sábado, 17 de abril de 2010

Aço Inox: Processos de Soldagem

O aço inoxidável é um tipo de aço de alta liga, geralmente contendo em sua composição química elementos como cromo, níquel e molibdênio. Esses elementos de liga, principalmente o cromo, confere ao aço inox uma excelente resistência à corrosão quando comparados ao aço carbono. O aço inoxidável possui pelo menos 10,5% de cromo, com composição química balanceada para ter uma melhor resistência à corrosão.

Os aços inoxidáveis são classificados em aços inoxidáveis austeníticos, aços inoxidáveis ferríticos e aços inoxidáveis martensíticos. Porém, existem outras variáveis destes grupos de aços inoxidáveis, como, por exemplo, os aços inoxidáveis duplex que possuem 50% de ferrita e 50% de austenita e os aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação.

As microestruturas que classificam os aços inoxidáveis são divididas em dois grupos de elementos de liga: os que estabilizam a austenita e os que estabilizam a ferrita, conforme abaixo:

Elementos que estabilizam a ferrita: Cr, Si, Mo, Ti e Nb;

Elementos que estabilizam a austenita: Ni, C, N e M.

A composição química do aço inoxidável em conjunto com o processamento termo-mecânico, confere-lhes propriedades diferentes fazendo com que, cada grupo de aço inox tenha uma aplicação diferente. Confira abaixo os tipos de aço inox e a aplicação de cada um deles:

Aço Inox Austenítico

Principal característica: resistência à corrosão.

Aplicação: Equipamento para indústria alimentícia, farmacêutica, química e petroquímica, construção civil, baixelas, travessas e demais utensílios domésticos.

Aço Inox Ferrítico

Principal característica: resistência à corrosão e custo mais acessível.

Aplicação: eletrodomésticos (microondas, geladeiras, fogões, entre outros), balcões frigoríficos, moedas, talheres e indústria automobilística.

Aço Inox Martensítico

Principal característica: dureza elevada.

Aplicação: Instrumentos cirúrgicos, facas de corte, discos de freio e cutelaria.


Processo de Soldagem: Unindo partes metálicas

A soldagem é o processo de junção de duas partes metálicas, utilizando uma fonte de calor, com ou sem aplicação de pressão. É um dos processos industriais mais importantes sendo utilizado na fabricação e recuperação de peças, equipamentos e estruturas.

O processo de soldagem mais utilizado na indústria é o que utiliza a eletricidade para gerar energia e realizar a fusão. Para realizar a fusão pode-se utilizar o arco ou a resistência elétrica, por meio do aquecimento por efeito Joule.

 
Características do processo de soldagem

O processo de soldagem deve ter as seguintes características:

Produzir energia suficiente para unir dois materiais, similares ou não, com ou sem fusão entre as partes;

Evitar o contato da região fundida e/ou aquecida com o ar atmosférico;

Remover eventuais contaminações das superfícies que estão sendo unidas, provenientes do metal de base ou do metal de adição;

Propiciar o controle das transformações de fase na junta soldada que podem afetar o seu desempenho.

Procedimentos Básicos para Soldagem do Aço Inox

Alguns procedimentos básicos devem ser seguidos no processo de soldagem do aços inox:

Segurança

Usar material de adição com composição química o mais próximo possível do material a ser soldado;

Evitar poças de fusão muito grandes para evitar trincas de solidificação na solda;

As juntas devem ser limpas, por processo de escovamento, esmerilhamento, decapagem química (Álccol isopropílico ou acetona);

Utilizar apenas escovas e picadeiras de aço inox;

Não utilizar as ferramentas usadas no aço inox, nas operações com aço carbono.

Acabamento

Remover o excesso de material do cordão de solda;

Corrigir os riscos da remoção empregando uma correia de lixa que gera riscos retos;

Para dar o passe final de acabamento, onde será igualado o acabamento da região da solda com o resto do material, recomenda-se o uso de Correia de Scotch-Brite SCM A-Grosso + Roda para Metal A2-M + Correia 3M 441D ou 3M 441W # 120 ou similares quando se desejar o acabament0 nº3 e Correia de Scotch-Brite SCM A - Médio + Roda para Metal A2-F + Correia 3M 441D ou 3M 441W # 150 ou similares para obter acabamento nº4.

Processos para Soldagem de Aços Inoxidáveis

Soldagem por Resistência Elétrica (ERW)

A soldagem por resistência elétrica utiliza o aquecimento por efeito Joule para realizar a fusão entre os metais. O efeito Joule ocorre pelageração de calor através da passagem de corrente elétrica em umaresistência. Na soldagem das chapas, a maior resistência estálocalizada na superfície interna das mesmas. Com a aplicação da pressãopelos eletrodos de cobre e posteriormente a passagem de correnteelétrica, ocorre a fusão desta face em comum, formando o ponto. Chamamos este processo de soldagem por resistência elétrica a ponto.

Todas as variantes deste processo utilizam a corrente elétrica e a aplicação de pressão. No caso da soldagem de tubos com costura (ERW), a corrente elétrica induz correntes na superfície dos chanfros, fundindo o material. Com a aplicação da pressão, a regi]ao fundida é quase que totalmente expulsa, produzindo um cordão de solda com uma zona fundida bastante reduzida, ou inexistente e uma zona afetada pelo calor bem estreita.

Dentre as características do processo de soldagem por resistência elétrica, destacam-se:

Tipo de operação: automática;

Equipamentos utilizados no processo: fonte de energia e eletrodos de liga de cobre;

Custo do equipamento: de 10 a 30 vezes o custo do equipamento de soldagem com eletrodo revestido;

Consumíveis: não se aplica;

Velocidade da soldagem: 0,1 s por ponto e 10 cm/s (costura);

Espessuras soldáveis: de 1,0 mm a 3,0 mm;

Posições de soldagem: a princípio todas, porém, depende da geometria da peça e da flexibilidade do equipamento;

Diluição: 100%;

Tipo de junta: sobreposta (ponto) ou topo-a-topo (costura);

Faixa de corrente: de 10 mil a 50 mil A;

Ricos de choque elétrico;

No caso da operação manual, há risco de acidentes no posicionamento das peças antes da soldagem.

Abaixo as principais vantagens e desvantagens do processo de soldagem por resistência elétrica:

Vantagens

Possibilita soldagem de chapas bem finas;

Facilidade na operação e automação;

Velocidade no processo;

Não depende da habilidade do soldador.

Desvantagens

Custo muito elevado do equipamento de soldagem e da manutenção;

Não aceita soldagem de peças com formatos complexos e pesados;

Demanda muito energia elétrica durante a soldagem.

Soldagem a Arco Gasoso com Tungstênio (GTAW ou TIG)

Este é o processo mais amplamente usado devido a sua versatilidade e alta qualidade bem como a aparência estética do acabamento da solda. A capacidade de soldar em baixa corrente e, portanto entrada de pouco calor, mais a capacidade de adicionar o arame de adição necessária, é ideal para materiais finos e a raiz corre em um dos lados da soldagem de chapa e tubo, mais grossa. O processo é facilmente mecanizado e a habilidade para soldar com ou sem o arame de adição (solda autógena) faz deste processo a soldagem orbital do tubo.

O argônio puro é o mais popular gás protetor, porém o argônio rico de misturas com a adição de hidrogênio, hélio ou nitrogênio é também empregado em finalidades específicas. Sendo empregada a soldagem lateral simples com proteção de gás inerte em baixo do cordão de solda evita-se a oxidação e a perda da resistência a corrosão.

O nome TIG é proveniente das iniciais da nomenclatura do processo em inglês: Tungsten Inert Gás. Nesse processo a adição é feita externamente, manual ou automatizada.

 
Dentre as características do processo TIG de soldagem, destacam-se:

 
Tipo de operação: manual;

Equipamentos: fonte de energia, cilindro de gás, tocha e fluxômetros para medir a vazão do gás;

Custo do equipamento: de 1,5 a 10 vezes o custo do equipamento de soldagem com eletrodo revestido;

Consumíveis: gás de proteção, metal de adição, bocal de cerâmica e eletrodo de tungstênio;

Taxa de deposição: de 0,2 a 1,5 kg/h;

Espessuras soldáveis: de 0,1 a 12 mm;

Posição de soldagem: todas;

Diluição: de 2 a 20% de adição;

Tipos de junta: todas;

Faixa de corrente: de 10 a 300 A;

Necessário proteção ocular;

Grande emissão de radiação ultravioleta;

Risco de choque elétrico.

Abaixo as principais vantagens e desvantagens do processo TIG de soldagem:

Vantagens

Produz soldas de excelente qualidade;

Ótimo acabamento do cordão de solda;

Menor aquecimento da peça soldada;

Baixa sensibilização à corrosão intergranular;

Ausência de respingos;

Pode ser automatizado.

Desvantagens

Na presença de corrente de ar, dificulta a utilização do processo de soldagem;

Adequado somente para peças com menos de 6 mm de espessura;

Devido a taxa de deposição, possui uma produtividade baixa;

Custo elevado;

Quando não automatizado, o processo depende da habilidade do soldador.

Soldagem a Arco de Plasma (PAW)

O processo de soldagem a arco de plasma é uma derivação do processo TIG, envolvendo a construção de um sistema de bocal que produz um arco de plasma transferido concentrado e estreito com características de penetração profunda.

Usado principalmente num sistema mecanizado com alta velocidade e alta produtividade é uma solda autógena onde é necessário uma junta de topo de conto vivo com espessura de até 8 mm. É necessário uma combinação de PAW/TIG e arame de enchimento para assegurar uma junta de topo de canto vivo mais grosso com perfil pleno na superfície da solda. Para espessuras maiores que 10 mm emprega-se a preparação de raiz da solda PAW com V parcial seguido de junta de enchimento multi passo. É necessária a proteção com gás argônio para manter a resistência à corrosão de baixo do cordão.

Esse processo tem as mesmas vantagens e desvantagens do processo TIG de soldagem, com exceção da espessura limite das chapas e da taxa de deposição.

Dentre as características do processo de soldagem a arco de plasma, destacam-se:

Tipo de operação: manual ou automática;

Equipamentos: fonte de energia, cilindro de gás, tocha e fluxogramas para medir vazão do gás;

Custo do equipamento: de 5 a 10 vezes o custo do equipamento de soldagem com eletrodo revestido;

Consumíveis: gás de plasma e proteção, metal de adição, bocal de cobre e de cerâmica e eletrodo de tungstênio;

Taxa de deposição: de 0,5 a 2,5 kg/h;

Espessuras soldáveis: de 1 a 2 mm (plasma);

Posições de soldagem: todas;

Diluição: de 20 a 40% com adição.

Tipo de junta: topo-a-topo (chanfro reto);

Faixa de corrente: de 1 a 500 A.

Necessária proteção ocular;

Emissão intensa de radiação ultravioleta.

Abaixo as principais vantagens e desvantagens do processo de soldagem a arco de plasma:
Vantagens

Produz soldas de excelente qualidade;

Permite soldagem de espessuras grandes (maiores que 6 mm) em um único passe;

Velocidade de soldagem maior que o processo TIG.

Desvantagens

Custo elevado;

Equipamento complexo;

Difícil controle do processo.

Veja abaixo uma tabela de sugestão de gases utilizados na soldagem a arco de plasma de aços inoxidáveis:



Soldagem a Arco com Eletrodo Revestido (SMAW ou MMA)


É de operação manual e é o mais antigo dos processos a arco elétrico produzido entre um eletrodo revestido e a peça a ser soldada. Esse eletrodo é constituído de alma metálica, que se funde, e de um revestimento composto de materiais orgânicos e inorgânicos. Os eletrodos MMA são de uso comum devido a sua flexibilidade adaptando se a uma ampla faixa de materiais a serem soldados.
Os tipos de eletrodos revestidos são produzidos para dar as características de performance que os tornam adequados para diferentes aplicações em soldagem.
O mais amplamente usado, o eletrodo revestido rutílico, produz um arco com transferência rápida de metal de adição em forma de "spray", auto remoção da escoria e um perfil de solda finamente ondulada e estético. Será necessário o mínimo de esmerilhamento pós solda. É principalmente usado em posição descendente quando é produzido cordão e solda de topo. Os eletrodos com este tipo de revestimento podem ser usados na posição, mas estão limitados a sua aplicação e dimensão, ou seja, no máximo 3,2mm.

Os eletrodos com revestimento básico produz solda de maior integridade com relação a micro inclusões e poros devido a gases e são extremamente vantajosos para um conjunto fixo soldado de tubos. A remoção de escória e perfis de solda não são considerados como vantagens dos tipos rutílicos.
Os eletrodos revestidos especiais são produzidos para aplicações específicas como por exemplo na soldagem vertical descendente e descendente de alta recuperação. Os eletrodos são fabricados em dimensões na faixa de 2,5 a 5,0mm de diâmetro (os aços 308L, 347 e 316L são também fornecidos nos diâmetros de 1,6 e 2mm).

Dentre as características do processo de soldagem por resistência elétrica, destacam-se:


Tipo de Operação: Manual;

Equipamentos: fonte de energia e porta eletrodos;

Custo do equipamento: 1 (referência para os demais processos de soldagem a arco);

Consumíveis: eletrodos revestidos com diâmetro entre 1 e 6 mm;

Taxa de deposição: de 0,5 a 5,0 lg/h;

Espessuras soldáveis: 2 mm;

Posições de soldagem: depende do tipo de revestimento;

Diluição: de 10 a 30% com adição;

Tipo de juntas: todas;

Faixa de corrente: de 50 a 300 A;

Necessário proteção ocular;

Emissão de radiação ultravioleta

Risco de choque elétrico e queimaduras produzidas por respindos ou escória em alta temperatura;

Inalação de gases e fumos provenientes da atmosfera gerada pela decomposição do revestimento.

Abaixo as principais vantagens e desvantagens do processo de soldagem a arco com eletrodo revestido:

Vantagens

Baixo custo do equipamento;

Versatilidade;

Possibilita soldagem em locais de difícil acesso;

Disponibilidade de consumíveis no mercado.

Desvantagens

Devido à taxa de deposição, possui baixa produtividade;

Necessária remoção de escória;

Depende da habilidade do soldador;

Produz fumos e respingos;

A qualidade do cordão de solda é inferior aos processos de soldagem a arco gasoso com tungstênio (GTAW ou TIG), a arco de plasma (PAW) e soldagem a arco gasoso com arame contínuo (GMAW ou MIG/MAG);

Posição de soldagem restrita (dependendo do diâmetro e do tipo de revestimento do eletrodo);

Processo não automatizável.

Soldagem a Arco Gasoso com Arame Contínuo (GMAW ou MIG/ MAG)

Este é um processo de soldagem semi-automático que pode ser usado manualmente ou automatizado, envolvendo eletrodo de arame sólido como consumível contínuo e um gás protetor rico em argônio.

É empregado pela sua característica de alta produtividade na soldagem e material fino utilizando um "curto circuito" como técnica de transferência de metal ou transferência rápida de metal de adição em "spray" para material mais grosso.

As fontes de energia que produz uma fonte de corrente pulsante foi desenvolvido para melhorar a qualidade do metal de adição na soldagem posicional e com aparência de solda mais limpa.

O nome MIG é proveniente das iniciais do nome do processo em inglês: Metal Inert Gas. Desta forma, a região fundida é protegida por um gás inerte ou a mistura de gases tais como Argônio, CO2, Hélio ou O2. Tais misturas de gases têm sido desenvolvidas para melhorar as características de estabilidade do arco e cordão de solda "umedecido".
A soldagem é realizada com o arame na polaridade positiva.

Existem quatro modos de transferência metálica no processo MIG de soldagem: globular, curto-circuito, spray e pulsada. Cada modo apresenta uma característica diferente de transferência.

A transferência por curto-circuito envolve o curto-circuito instantâneo, causado entre a gosta e poça de fusão. A diferença entre a transferência por curto-circuito e a globular é a distância entre a ponta do eletrodo e a poça de fusão. Na transferência globular esta distância é suficiente para que a gota passe através do arco sem realizar nenhum curto-circuito.

Na transferência por spray, as gotas são pequenas e desprendidas com uma velocidade elevada. Já na transferência por arco pulsado, a corrente Vaira entre valores altos, de corrente de pico e baixo, entre corrente de base. A gota é destacada somente na corrente de pico tendo como características próximas da gota transferida por spray.

Dentre as características do processo MIG de soldagem, destacam-se:

Tipo de operação: semi-automática ou automática;

Equipamentos: fonte de energia, alimentador de arame, cilindro de gás, pistola e fluxômetros para media a vazão do gás;

Custo do equipamento: de 5 a 10 vezes o custo do equipamento de soldagem com eletrodo revestido;

Consumíveis: arame sólido, gás de proteção, tudo de contato e bocal;

Taxa de deposição: de 1 a 15 kg/h;

Espessuras soldáveis: para soldagem automática, 1,5 mm no mínimo e para soldagem semi-automática 3,0 mm;

Posição de soldagem: dependendo da regulagem do equipamento, todas as posições;

Diluição: de 10 a 30% com adição;

Tipo de junta: todas;

Faixa de corrente: de 60 a 400 A;

Necessária proteção ocular;

Emissão intensa de radiação ultravioleta;

Risco de choque elétrico e queimaduras produzidas por respingos em alta temperatura.

Abaixo as principais vantagens e desvantagens do processo MIG de soldagem:

Vantagens

Facilidade de operação;

Alta produtividade;

Processo automatizável e com baixo custo;

Não forma escória;

Bom acabamento do cordão de solda;

Gera pouca quantidade de fumos;

Produz soldas de ótima qualidade.

Desvantagens

Regulagem complexa do processo;

Não dever ser utilizado na presença de correntes de ar;

Posição limitada de soldagem;

Processo propenso a gerar porosidade no cordão de solda e respingos;

Manutenção trabalhosa.

Solda de Arco Submerso (SAW)

É um processo de arco coberto com pó fluxante de arame totalmente mecanizado capaz de altas taxas de deposição, velocidade de avanço e qualidade da solda. As aplicações incluem filete descendente contínuo e soldas de topo de chapas mais grossas, tubo e vasos, e também revestimento de aço inoxidável em peças de aço carbono, particularmente onde implicam em longas costuras ou extensos percursos.



Dentre as características do processo SAW de soldagem, destacam-se:

Tipo de operação: manual e automática;

Consumíveis: arame sólido e arames tubulares;

Equipamentos utilizados no processo: fonte de energia, eletrodo, alimentador do arame, fluxo e pistolas de soldagem manuais;

Faixa de corrente: até 2 mil A, CA ou CC com um único arame;

Espessuras soldáveis: até 16 mm de espessura para soldagem monopasse e sem limite de espessura para soldagem multipasse.

Abaixo as principais vantagens e desvantagens do processo de soldagem de arco submerso:

Vantagens

Processo de soldagem de alto rendimento e velocidade;

Não ocorrem perdas do arame de soldagem;

Automatização do processo possibilita utilizar correntes sem grandes riscos para a segurança do operador;

Maiores taxas de deposição;

Adequado para longas articulações;

Processo simples.

Desvantagens

Posição de soldagem restrita;

Apresenta grande fluxo de resíduos e escórias;

Limitado a cordões de solda em linha ou aplicado em tubos.

Soldagem a Arco com Eletrodo de Alma Fundente (FCAW ou FCW)

É uma versão do processo MIG/MAG onde o consumível de arame sólido é substituído com arame tubular enchido com um fluxo fundente (FCW) ou pó metálico (MCW) e pode ser usado com equipamento do mesmo tipo.

São produzidas duas variantes de arame, um deles proporciona capacidade para todas as posições e o outro para maior deposição em aplicações de soldagem plana.

É possível obter maiores taxas de deposição da solda e solda de revestimento do que com o processo MMA ou MIG/MAG. É possível também uma significativa redução na limpeza e esmerilhamento pós solda.

Soldagem a Laser

A energia concentrada alcançada no ponto focalizado de um feixe de raio laser é muito intensa e é capaz de produzir uma penetração profunda de solda em seção grossa de aço inoxidável com mínima distorção do componente. O processo emprega grande capital no custo do equipamento e seu uso é reservado para fabricação de produção em massa.



Ficha Técnica
Redação: Portal Met@lica
Imagens: Acesita S.A.

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