzindo o ofuscamento e produzir uma luminosidade uniforme. O índice mínimo de iluminação é de 250 lux. 7.3.3.

Ventilação

A ventilação natural é aceitável para operações em áreas não confinadas. Em oficinas de soldagem, para que ela ocorra de maneira efetiva, alguns prérequisitos são necessários: A ventilação transversal deve ser livre, sem bloqueios por paredes, divisórias ou outras barreiras; A altura do teto deve ser superior a 6 metros, necessária à criação de uma corrente de ar por convecção; A área de soldagem deve conter no mínimo 285 m3 de ar, para cada soldador. Se a ventilação natural for insuficiente: Deve ser adotado um sistema mecânico capaz de renovar, no mínimo, 57 m3 de ar, por minuto. Sua instalação deve ser 63 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

planejada de modo a impedir a concentração de fumos em “zonas mortas” e o fluxo dos gases e fumos à face do soldador. Tabela 7.5: Ventilação mínima requerida em função do diâmetro do eletrodo DIÂMETRO DO ELETRODO

VENTILAÇÃO MÍNIMA REQUERIDA

POLEGADAS

MILÍMETROS

(M3 /MIN, POR SOLDADOR)

3/16 ou menor

4,8 ou menor

57

1/4

6,4

100

3/8

9,5

128

7.3.4.

Exaustão

Um sistema de ventilação pode controlar de forma global os níveis de poluição na área, não significando, com isso, que esteja sendo eficiente no local onde esta poluição é gerada. Daí a necessidade da exaustão local, empregada próxima à fonte geradora para retirada dos elementos contaminantes antes mesmo que estes atinjam a zona de respiração do soldador. Tabela 7.6: Valores para uma exaustão adequada. ZONA DE SOLDAGEM DO

FLUXO DE SOLDAGEM

DIÂMETRO DO DUTO

ARCO OU TOCHA (mm)

3

(m / min)

pol

mm

100 até 150 150 até 200 200 até 250 250 até 300

4,25 7,8 12,1 16,6

3 3½ 4½ 5½

75 90 115 140

Figura 7.3: Exaustão em ambiente fechado 64 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

8. O Processo de Soldagem Oxigás 8.1. Introdução No processo de soldagem a gás, são utilizados gases combustíveis, como o acetileno, o propano, o GLP, o gás comburente, como o oxigênio. Este capítulo sobre “gases para soldagem” é básico para que você possa acompanhar o desenvolvimento das aulas, apresentando tópicos, ilustrações, tabelas, exercícios e outros, que serão devidamente complementados e esclarecidos, para sua compreensão da importância dos gases no processo oxigás, quanto à classificação, características dos gases combustíveis, em combinação com o oxigênio, princípio de fabricação e armazenagem dos mesmos.

8.2. Gases técnicos TIPOS DE GASES CARACTERÍSTICAS COR DE IDENTIFICAÇÃO COMBINAÇÃO PESO EM RELAÇÃO AO AR

OXIGÊNIO

ACETILENO

PROPANO

Preta

Vermelha

02

C2H2

C3H8

Mais pesado

Mais leve

Mais pesado

CONSUMO

Cilindro coberto com camada de gelo, no caso de consumo excessivo

Limitado Pressão máxima 1,5 Bar

Cilindro coberto com uma camada de gelo, no caso de consumo excessivo

EMPREGO

Gás comburente

Gás combustível

Gás combustível

RISCOS

O aumento da quantidade no ar aumenta a velocidade de queima; proibida a presença de óleo e de gordura

Explosivo em quantidades acima de 2,4 vol. % em ar

Explosivo entre 2,12% e 9,39% de vol. no ar. Asfixia devida ao deslocamento do ar puro.

Em geral, os gases utilizados na técnica de soldagem e corte são armazenados em diferentes estados, em cilindros de alta pressão. No caso de construção de cilindros para armazenar gases, devem-se seguir as exigências impostas pela norma. 65 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

8.3. Classificação dos gases São considerados gases para soldagem os que se utilizam na técnica de soldagem a gás Acetileno (C2H2) Propano (C3H8) Gás Natural

Gases combustíveis Gases para soldagem Oxigênio (02) 8.3.1. Gases combustíveis

Gases combustíveis são aqueles que, em combinação com o oxigênio (O2), queimam, produzindo calor, necessário para soldagem e oxicorte, brasagem, chamas para pré-aquecimento e desempeno. 8.3.2. Oxigênio O oxigênio (O2) é um gás indispensável em qualquer combustão. É incolor, não tóxico, inodoro e mais pesado que o ar. O método de obtenção mais empregado é a liquefação do ar. Não combustível, no entanto é indispensável em toda combustão. Na presença do ar, aumenta a temperatura de combustão e a velocidade de queima de materiais essencialmente combustíveis. Por causa do disso, devese evitar terminantemente a concentração de oxigênio no posto de trabalho, nunca utilizando oxigênio em serviços como ventilação, jateamento ou resfriamento de peças. O oxigênio torna-se explosivo, quando em contato com partes cobertas com óleo, gordura, etc., principalmente em alta pressão. O oxigênio é encontrado em seu estado normal na forma de gás. CaC2 Carbureto de Cálcio

+

H2O

→

água

C2H2 etileno

+

OCa óxido de cálcio

8.3.3. Conexão - Cilindro de acetileno Representação Cor de identificação: vermelha Conexão do regulador: conexão com rosca à esquerda

66

Figura 8.1 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

8.3.4. Cilindro de oxigênio Identificação Cor de identificação: preta ou verde Conexão do regulador: conexão com rosca à direita

Figura 8.2 Exercícios Assinale com um tadas a seguir:

a alternativa correta em cada uma das questões apresen-

1 - Qual dos gases combustíveis é mais pesado que o ar? a) acetileno b) propano c) gás natural d) oxigênio 2 - Qual dos gases combustíveis, em combinação com o oxigênio, oferece maior velocidade de combustão? a) acetileno b) gás natural c) propano d) nitrogênio 3 - Qual a temperatura de ignição mais baixa de uma chama resultante da mistura acetileno-oxigênio? a) 100°C b) 300°C c) 500°C d) 800°C 4 - Em que porcentagem o oxigênio é encontrado no ar? a) 21% b) 25% c) 41% d) 78% 5 - Qual das seguintes características não pertence ao oxigênio? a) incolor b) tóxico c) inodoro d) sem gosto 67 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

6 - Quais são os tipos de chamas do processo oxigás?

7 - Além de soldar e cortar, para que serve o maçarico a oxigás

8 - Cite cinco nomes de metais.

68 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

8.4. Equipamentos para soldagem 8.4.1. Regulador de pressão de um estágio A função do regulador de pressão é receber uma alta pressão, como, por exemplo, a pressão do cilindro ou da rede de alimentação para uma pressão de trabalho já reduzida e constante.

Figura 8.3 Legenda

Oxigênio

Acetileno

Propano

O

A

P

Cor de identificação

Preta

Vermelha

-

Conexão do cilindro

Porca 3/4" com rosca à direita

Conexão tipo estribo

Conexão com rosca à esquerda

Conexão das mangueiras

Porca com rosca à direita

Porca 3/8” com rosca à esquerda

Porca com rosca à esquerda

Letra de identificação

Quando o regulador de pressão não estiver sendo utilizado, o diagrama deve estar aliviado, o que significa que o cone da válvula está fechado. 69 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

8.4.2. Operação inicial do regulador de pressão

Figura 8.4 - Conexão do Regulador de Pressão em um cilindro de gás cheio.

Fazer limpeza nas conexões com ar seco. Controlar as juntas de vedação; substituir por uma nova, em caso de avarias. A conexão, tipo estribo, deve estar correta e fortemente enroscada. Fazer teste de estanqueidade (com espuma de sabão). 8.4.3. Utilização de dispositivo de segurança em instalações com cilindros A fixação adequada de cilindros de gás e das mangueiras, com correntes, braçadeiras ou outros instrumentos, torna-se indispensável em trabalhos de soldagem ou corte. Na utilização de um maçarico tipo misturador, a situação exige maiores cuidados. Porém, no caso de um maçarico do tipo injetor, quando se efetuam trabalhos rápidos e onde o soldador ou maçariqueiro tenha uma visão ampla da posição dos cilindros, a situação é menos perigosa. 70 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Figura 8.5 Segurança em Regulador de Pressão

Figura 8.6 Válvula corta-fluxo (comandada por pressão ou temperatura) ou disposi-tivo para cilindro. Dispositivos de segurança devem ser obrigatoriamente instalados nos punhos do maçarico e nas mangueiras, assim como válvulas secas nos reguladores. 71 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

8.4.4. Função da válvula de segurança unidirecional A válvula de segurança unidirecional visa impedir: a entrada do ar ou oxigênio no condutor do gás combustível; o retrocesso da chama na rede de abastecimento ou no cilindro de acetileno; o suprimento do gás combustível após o retrocesso da chama.

Figura 8.7

Nota: Quando houver retrocesso de chama, com a interrupção do suprimento de gás combustível, a válvula terá de ser removida e, após detectar e eliminar a causa do retrocesso, a mesma válvula terá de ser acionada, com o auxílio do pino ativador. Recomenda-se fazer limpeza de válvula e mangueira com ar comprimido (isento de óleo) ou nitrogênio, para eliminar resíduos da combustão, antes de recolocá-la em operação. Montagem de uma válvula de segurança unidirecional em um Regulador de Pressão A figura abaixo, à esquerda, mostra a função exercida pela válvula, sob o fluxo normal do gás combustível (setas brancas) e quando ocorre o retrocesso (setas pretas), cortando automaticamente o suprimento do gás. À direita, um exemplo de uma válvula corretamente montada em um regulador de pressão. 72 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Figura 8.8

Dispositivo de segurança para mangueira

Figura 8.9 Dispositivo para punho do maçarico

Figura 8.10 Atenção: As instalações e dispositivos de segurança devem ser inspecionados anualmente. 8.4.5. Mangueiras para oxigênio e acetileno, segundo a norma DIN 8541

Figura 8.11 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

73

Soldagem ____________________________________________________________

Instalação de mangueiras para o oxigênio e acetileno, segundo a norma DIN 8542 As peças utilizada na ligação de mangueiras, segundo norma DIN 8542, são fabricadas de uma liga de cobre-zinco. Segundo a norma DIN 17660, a porcentagem de cobre desta liga não pode exceder 70%.

Figura 8.12 União de mangueiras Para união de mangueiras com diâmetro interno suficiente para ligação com bucha dupla, segundo a norma DIN 8542, ou para acoplamento, segundo a norma DIN 8544.

Figura 8.13 8.4.6. Maçarico para soldar (tipo injetor)

Figura 8.14 74 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Atenção! Usar bicos adequados. Observar as regras do serviço (tabelas, etc.). Estar atento para que as porcas e conexões estejam sempre apertadas. Fazer teste de sucção no equipamento.

8.5. Retrocesso da chama No caso de retrocesso da chama, na soldagem a gás (assovio alto), deve-se proceder da seguinte forma: 1 - Fechar imediatamente a válvula de oxigênio; 2 - Fechar imediatamente a válvula de gás combustível. Equipamentos de soldagem e corte que tenham sofrido retrocesso de chama devem ser resfriados em água, com a válvula de oxigênio aberta. Observação Os maçaricos para soldagem e corte trabalham corretamente, apenas quando a ligação entre o punho e o bico está perfeitamente ajustada. A ajustagem é verificada pelo teste de sucção. Neste caso, apenas uma mangueira no maçarico de soldagem está conectada. Quando as válvulas de oxigênio e gás estão abertas, pode-se perceber um efeito de sucção na ligação das mangueiras.

Figura 8.15 Outros vazamentos no maçarico podem ser detectados, mergulhando-se o equipamento em água. Conservação e manutenção de aparelhos de solda e cote oxicombustível As peças de equipamentos de solda e corte oxicombustível devem permanecer isentos de óleo e de qualquer outra substância gordurosa. Os maçaricos e reguladores devem ser conservados limpos diariamente. Os equipamentos de solda e corte oxicombustível, com defeito e uma vez reparados, podem ou não ser reutilizados. O bico do maçarico, uma vez obstruído, só poderá ser limpo através de agulhas especiais ou soluções químicas. 75 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

A manutenção desses equipamentos só poderá ser executada por pessoal especializado. As peças de substituição devem ser originais.

8.6. Combate a incêndio Um incêndio pode ser controlado quando uma das condições abaixo é eliminada: 1) oxigênio 2) material combustível 3) temperatura suficiente A condição 1 é eliminada quando a alimentação do oxigênio é eliminada. Ex: fechar a válvula do oxigênio Abafar a chama ou material em combustão com cobertor ou usar outros meios de combate a incêndio (extintor de incêndio, por ex.) A condição 2 é eliminada quando a alimentação do material combustível é eliminada. Ex: fechar a válvula do gás combustível e afastar das proximidades do local do incêndio os materiais combustíveis. A condição 3 é eliminada quando a dissipação do calor é maior do que o calor provocado. Ex: dissipação do calor através de resfriamento com água. Exercícios Assinale com um tadas a seguir:

a alternativa correta em cada uma das questões apresen-

1 - O que identifica as porcas para conexão de mangueira para gases combustíveis? a) são pintadas de vermelho b) são pintadas de laranja c) têm um entalhe característico d) não têm entalhe 2 - Que tipo de rosca tem uma porca para conexão de mangueiras para gases combustíveis? a) rosca interna à direita b) rosca interna à esquerda c) rosca externa à direita d) rosca externa à esquerda 3 - Em que peça do maçarico é instalado o injetor? a) no punho b) na extensão do maçarico c) no tubo misturador 76 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

d)

no bico de soldar

4 - Que cor têm as mangueiras dos gases combustíveis? a) vermelha b) azul c) laranja d) amarela 5 - Que tipo de rosca tem uma conexão para ligação de cilindro de oxigênio? a) conexão com rosca à esquerda b) conexão com rosca à direita c) conexão tipo estribo d) conexão tipo flexível

8.7. Técnica de soldagem e regulagem de chama 8.7.1. Chama oxiacetilênica (chama de soldagem)

Figura 8.16

77 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

8.7.2. Estágios da combustão de uma chama oxiacetilênica

Figura 8.17

8.7.3. Proporção da mistura e tipos de chama

Figura 8.18

78 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

8.7.4. Regulagem de uma chama para soldar Regulagem da chama de acordo com metais de base diferente Regulagem da chama

Excesso de acetileno

Normal

Excesso de oxigênio

Aço-carbono

–

+

–

Ferro fundido

+

Cobre

–

+

–

Latão

–

–

+

Alumínio

+

–

–

Legenda + bom aceitável – ruim 8.7.5. Ângulo de inclinação do maçarico e do metal de adição em uma soldagem à esquerda Soldagem à esquerda para aços de até 3 mm de espessura.

Figura 8.19 O ângulo de inclinação do maçarico e da vareta depende da posição e da técnica de trabalho aplicada.

Figura 8.20

Deslocamento do maçarico e do metal de adição 79 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Vantagens

Desvantagens

Cordão de solda liso ou pouca rugosidade

Grande perda de calor

Pouca introdução de calor

Propicia avanço do poço de fusão sobre o metal não fundido

Recomendável para soldagem em espesDifícil para controlar a penetração da raiz sura até 3mm

8.7.6. Ângulo de inclinação do maçarico e do metal de adição em uma soldagem à direita Soldagem à direita em peças de aço com espessura acima de 3 mm.

Figura 8.21 O ângulo de inclinação do maçarico e da vareta depende da posição e da técnica de trabalho aplicada.

Figura 8.22 Deslocamento do maçarico e do metal de adição 80 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Vantagens

Desvantagens

Introdução de calor concentrado

Cordão de solda rugoso

Excelente para penetração da raiz

Difícil aplicação em peça com espessura menor que 3 mm

Velocidade de resfriamento pequena Melhor proteção da peça de fusão

Exercícios Assinale com um tadas a seguir:

a alternativa correta em cada uma das questões apresen-

1 - Qual a proporção da mistura do acetileno e oxigênio em uma chama neutra? a) 1 : 1 b) 1 : 3 c) 2 : 4 d) 5 : 6 2 - Qual a proporção da combustão do acetileno para o oxigênio em uma chama neutra para soldar? a) 1 : 1 b) 1 : 2, 5 c) 2 : 3 d) 8 : 15 3 - Qual a temperatura de uma chama oxiacetilênica na zona de trabalho? a) 1200°C b) 2500°C c) 3200°C d) 3800°C 4 - Qual a influência de uma chama com excesso de acetileno sobre aço? a) endurecimento do aço b) amaciamento do aço c) queima do aço d) porosidade no aço 5 - Qual o consumo total de litros de oxigênio, por hora, em uma chama neutra para soldar uma chapa de aço de 4 mm de espessura? a) 800 b) 1000 c) 1200 d) 2500 81 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

6 - O que se entende por soldagem à direita? a) o maçarico se desloca atrás da vareta b) o comprimento da vareta é feito com a mão esquerda c) a vareta de solda se desloca atrás do maçarico d) o sentido da soldagem é da direita para a esquerda 7 - A soldagem à direita é recomendada em material com espessura acima de: a) 2mm b) 3mm c) 4mm d) 5mm

8.8. Metais de base e consumíveis 8.8.1. Vareta de aço-carbono cobreado para soldagem oxiacetilênica - especificação AWS A5-2-69 Esse tipo de consumível é classificado com base na resistência à tração do metal de solda depositado. A classificação de uma vareta de ferro cobreado e de aço-carbono tem a forma descrita abaixo:

Onde encontramos a seguinte legenda: 1

R - significa vareta ou arame

2

G - significa soldagem a gás

1+2 RG - designa vareta para a soldagem a gás 3

XX - dígitos, em número de dois algarismos, que indicam, aproximadamente, o limite mínimo de resistência à tração do metal de solda, em psi.

Exemplo

TABELA XVIII – PROPRIEDADES MECÂNICAS Classificação AWS

Limite mínimo de resistência a tração (XSI)

RG 45

45

RG 60

60

RG 65

65

82 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Exercícios Assinale com um tadas a seguir:

a alternativa correta em cada uma das questões apresen-

1 - Qual o valor limite do teor de carbono, para efeito de soldabilidade do açocarbono comum? a) 0,11% b) 0,22% c) 0,6% d) 2,6% 2 - Qual a propriedade de um aço que aumenta com o aumento do teor de carbono? a) a soldabilidade b) a deformação c) a resistência à tração d) a resistência ao impacto 3 - Qual dos aços abaixo relacionados tem uma soldabilidade limitada? a) St 37C b) St 44 c) St 50 d) St 52 4 - Qual a condição que provoca dureza na margem do cordão de solda? a) o teor de carbono do metal de base abaixo de 0,22% b) o resfriamento lento da peça c) o resfriamento rápido da peça d) o pré-aquecimento da peça 5 - O que significam os dígitos RG na classificação do consumível, segundo a norma AWS A5-2-69? a) vareta b) soldagem a gás c) resistência à tração d) vareta para soldagem a gás 6 - O que é considerado para a classificação de uma vareta para soldagem a gás, segundo a norma de AWS A5-2-69? a) a composição química da vareta b) o dobramento do metal de solda depositado c) a resistência à tração do metal de solda depositado d) a resistência ao impacto do metal de solda depositado

83 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

8.9. Prevenção de acidentes Em todos os setores relacionados com o trabalho industrial, o profissional deve estar consciente de suas atividades bem como dos riscos decorrentes da utilização dos equipamentos manuseados. É desejável, anda, que possa adotar medidas capazes de minimizar acidentes, permitindo o desempenho do trabalho e forma segura e eficaz. Este capítulo se destina ao acompanhamento das aulas, quando haverá oportunidades de complementar o texto, apresentado sob forma de itens, ilustrações, sinóticos, tabelas e exercícios. Através dele são apresentados os perigos envolvidos na soldagem a gás, descrevendo as principais medidas de segurança que devem ser adotadas, no sentido de prevenir acidentes e, como tratá-los, caso ocorram. 8.9.1. Equipamentos de proteção individual (EPI)

PEÇAS DE EPI

PROTEÇÃO CONTRA

OBSERVAÇÃO

Vestimenta de proteção (casaco de couro)

Raios Respingos

É proibido o uso de peças de nylon ou peron em ambientes confinados. Deve ser usada vestimenta de difícil combustão

Sapatos de segurança

Respingos Gotas de metal fundido Queda de peças

Os sapatos apropriados para trabalhos industriais são sapatos de segurança

Touca e/ou capacete de proteção

Respingos Gotas de metal fundido Queda de peças

De acordo com as condições de trabalho, usar capacete de segurança

Óculos de segurança

Raios Respingos

Só utilizar filtros normalizados; por ex: 5.A.1 DIN 4647

Avental de couro Luvas de Proteção Polainas de couro

Respingos Escórias quentes

Em oxicorte

Proteção contra ruídos

Acima de 90 dB, deve-se usar protetor auricular em forma de cápsula ou em algodão

Protetor auricular

84 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

8.9.2. Liberação de substâncias poluentes pela soldagem oxicombustível

Figura 8.23 DENOMINAÇÃO

FORMAÇÃO

PERIGO

Dióxido de Carbono (CO2)

Combustão do produto da chama

Não é tóxico normalmente Mais pesado que o ar

Monóxido de Carbono (CO)

Combustão com oxigênio impuro

Altamente tóxico Provoca náuseas, vômito e perda de consciência

Gases nitrosos (NO e NO2)

Liberado para o ar a temperaturas acima de 1000°C

Não tem cheiro, por isso é mais perigoso Causa irritação nas vias respiratórias e até a morte por hidropsia (água nos pulmões)

Fumaça do zinco

Na soldagem de peças galvanizadas, zincadas

Provoca a febre de zinco

Vapores

Na queima de fluxos, materiais de revestimento e removedores

Provocam paralisia e danos ao fígado e rins

Precaução contra materiais poluentes Exaustão normal Exaustão localizada Ventilação adequada Ar comprimido + máscara de proteção

85 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Exercícios Assinale com um tadas a seguir:

a alternativa correta em cada uma das questões apresen-

1 - Na soldagem oxicombustível, conforme a norma DIN 4647, parte 1, o tipo de filtro que se deve usar é: a) 1 até 2 b) 2 até 3 c) 4 até 7 d) 8 até 9 2 - Qual é a medida imediata que é necessária em caso de incêndio em cilindro de acetileno? a) resfriar o maçarico na água b) dobrar a mangueira do gás c) fechar as duas válvulas do maçarico d) fechar imediatamente a válvula do cilindro de acetileno 3 - Na execução de uma soldagem dentro de um tanque, onde a ventilação é inadequada, qual é a primeira medida recomendada? a) introduzir oxigênio b) providenciar uma exaustão e uma entrada de ar fresco adequada c) soldar com excesso de oxigênio na chama d) trabalhar continuamente com máscara de proteção 4 - Quando se deve cumprir, em um local de soldagem, a obrigatoriedade do uso de exaustão e ventilação? a) sempre que a atmosfera estiver impregnada de elementos nocivos à saúde b) sempre que houver algum vazamento de gás no maçarico c) quando por perto do soldador não houver nenhuma pessoa d) após um longo período de soldagem em uma área confinada 5 - Quando ocorre a formação do dióxido de carbono? a) quando se tem uma combustão completa b) quando não se tem uma combustão completa c) quando existe grande concentração de oxigênio no ar d) sempre que a acetona vazar no cilindro de acetileno 6 - Que medida se toma em relação a um cilindro que tenha sofrido incêndio? a) reutilizar o cilindro b) marcar o cilindro e retirá-lo para longe do local de trabalho c) utilizar o cilindro como sucata d) pintar o cilindro com outra cor 86 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

7 - O que não se deve fazer como meio para combater um incêndio? a) impedir a alimentação do gás combustível b) impedir o acesso ao local da chama c) impedir a alimentação do oxigênio d) abrandar o calor com água fria 8 - O que não se deve ser usado para ventilar um posto de soldagem? a) ventilador b) ar comprimido c) oxigênio d) ar fresco

87 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

9.

Soldabilidade dos Aços

A soldabilidade de um material expressa a facilidade deste material de ser soldado, ou seja, quanto maior a soldabilidade de um material, mais facilmente este material pode ser soldado.

9.1. Soldabilidade dos Aços-Carbono Comuns Norma DIN 17100

Aços-carbono comuns e de baixa liga, segundo a norma DIN 17100, apresentam boa soldabilidade para teores de carbono até 0,22%. Boa soldabilidade: Soldabilidade limitada: Soldabilidade restrita:

St 37, St 44, St 52 St 50, St 60, St 70 St 33

Observações: Os aços que apresentam soldabilidade limitada podem apenas ser soldados mediante autorização do responsável pela obra. Chapas finas apresentam sempre boa soldabilidade. Carbono Equivalente Embora o carbono, no aço, seja o elemento de liga mais significativo, com relação à soldabilidade, os efeitos de outros elementos de liga podem ser estima88 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

dos mediante o valor de carbono equivalente (CE), em que o efeito da quantidade total de elementos de liga pode ser expresso. CE =

%C + % Mn + % Si 4

9.2. Soldabilidade dos Aços Inoxidáveis Os aços inoxidáveis são aços de alta liga que contém cromo (Cr) como principal elemento de liga (mínimo de 11%) e usualmente níquel (Ni). O aço que contém 11% ou mais de cromo é resistente à corrosão. Isso ocorre porque o cromo reage com o oxigênio, formando uma película fina e transparente de óxido de cromo. Essa película fina protege a superfície do aço contra a corrosão. 9.2.1.

Aços Austeníticos

Possuem boa soldabilidade, porque não sofrem mudanças em sua estrutura durante o aquecimento e resfriamento. Contudo, deve-se observar a possibilidade de: • o carbono dissolvido no material precipitar-se na forma de carbonetos de cromo a temperaturas entre 500o e 900oC, baixando a resistência do aço à corrosão; • formação de trincas a quente, pela utilização de metal de adição inadequado; • formação de trincas de contração, pela utilização de alta energia de soldagem.

9.2.2.

Aços Ferríticos

Sua soldabilidade é inferior à dos aços austeníticos. Deve-se observar a possibilidade de: • Formação de trincas de contração, por alto grau de restrição da junta; • Formação de carbonetos de cromo, quando houver alto teor de cromo e de carbono na liga; • Crescimento irreversível dos grãos na zona afetada pelo calor, tornando a junta frágil.

9.2.3.

Aços Martensíticos

Possuem soldabilidade nitidamente restrita, porque são aços temperáveis ao ar. Como resultado, uma zona dura e frágil é formada pela soldagem. Assim, a soldagem de um aço martensítico deve ser efetuada com temperaturas de preaquecimento entre 200o e 300oC, e sem permitir que o material se resfrie durante a soldagem, seguida de pós-aquecimento de 650o a 750oC e resfriamento lento. 89 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

10. Endurecimento na soldagem Aquecendo-se o aço, acima de 723oC e fazendo-se um resfriamento brusco, obtém-se alta dureza. O valor de dureza é influenciado: 1) pelo teor de carbono e 2) pelo teor de elemento(s) de liga presente.

10.1. Junta de Topo

Figura 10.1: Endurecimento na soldagem – junta de topo

10.2. Solda em ângulo junta sobreposta

Figura 10.2: Endurecimento na soldagem – junta sobreposta 90 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

10.3. Pontos de abertura de arco ou pontos de solda Nos locais ou pontos de abertura de arco, ocorre uma taxa de transmissão de calor muito elevada. Por isso, nesses locais há um endurecimento.

Alta taxa de transmissão de calor, nas direções da seta.

Figura 10.3: Pontos de abertura de arco

91 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

11. Descontinuidades na Soldagem Descontinuidade é a interrupção física causada em um material pela abertura de uma trinca ou pela presença de um segundo material: gás, inclusão de escória e de tungstênio. As descontinuidades podem ser classificadas quanto à origem e à forma. Com relação à origem, as descontinuidades podem ser geométricas (operacionais) e metalúrgicas. Com relação à forma, as descontinuidades podem ser planas e volumétricas. É interessante notar que as descontinuidades geométricas geralmente são planas, enquanto as descontinuidades metalúrgicas podem ser planas ou geométricas. As descontinuidades são detectadas por ensaios não destrutivos após a soldagem. A escolha dos ensaios não destrutivos está relacionada às características das descontinuidades. Assim, uma descontinuidade volumétrica pode ser mais bem detectada por um ensaio radiográfico, enquanto que para uma descontinuidade plana prefere-se o ensaio ultra-sônico. Descontinuidades que atingem um tamanho crítico determinado pela norma de inspeção são consideradas defeitos e devem ser reparadas.

11.1. Tipos de Descontinuidades

Figura 11.1: Ângulo excessivo de reforço

Figura 11.2: Cavidade alongada 92 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Concavidade

Concavidade excessiva

Convexidade excessiva Figura 11.3: Concavidade e convexidade na solda

Figura 11.4: Deformação angular 93 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Figura 11.5: Deformação insuficiente

Figura 11.6: Desalinhamento

Figura 11.7: Embicamento

Figura 11.8: Falta de fusão

Figura 11.9: Falta de penetração 94 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Figura 11.10: Inclusão de escória

Figura 11.11: Mordedura

Figura 11.12: Mordedura na raiz

Figura 11.13: Penetração excessiva

Figura 11.14: Perfuração 95 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Figura 11.15: Porosidade

Figura 11.16: Porosidade vermiforme

Figura 11.17: Rechupe de cratera

96 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Figura 11.18: Reforço excessivo

Figura 11.19: Sobreposição

Figura 11.20: Solda em ângulo assimétrica

Figura 11.21: Trinca de cratera

97 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Trinca interlamelar

Trinca irradiante

Trinca longitudinal

Trinca na margem

Trinca na raiz

Trinca ramificada

Figura 11.22:Tipos de trincas 98 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Trinca sob cordão

Trinca transversal

Figura 11.22:Tipos de trincas (continuação)

11.2. Causas e Soluções Apesar de todo o trabalho do soldador ser voltado para a não execução de defeitos, estes eventualmente vem a ocorrer. Alguns deles são característicos do processo devido a sua própria natureza. Os defeitos e dificuldades mais características da soldagem com elétrodos revestidos são comentados a seguir: 11.2.1. Dificuldade na abertura do arco Causas predominantes • Maus contatos no circuito de soldagem

Soluções práticas • Verificar os circuitos, terminais e a ligação do cabo terra; • Limpar e reapertar todos os contatos elétricos.

11.2.2. Dificuldade em manter o arco aberto Não há continuidade na fusão do eletrodo. Causas predominantes • Tensão em vazio fornecida pela fonte de soldagem inferior a necessária para a fusão do eletrodo.

Soluções práticas • Alterar o valor da tensão (para um valor maior) ou utilizar um eletrodo adequado para a tensão. 11.2.3. Projeções 99 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

O eletrodo “salpica” formando os conhecidos respingos próximos a região do cordão de solda. Causas predominantes Corrente muito elevada; • Eletrodo úmido; • Má ligação do cabo terra.

Soluções práticas • Regular a intensidade de corrente ou utilizar eletrodo de diâmetro maior; • Fazer a adequada secagem e conservação dos eletrodos. Ver item 2.5; • Para este problema, muito comum de ocorrer em corrente contínua, as soluções são: mudar o local de fixação do cabo terra, soldar sempre em direção oposta a este (ou seja afastando-se do cabo terra), e se isto não for possível utilizar corrente alternada.

11.2.4. Aquecimento exagerado do eletrodo Causas predominantes • Intensidade de corrente muito elevada; • Arco muito longo.

Soluções práticas • Diminuir a intensidade de corrente e/ou o comprimento de arco.

11.2.5. Má aparência da cordão Superfície rugosa, cordão deformado. Causas predominantes • Eletrodos úmidos; • Má preparação da junta; • Metal base com elevado teor de carbono.

Soluções práticas • Secar e conservar os eletrodos; • Modificar a preparação da junta; • Trocar o eletrodo para um tipo básico (preferencialmente) ou rutílico (2ª opção). 100 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Porosidade Cavidades (faltas de material) nas formas esférica/vermicular observadas na solda. Causas predominantes • • • • •

Chapa com umidade, verniz, tinta, graxa ou outra sujeira qualquer; Metal de base com teores de Carbono e/ou de Silício muito elevado; Eletrodos úmidos; Arco muito longo; Intensidade muito elevada.

Soluções práticas • • • • •

Fazer a secagem e limpeza adequadas antes da operação de soldagem; Mudar o metal de base. Caso não seja possível, mudar o eletrodo básico; Aumentar a temperatura de pré-aquecimento; O mesmo que o item “a” especialmente no caso de eletrodos básico a mesma solução dada para o item “c”; Diminuir ligeiramente o valor da corrente de soldagem, principalmente se o eletrodo utilizado é do tipo rutílico.

Mordeduras Sulcos regularmente repartidos ao lado do cordão de solda, diminuem a espessura da ligação e criam pontos de ruptura. Causas predominantes • • •

Intensidade de corrente muito elevada; Chapas muito oxidadas; Balanceamento do eletrodo inadequado, permanecendo tempo demais nos cantos.

Soluções práticas • • •

Utilizar intensidade de corrente adequada; Executar limpeza e preparação adequadas; Executar o balanço adequado.

Além disto, ter sempre em mente que uma velocidade de soldagem muito elevada favorece a formação deste defeito a não haver tempo suficiente para a adequada deposição de material.

101 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Falta de Penetração A soldagem não é contínua na raiz. Causas predominantes • • •

Má preparação de junta (afastamento insuficiente ou ângulo do chanfro insuficiente); Eletrodo de diâmetro muito grande; Intensidade de corrente muito baixa.

Soluções práticas • • •

Utilizar uma preparação de junta adequada; Utilizar um eletrodo de diâmetro menor; Utilizar intensidade de corrente adequada.

Inclusão de Escória A escória fica aprisionada entre os cordões da solda. Causas predominantes • • • •

Chapas oxidadas; Intensidade de corrente muito baixa; Má repartição dos cordões; Falta ou inadequada limpeza entre os cordões.

Soluções práticas • • • •

Executar limpeza e preparação adequadas; Utilizar intensidade de corrente adequada; Planejar uma seqüência adequada para dividir os cordões; Fazer uma adequada limpeza entre os cordões de solda.

Cordão Muito Abaulado ou Muito Oco Causas predominantes •

Velocidade de soldagem e intensidade de corrente inadequadas.

Soluções práticas •

Fazer variar os dois parâmetros.

102 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Trincas no Cordão de Solda Trincas formam-se no cordão de solda durante o resfriamento, ou seja, devido ao efeito das contrações. Causas predominantes Podem ser diversas, algumas para exemplificar: • • • • •

Aço muito duro (% de Carbono elevada); Espessura muito elevada e peça soldada sem pré-aquecimento; Falta de penetração ou secção do cordão de solda insuficiente; Temperatura ambiente muito baixa; Eletrodos úmidos.

Soluções práticas • • • • •

Trocar o material ou soldar com pré-aquecimento; Pré aquecer caso utilizar material de base de elevada espessura; Executar o cordão de maneira adequada; Resfriar a peça lentamente (mantas, resfriamento no forno, etc.); Secar e conservar os eletrodos.

Trincas no Metal de Base Trincas longitudinais à solda ou propagando-se pela chapa. Causas predominantes • •

Má soldabilidade do aço; Presença de elementos indesejáveis na composição do aço como por exemplo: Carbono, Fósforo ou Enxofre.

Soluções práticas Caso de difícil solução, tirando a óbvia substituição do metal de base às opções são: • • • •

Pré aquecer caso isto não tenha sido feito; Aumentar a temperatura de pré-aquecimento; Dar preferência para eletrodos do tipo básico; Modificar a seqüência de soldagem para diminuir o efeito das contrações.

103 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

12. Deformações de peças metálicas 12.1. Conceito As deformações em peças metálicas, conhecidas como empenamento, são as variadas alterações de forma linear ou do plano das peças. Essas inconveniências causam grandes dificuldades aos projetistas e mecânicos, obrigando-os a fazerem estudos minuciosos do comportamento a ser adotado na execução do projeto, para evitar ou amenizar esses problemas.

12.2. Causas Os vários tipos de deformações devem-se aos fenômenos físicos das dilatações e contrações dos materiais, causados quando estes são aquecidos e resfriados ou submetidos a certos esforços mecânicos. Sendo praticamente inevitável os defeitos causados por esses fenômenos, principalmente nas construções metálicas soldadas, que são adotadas técnicas práticas, com o objetivo de “reduzir” ou “corrigir” tais deformações, essas medidas devem ser previstas e programadas de acordo com a seqüência de operações a serem executadas: tipo de material e formato a ser construída. Conforme mencionado anteriormente da influência do tipo do material nas deformações, as instruções a seguir referem-se ao aço carbono. Ao ser aquecido uniformemente até atingir uma cor avermelhada viva (1000°C), o aço carbono expande-se e contrai-se numa proporção de 1/8” para cada 12” (= 3.2300mm).

12.3. Deformação pela contração A deformação pela contração ocorre quando uma peça sofre aquecimento em áreas localizadas na sua superfície, resultando, assim, num empenamento devido às contrações nas diversas direções, que ocasionam uma diminuição das dimensões superficiais das peças (veja fig. 1, 2 e 3). 12.3.1. Contração em juntas soldadas A junta soldada e o metal de base adjacente se contraem de forma semelhante. Vigas com chanfro em duplo “Y” (DIN), em “X” (AWS-ABNT) e em (ISO) transversal ao eixo do corpo-de-prova.

Contração, principalmente na direção do eixo longitudinal da peça. Figura 12.1 104 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Vigas com chanfro em duplo “Y” (DIN), em “X” (AWS-ABNT) e em (ISO) contração paralela ao eixo longitudinal do corpo-de-prova.

Figura 12.2

Figura 12.3

FENÔMENO

Em ambos os casos, a contração da junta está relacionada com a espessura da peça. A junta soldada sofre contração basicamente em todas as direções. Os tipos de contração são classificados de acordo com a direção de deformação: contração longitudinal, contração transversal, contração na direção da espessura. A contração na direção de espessura é, na maioria dos casos, desprezível.

DEFORMAÇÃO

TENSÃO

Contração restritiva

Pouca

Grande

Contração livre

Grande

Pequena

Haverá sempre tensões, quando houver restrição à contração. 12.3.2. Ordem de grandeza das contrações Contração transversal

Junta de ângulo “T”= 1 até 1,3mm

Junta de topo = 0,6 até 3,3mm

Figura 12.5

Figura 12.4

A contração transversal é menor em junta de ângulo em “T” do que em junta de topo. Isso se deve à razão de que, no caso de juntas de ângulo em “T”, a chapabase restringe a contração.

105 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Redução do comprimento até cerca de 1,3mm para cada metro de solda.

Chapas soldadas que formam um perfil em duplo “T”, de menor seção transversal, sofrem maior contração longitudinal do que as chapas soldadas, que formam um perfil duplo em “T”, de maior seção transversal.

Figura 12.6 12.3.3. Efeitos da contração Contração Transversal

Contração transversal de uma junta de topo, chanfro em “X”, e em uma junta de ângulo em duplo “T” montada e soldada simetricamente.

Figura 12.7

Deformação de uma junta de topo soldada, chanfro em “X” e em junta de ângulo “T”. Figura 12.8

Contração longitudinal Deformação de uma viga de grande extensão, em junta de ângulo em duplo “T”.

Figura 12.9

Deformação de uma viga de grande extensão, em junta de ângulo em duplo “T”. Figura 12.10

Empeno de chapas finas

Figura 12.11

Figura 12.12 106

____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

12.4. Tensões internas na soldagem Tensões internas na soldagem surgem quando a contração é restringida durante a execução da solda. A restrição à possibilidade deformação apresenta diversas causas. Fixação externa das partes estruturais

Figura 12.13 Tensões internas devidas ao metal de base adjacente

A junta soldada e tensionada pelo perfil. Figura 12.14 Tensões internas devidas a um acúmulo de cordões de solda O ponto A na figura não pode mover-se, pois seu movimento está restrito nas três direções Figura 12.15 Contração restrita Defeitos em junta soldada sem possibilidade de deformação.

Figura 12.16 Trinca longitudinal na margem do cordão de solda devido às tensões transversais.

Figura 12.17 Trinca transversal em junta de ângulo devido às tensões longitudinais.

____________________________________________________________ CALDEIRARIA

107

Soldagem ____________________________________________________________

12.4.1. Medidas contra tensões internas na soldagem Com reforços Primeiro soldar as juntas de topo, por ser a contração transversal mais prejudicial: depois soldar as juntas em ângulo.

Figura 12.18

Na soldagem de costado de tanque ou navio Primeiro soldar na ordem numérica de 1 a 5 (possíveis contrações); depois soldar na seqüência de 6 a 9 e do centro da peça para as extremidades. Figura 12.19 Na soldagem de emenda de vigas em juntas de topo e de ângulo Primeiro fazer a solda da junta n° 1 (possíveis contrações transversais); depois fazer a solda da junta n° 2 (possíveis contrações) e, por último, soldar a junta n° 3. No reparo de solda

Figura 12.20

Fazer um pré-aquecimento nos pontos indicados. Figura 12.21

12.5. Medidas contra deformação Para chapas finas, soldar menor quantidade possível.

Figura 12.22

Para a soldagem de uma junta de ângulo em “T”, soldar os dois lados simultaneamente ou executar soldagem intercalada quando a solda for de um só lado. Figura 12.23 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

108

Soldagem ____________________________________________________________

Pré-deformação para juntas de topo e juntas de ângulo.

Figura 12.24 Figura 12.25

Soldagem de viga pré-deformada com reforço. Soldagem com passe a ré em juntas de pequena extensão (soldar como está no desenho); em juntas de grande extensão, começar a soldagem do centro para as extremidades.

Figura 12.26

Figura 12.27

Plano de construção - com intervalos de tempo para correções, usar a menor energia de soldagem possível. Em construções com chapas finas a soldagem deve ser feita com cordões de solda simétricos e sempre que possíveis interrompidos. Fazer uma seqüência adequada para ponteamento. Grande área soldada, em relação à área total da seção transversal

Pequena área soldada em relação à área total da seção transversal

Figura 12.28 Garganta efetiva

Figura 12.29 Garganta efetiva

Chapas soldadas de topo – tipo do empeno

Figura 12.30 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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Soldagem ____________________________________________________________

12.5.1. Causas das deformações acentuadas A deformação apresentada na Figura 12.30 é difícil de ser evitada, mas pode ser amenizada num grau de deformação tolerável. As causas de acentuação de deformação neste caso podem estar associada a: a) tipo do material b) formato da junta c) espessura da junta d) qualidade de material depositado em cada filete de solda e) processo de soldagem f) movimento de deposição dado ao eletrodo g) preparação da junta 12.5.2. Como evitar deformação acentuada nas juntas soldadas de topo Para amenizar ou neutralizar as deformações, devem-se adotar técnicas práticas de acordo com cada situação e qualidade do produto. No caso da deformação da divergência da Figura 12.30 podem-se adotar recursos representados nas Figuras 12.31 a 12.34, que dizem respeito à preparação do material.

Figura 12.31

Figura 12.32

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Soldagem ____________________________________________________________

12.5.3. Viga duplo “T” soldada

Figura 12.33

Figura 12.34

Os casos apresentados nas Figuras 12.22, 12.23, 12.24 e 12.25 obedecem aos mesmos princípios instruídos nas Figuras 12.15, 12.18, 12.19 e 12.20. 111 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

12.6. Montagem ajustada incorretamente

Figura 12.35

DETALHE - A Peças como a apresentada na Figura 35, comumente são fabricadas quase que em todas as indústrias mecânicas. Também são comuns deformações naturais, resultantes da contração. Mas essas deformações acentuam-se em grandes proporções, quando as uniões não são corretamente ajustadas, como mostra a figura no detalhe A, ou quando soldadas livremente sem travas. Baseado nesses fatores, aconselha-se que esse tipo de peça seja bem ajustado no momento da montagem, bem como efetuar também o travamento antes de soldar, o que amenizará as deformações.

12.7. Deformações causadas por contração em chapas oxicortadas Como já vimos anteriormente a definição técnica das causas das deformações, quando os metais são submetidos a esforços mecânicos ou aquecimento localizado, se torna mais simples o entendimento das deformações causadas pelo 112 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

processamento através do oxicorte. Assim como foi apresentado sugestões para diminuir as deformações durante a soldagem também será mostrado neste trabalho alguns tipos de deformações causados durante o oxicorte e sugerido alguns recursos práticos amenizadores dessas distorções. Chapa oxicortada em todo contorno

Figura 12.36

Chapa oxicortada

Quando uma chapa é oxicortada em todo o seu contorno e resfriada, ela contrai diminuindo suas dimensões, ficando desproporcionada em relação à área central. Nesse caso, a deformação desproporcional toma forma de curva.

Figura 12.37

Essa deformação é inevitável, podendo ser corrigida posteriormente dilatandose todo seu contorno numa desempenadeira, tracionando ou martelando-a. Chapa oxicortada de um só lado Quando uma chapa é oxicortada de um só lado no sentido longitudinal, ela sofre uma deformação desenvolvendo um arco no sentido transversal conforme a Figura 12.38.

Figura 12.38 12.7.1. Medidas para evitar deformações pelo oxicorte Para evitar uma deformação acentuada conforme a ilustrada na Figura 12.38, sugere-se adotar uma das medidas nas Figuras 12.39 a 12.41. O exemplo da fig. 12.39 torna-se viável quando a largura da sobra for igual ou maior que a da peça. 113 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Figura 12.39 12.7.2. Deformação perimétrica em peças raiadas oxicortadas devido à contração

Figura 12.40 Quando a peça for de formato ralado, conforme a Figura 12.40, normalmente o raio interno aumenta por ser a contração maior no raio externo. Para diminuir essa alteração, deve-se adotar o corte intermitente, concluindo o mesmo após o resfriamento da peça.

Figura 12.41 Outro recurso que poderá ser adotado para evitar o defeito indicado na Figura 12.38, é fazer um pré-aquecimento no lado oposto ao corte. Esse préaquecimento deve ser antes de efetuar o corte, quando o processo for manual e durante, quando for automático (pantógrafo), usando-se dois bicos, conforme a Figura. 12.41.

12.8. Deformação na preparação O material deve ser preparado de acordo com as operações que se seguirão. Uma preparação incorreta pode dificultar em muito as operações seguintes. 114 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Tomamos como exemplo um tubo calandrado com os extremos desalinhados, conforme mostra a Figura 12.42. Certamente essa desconformidade vai dificultar o trabalho do montador, assim como aumentar o empenamento, ao ser soldado, devido às tensões naturais de contração da soldagem mais as de torção da montagem.

Figura 12.42 Outro exemplo: quando se faz a montagem de uma barra de reforço da lateral de um tanque e ela está com empeno, sendo montada esforçadamente, aumenta em muito as deformações após ser soldada (ver Figura 12.43). Deve-se, nesse caso, desempenar primeiro a barra e montá-la posteriormente sem esforços para apoiar na lateral.

Figura 12.43

12.9. Defeitos apresentados em chapas dobradas devido a tensões perimétricas causadas por oxicorte. Ao dobrar uma fita de chapa após ser oxidada, por exemplo em perfil “U”, esta apresenta deformações lineares devido às tensões de contrações residuais em sua área periférica (ver Figuras 12.44 e 12.45). Nesse tipo de deformação, deve-se tomar anteriormente precauções quanto ao processamento das dobras para evitar uma distorção acentuada nas dimensões, nos pontos X e Y (Figura 12.45), que podem inutilizar o uso da peça. Sugere-se nesse caso fazer um alívio de tensão, aplicando tratamento térmico (normalização) ou dilatando o perímetro da chapa por tração ou simplesmente por martelagem. 115 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Figura 12.44

X= -0,5 a 1 mm/metro linear Y=+0,5 a 1 mm/metro linear

Figura 12.45

Defeitos causados pela dilatação devido ao corte pelo pro 12.10. Desempeno a quente As correções de empenos das peças, nada mais é que uma inversão das causas que provocam as deformações. Porém os métodos adotados para corrigir essas distorções implicam nos vários formatos das peças, tipo do material e equipamentos adequados ao trabalho. Nesse capítulo serão apresentados métodos comuns de desempeno de peças, desprezando os mais complexos como: normalização, tração etc. 12.10.1. Técnicas de aplicação do calor para desempeno a quente Como já foi descrito anteriormente, o aço expande ao ser aquecido e contrai ao ser resfriado, numa proporção definida para cada temperatura. Partindo desses princípios, é possível desempenar peças através da aplicação do calor, contraindo o lado oposto do já contraído por calor da soldagem e oxicorte ou do lado dilatado devido à compressão nos cortes a frio como os de guilhotina etc. 116 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Ver exemplos de como deve ser aplicado o calor para desempenar as peças mostradas nas Figuras 12.46 a 12.51 O material sofre um aquecimento localizado, pois a região não aquecida do material está dilatada sobre tensões.

Figura 12.46

No resfriamento, forças de tração atuam na região aquecida. Essas forças atuam no sentido de trazer o material para a forma plana. O aquecimento localizado produz, de acordo com o trabalho de desempeno, formas pontuais, cônicas ou retilíneas.

Figura 12.48 Figura 12.47 12.10.2. Chapa oxicortada ou cisalhada

Figura 12.49

OBS: 1. quando se trata de um aço de baixo teor de carbono, os pontos aquecidos podem ser resfriados com um pequeno jato d’água ou ar. 2. no caso do aço com teor de carbono mais elevado deve-se deixar resfriar naturalmente e, se necessário, aplicar um esforço auxiliar com cunha, macaco, etc. 3. no caso de usar água, esta deve ser jorrada dos lados para o centro do calor, conforme mostra a Figura 12.49 117 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Figura 12.50

12.10.3. Desempeno a quente com barras estreitas Quando for desempenar uma barra estreita a quente, o calor transiada em toda sua largura, dificultando a contração desejada. Para melhorar a eficiência do trabalho, adota-se jorrar água no contorno da área que está sendo aquecida, evitando, assim, a propagação do calor no restante do material. A maneira de jorrar a água é semelhante à mostrada na Figura 12.49, porém durante o aquecimento e também respeitando o número dois (2) da observação da Figura 12.49.

12.11. Perfis soldados ou trefilados O empenamento dos perfis é comum devido às contrações de soldagem de oxicorte, no transporte ou armazenamento do material. Como regra geral, antes de iniciar o desempeno deve-se fazer uma análise prévia de causa do empenamento e a acentuação deste, para adotar assim o método mais conveniente e obter um resultado satisfatório no trabalho. 12.11.1. Perfil “I” soldado

Figura 12.51 118 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

Soldagem ____________________________________________________________

Quando um perfil “l” é soldado as contrações causam deformações no plano da superfície das abas. Para corrigir esse defeito pelo método da aplicação de calor, devem-se adotar as técnicas: 1. aquecer a superfície oposta à solda (Figura 12.51); 2. esta arca deve ser ligeiramente superior à soldada; 3. aquecer a área até a cor vermelho-rubro (± 1000°C); 4. resfriar a área aquecida, da periferia para o centro, numa proporção igual para ambos os lados; 5. usar dispositivos auxiliares (macaco, cunha etc. – Figura 12.51), quando a deformação for muito acentuada ou quando não foi permitido resfriar bruscamente a peça, por se tratar de um aço duro ou especial. 12.11.2. Perfil “l” com reforços soldados numa só aba

Figura 12.52 A fabricação de perfil “l”, com reforços soldados numa só aba (Figura 12.52) é comum nas indústrias de estruturas metálicas. Nesse caso a deformação característica é na forma de arco, conforme mostra a Figura 12.52. Para corrigir esse empenamento, adotando o método da aplicação do calor, deve-se obedecer às mesmas instruções para a Figura 12.51. Porém aquecendo-se áreas na aba oposta à nervurada. 12.11.3. Desempeno a quente de pe’rfis trefilados

Figura 12.53

Figura 12.54 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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Soldagem ____________________________________________________________

Empenamento em perfis causado pelo transporte ou armazenamento incorreto, é comum na área de estruturas metálicas. Para corrigir essas deformações é muito utilizado o método da aplicação de calor. A maneira mais eficiente para desempenar perfis como: “U”, “l”, “L” e outros semelhantes e aplicar o calor na forma de cunha conforme apresentado nas Figuras 12.53 e 12.54. OBS: quando aba do perfil for estreita deve-se jorrar água no contorno da área que está sendo aquecida, durante o aquecimento para evitar a propagação do calor em toda extensão transversal.

12.12. Métodos de aplicação do calor O aço se expande e se contrai numa proporção definida para cada grau de temperatura. O cálculo prático para essa expansão e contração é de 1/8” para cada 12” de metal aquecido à temperatura de 1000°C. A aplicação do calor deve ser feita de maneira que o aço se contraia, em vez de se expandir dentro do seu próprio contorno. Para tirar bom resultado deste método, é necessário que o contorno do ponto aquecido seja bastante sólido e forte e em posição para que a contração se efetue em direção ao centro, a não ser que seja possível aplicar força externa para obter o resultado desejado. Como exemplo, tomamos um pedaço de aço chato de 1/4” de espessura, 2” de largura e 24” de comprimento (Figura 12.55). Usando um bico de maçarico de tamanho médio, aplica-se calor a cerca de 1/2" da borda, com a chama apontada ligeiramente em direção à borda B.

Figura 12.55

Conserva-se a chama fixa no mesmo ponto até o calor chegar a um vermelho vivo, não deixando a superfície fundir. A seguir, partindo do ponto aquecido, aqueça em zigue-zague, sempre cobrindo maior área, até chegar à borda oposta. Quando a peça esfriar, nota-se que convergiu para o lado onde o calor cobriu maior área. O que acontece é o seguinte: o metal nas pontas (A) e (B) está frio; no ponto C, a chama aquece rapidamente o metal, fazendo-o expandir-se. Os pontos A e B estão rígidos, o metal só pode expandir dentro desse contorno contra si próprio.

Figura 12.56

Uma cantoneira de aço (Figura 12.56), 1/4” de espessura com as duas abas com 12” de comprimento, pode ser tratada da seguinte maneira: deixar uma das abas fria e começar o calor no ponto (A), na outra aba, de igual maneira que no exemplo anterior, o mesmo resultado será conseguido. Se for necessário, corrigir este ângulo, invertendo-se o procedimento, tal como foi descrito na barra anteriormente. Quando a aba fria for atingida pelo calor, aquece-se rapidamente uma área estreita com a mesma largura da área aquecida na outra aba. 120

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Soldagem ____________________________________________________________

12.12.1. Forças de contração Na fig. 2 à direita, o calor começou no ponto © e vai alargando em direção de (A); a aba vertical do ângulo é então aquecida, conforme indicado pelas linhas. Essa contração puxa as extremidades do ângulo em direção a (A) durante o resfriamento do metal. O ângulo da fig. 2 também pode ser corrigido, dilatandose a parte aquecida que se consegue com umas fortes pancadas de martelo de um lado, contra uma marreta pesada apoiando o outro lado da aba. O efeito desta operação é estender ou dilatar o metal quente, efetuando, assim, uma ação inversa à de contração. Na Figura 12.57, perfil “U”, aquecendo somente as duas abas. Conservando o centro frio e começando nesse ponto o aquecimento, alargando a área aquecida até a borda das duas abas. Quando as abas esfriarem, elas puxarão o perfil na direção das setas. 12.12.2. Curvar vigas de perfil “U”

Figura 12.58

Figura 12.57

Para virar a viga para o lado de dentro (Figura 12.58) começa-se o calor num ponto próximo à parte interna das abas e, progressivamente, alarga-se uma área sempre em forma de “V”, até acabar nas bordas. Quando a borda é atingida, deve ser aquecida de maneira similar, como já indicado na Figura 12.56.

Para virar o perfil em “I” de lado, deixa-se uma aba fria, aplicando-se calor, partindo da parte interna do ângulo e aquecendo o centro sempre em movimento crescente até atingir a extremidade da aba oposta. Para inverter este efeito, procede-se de maneira inversa. Usando um processo similar ao que foi descrito para o perfil “U”, pode-se virar as vigas “I” ou duplo “T”, fazendo-se um aquecimento como indicando na Figura 12.59, isto é, Figura 12.59 aquecer a alma da viga, cobrindo uma área em que “V” até a largura do aquecimento feito nas duas abas da viga. Para virar uma viga em “I” no plano horizontal (Figura 12.60), aplica-se calor em forma de “V” nas abas superiores e inferiores da viga e continua-se aquecendo as abas, até que toda a área em “V” fique bem quente. Quando é necessário fazer curvas maiores, que não pode ser feitas pelos processos de contração, deve-se aplicar a força por meios externos, enquanto o metal estiver quente, gradativamente, alargando até à borda (B), essa área aquecida tende a expandir-se. 121

Figura 12.60 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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Enquanto a chama se move em direção à borda oposta, o ponto C começa a esfriar, portanto, fica rígido e, conforme a área aquecida, vai esfriando, começa a puxar os lados, fechando em leque os dados opostos (D, B, E), que ainda estão quentes sob a chama do maçarico. 12.12.3. Graduar a extensão de curvatura A parte aquecida contornada pelo metal frio age dentro de uma área tornada maleável pelo calor que, no ponto (B), não pode dilatar-se, mas quando essa área esfria, contrai-se puxando os dois lados e curvando a barra de aço. A extensão da curvatura depende da área em “V”, que é aquecida. O ponto (A) não deve levar mais calor que aquele que pode ser acumulado pela condutividade do metal ou, em outras palavras, quanto mais frio está o ponto (A), melhor é o resultado. Esse ponto age como eixo de uma dobradiça e o feitio “V” da zona aquecida conservará o equilíbrio entre os dois lados. Quando a barra esfriar, pode-se notar a mudança de alinhamento da peça. Invertendo o processo de aquecimento em forma de “V”, aquecendo-se de (B) para (A), se a mesma quantidade de calor for aplicada, a peça voltará ao formato primitivo. Nota-se que depois da aplicação do calor a peça encolhe consideravelmente, o que demonstra ser possível, com efeitos de contração, puxar perfis de aço em grandes estruturas, com o fim de desempenar ou corrigir tensões em travessas ou em vigas fora de alinhamento, sem removê-las de sua posição definitiva. Se não for possível aplicar força por meios externos, pode-se obter o resultado deixando-se esfriar por completo o ponto mais aquecido e depois aplica-se de novo o calor e, assim, repetindo-se a operação sucessivamente, consegue-se pelas contrações levar a peça ao ponto desejado. Deve-se lembrar que a aplicação do calor para se conseguir o movimento de contração desejado só deve ser feita em forma de “V”, começando de uma borda à outra, seja ela uma peça de aço fundido ou um laminado, pois só se consegue este padrão “V” de aquecimento e eliminam as forças internas e regulares de contração. Depois de alguma prática, o operador pode observar o que acontece quando o calor é aplicado em forma de “V” e nota que quando é necessário endireitar ume peça empenada, que a parte larga do “V” deve estar do lado convexo da curvatura. O operador deve fazer uma série de experiências e observar com muita atenção os movimentos obtidos pelos efeitos de contração, e só com pratica pode saber a quantidade de calor, a direção e velocidade da passagem da chama pela área a ser aquecida. É boa prática ter certeza que todos os pontos a observar foram bem estruturados antes de iniciar o trabalho, pois só assim se consegue um resultado satisfatório. 122 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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12.13. Desempeno a quente de disco de chapas oxicortadas

Figura 12.61 Um disco de chapa oxicortada, devido às contrações no seu perímetro, sofre deformação, tomando a forma de uma cúpula (Figura 12.61). Essa deformação é acentuada quando a chapa é de pequena (- 1/8”) a média (- 5/12”) espessura. Para corrigir esse defeito, deve-se aplicar o calor em pontos na forma de círculo do centro para a periferia, resfriando um a um, dando pequenas pancadas com um martelo de cabeça plana no momento do resfriamento.

12.14. Desempeno de disco de chapas a frio Para desempenar peças a frio, são adotados vários processos. Neste bloco resumimos as informações em apenas dois processos: manual e mecânico, por serem os mais comuns. No primeiro caso, desempenamento manual é a mais elementar mas não é a mais simples entre as operações de endireitamento. A finalidade de desempenar é obter, mediante pancadas seguidas, a eliminação das deformações dos metais, desfrutando-se das suas propriedades de deformação, após as pancadas. As ferramentas e os acessórios são: o martelo, o macete, a base ou plano de apoio, grampos e calços de apoio. O golpeamento é feito de várias maneiras e de acordo com a forma do empeno e o formato da peça. A seguir, damos alguns exemplos de como se deve desempenar alguns tipos de peças, de acordo com os defeitos apresentados nestas. 12.14.1. Desempeno manual de chapas finas oxicortadas (<3/16”)

Figura 12.62 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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Sobre as deformações causadas pela contração do aço quando aquecido e resfriado, torna-se mais simples entender que, para corrigir esses defeitos, devemos inverter as situações. Portanto, o meio utilizado é o de dilatar a área contraída da peça. Essa dilatação se obtém manualmente, se a chapa for martelada em toda a extensão do perímetro contraído. Para se fazer a martelagem, a chapa deve estar apoiada em um bloco robusto (bigorna ou mesa de chapa grossa) e os golpes aplicados no ponto de apoio. Esse processo é aplicado com sucesso para desempenar chapas finas (menos de 3/16”). OBS: para evitar marcas de martelagem, o apoio e o martelo, assim como a chapa, devem estar isentos de rebarbas. 12.14.2. Desempeno manual de barras e fitas de chapas

Figura 12.63

Para desempenar barras e fitas de chapas, elas devem ser elevadas da face da mesa através de dois calços e os golpes aplicados no centro da chapa entre os dois calços, conforme indicado na Figura 12.63. OBS: 1. confira o alinhamento, 2. segure firme a barra no momento do golpe; 3. use luvas de couro para evitar cortes pelas arestas; 4. verifique sempre se o martelo está bem preso ao cabo. 12.14.3. Desempeno manual de trefilados O desempenho manual de trefilados destina-se aos perfis de pequenas seções, independente do seu formato. Pode-se desempenar usando o mesmo processo para desempeno das barras, por[em, nesse caso, deve-se levar em consideração o formato de sua seção. Um meio prático que pode ser utilizado em todos os tipos de perfis é o de aplicação do esforço na forma de alavanca. Nesse processo é adaptado sobre uma mesa presa ao solo um dispositivo que possibilite a introdução do perfil em uma abertura efetuada nesse dispositivo, conforme mostra a Figura 12.64. 124 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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Mesa com dispositivo para desempeno na forma de alavanca.

Figura 12.64

OBS: A abertura do dispositivo para introduzir a peça pode ser na forma da seção do perfil do material, obtendo um melhor apoio para o esforço.

12.15. Desempeno à máquina O desempeno à máquina consiste no endireitamento de peças com utilização de máquinas como prensas e outras, aplicando uma força de flexão superior à resistência de elasticidade do material. Provocando, assim, uma deformação plástica que anulará as forças opostas de contração que são as causadoras dos empenos nas peças. O tipo da máquina a ser utilizada depende de fatores que devem ser analisados como: tipo do defeito, formato e dimensões da peça, capacidade da máquina, etc. Além do que, devemos também levar em conta os dispositivos e acessórios que serão utilizados para facilitar as operações. Para desempenhar perfis trefilados ou soldados, normalmente, aplica-se uma flexão (Figura 12.65) no sentido oposto ao empeno, com a peça elevada com calços até superar o limite de elasticidade do material. Para esse tipo de trabalho, utiliza-se normalmente prensa, balancin, macaco. Para desempenar chapas ou barras chatas, normalmente utilizam-se calandras

Figura 12.65 125 ____________________________________________________________ CALDEIRARIA

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Referências Bibliográficas SENAI – SP, Soldagem; Org. Selma Ziedas e Livanesa Tsatini; São Paulo, 1997, 553p. Soldagem; Coord. Do Eng. Emilio Wainer; 12ª edição ampliada; São Paulo, 1978 – ABM Marques, Paulo Villani; Tecnologia da Soldagem; Belo Horizonte: ESAB, 1991. 352p Soldagem, Processo e Metalurgia; Emílio Wainer, Sérgio Duarte Brandi e Fabio Décourt Homem de Mello. São Paulo, 1992. Edit. Edgard Bluder Ltda. FBTS - Fundação Brasileira de Tecnologia da Soldagem. Apostila do Curso de Inspetor de Soldagem, volume 1.

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