resumo

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CTM – 4ºano 1º semestre 2010/2011 (SB e MG)

Apontamentos de Complementos de Tecnologia Mecânica

Ano lectivo: 2010/2011

Índice

FUNDIÇÃO .................................................................................................................................................... 2

PROCESSOS DE FUNDIÇÃO ........................................................................................................................ 2

MOLDAÇÃO EM AREIA .......................................................................................................................... 3

SOLDADURA ................................................................................................................................................. 7

PROCESSOS DE SOLDADURA POR ARCO ELECTRICO: ............................................................................... 10

Soldadura no estado sólido: .................................................................................................................... 28

METALURGIA DA SOLDAURA ...................................................................................................................... 33

MÉTODOS NÃO DESTRUTIVOS DE CONTROLO DE QUALIDADE.................................................................... 51

ADESIVOS ................................................................................................................................................... 55

NORMALIZAÇÃO ......................................................................................................................................... 65

Diagrama de Shaeffler ................................................................................................................................ 67

Temperatura de Pré-Aquecimento ............................................................................................................. 69

Adesivos ..................................................................................................................................................... 71

Anexos ........................................................................................................................................................ 73

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CTM (T) 21 Setembro a 7 Outubro 2010

FUNDIÇÃO

Fenómenos que ocorrem durante a fundição:

Solidificação: processa-se em duas fases, a de nucleação e a de crescimento da nova fase no meio da

anterior.

o Nucleação: traduz o modo pelo qual a fase sólida surge de forma estável no seio da fase líquida, sob

a forma de pequenos núcleos cristalinos

Nucleação Homogénea: não há elementos externos

Nucleação Heterogénea: existe introdução de elementos externos – provoca uma estrutura

mais fina.

o Crescimento: modo pelo qual esse núcleos crescem sob a forma de cristais ou grãos cristalinos

o Refinamento de grão

As peças fundidas podem apresentar 3 zonas distintas na sua

macroestrutura:

a) Zona Conquilhada, que forma uma camada periférica de

pequenos grãos (cristais) equiaxiais, isto é, com orientação

cristalográfica aleatória;

b) Zona Colunar, formada por grãos alongados que se alinham

paralelamente à direcção do fluxo de calor;

c) Zona Equiaxial Central, formada por grãos equiaxiais de

orientação cristalográfica aleatória.

PROCESSOS DE FUNDIÇÃO

Em geral o processo de produção por fundição desenvolve-se através das seguintes etapas:

Desenho da peça

Projecto do modelo

Fabrico do modelo

Fabrico do molde ou moldação

Fusão da liga

Extracção, limpeza e rebarbagem

Controlo de qualidade

A etapa que distingue os vários processos de fundição entre si é a MOLDAÇÃO. Cuja forma interna depende, em

geral, do fabrico do molde ou moldação, que é o negativo da peça a produzir.

Modelo: serve para definir a caixa de modelação

o Destrutíveis: quando só se utilizam uma vez.

Em areia

Em gesso

o Permanentes: quando podem ser utilizados varias vezes

Caixa de modelação: define a superfície externa da peça

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Macho: define o interior da peça

o Destrutíveis: perdem-se na fundição e são moldados em areia em caixas de machos

o Não destrutíveis: machos podem ser fixos ou móveis

Suportes: suportam grandes temperaturas enquanto se formam as camadas das paredes, e depois, fundem-

se com a peça (quando já não são necessários)

MOLDAÇÃO EM AREIA

╬╬ Sequência de operações do processo de moldação em areia, para o caso de uma peça fundida, de um corpo de

válvula com uma cavidade

♯ DESVANTAGEM: muito sensível à humidade, não se pode guardar as moldações.

► Diferença entre Gito de Enchimento e Gito de Alimentação:

Gito: canal por onde o material vai passar

Gito de Enchimento: canal por onde vai passar o fluido que vai formar as paredes exteriores da peça

Gito de Alimentação: para não ficar um buraco no centro da peça, (enquanto esta vai enchendo, e o

material vai solidificando no canal de enchimento, a certa altura não entra mais material – dai o buraco) é

necessário um Gito de alimentação para encher o buraco na fase de solidificação e contracção de volume.

► Propriedades do Gito de Alimentação (3)

Tempo de vida: tempo durante o qual o Gito fica liquida> tempo de vida da peça

Raio de acção: capacidade de alimentar uma certa zona

Quantidade de material

a) MOLDAÇÂO COM RESINAS SHELL MOLDING (fundição de precisão)

Peças de arestas bem definidas

Tolerâncias dimensionais da ordem dos 2 a 4 mil

Fabrico de peças em serie

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Peças de pequenas dimensões que podem atingir pesos da ordem dos 100daN

Matérias-primas:

Areias utilizadas:

o Areia muito fina, de sílica, grau de pureza superior 98%, sem argila, óxidos metálicos ou materiais

orgânicos

o Areia bem seca, teor de argila inferior 15% - grão configuração redonda, índice de finura entre 100 a

150 AFS

Aglomerados utilizados: a areia é aglomerada por resinas sintéticas de presa térmica a quente. Resinas são

aplicadas em pó ou sob a forma líquida – de forma a pré-revestir os grãos de areia

o Resinas de base fenolica

o Resinas de base de ureia

o Resinas de base melamina

Agente humidificador: a base de petróleo, num teor de 0.1% serve para facilitar a mistura da areia com a

resina

Acelerador ou endurecedor: hexamelitetramina

PROCESSO DE OBTER A MOLDAÇÃO DE SHELL MOLDING:

► Modelos: metálicos (ferro, cobre ou bronze) previamente aquecidos (150 a

300ºC durante 3 a 5min)

► Formam-se placas-modelo sobre as quais é depositada uma mistura

preparada de areia termoendurecível, pré-revestida com resina, a qual aquece

por condução, convecção e radiação, sofrendo um processo de polimerização

que liga os grãos de areia numa determinada espessura, formando uma carapaça

ou shell.

╬╬ Sequência de operações:

A. Placa metálica é aquecida (150ºC e 300ºC)

B. Pintada com produto desmoldante (silicone) e é fixa a uma caixa metálica

contendo areia pré-revestida

C. Caixa e a placa são invertidas 180º - para que a areia pré-preparada caia

sobre o modelo metálico aquecido – comece a formação de uma crosta de areia

aglomerada por resina polimerizada

D. Quando tiver uma espessura 5 a 7mm o conjunto volta a posição inicial

(roda 180º) – areia pré-preparada não polimerizada em excesso caia – ficando só

a carapaça ou casca constituinte da meia moldação

E. Para homogeneizar a carapaça – MAXIMA RESISTÊNCIA – coloca-se

numa estufa (250ºC a 600ºC durante 10min a 20seg (respectivamente))

F. Retira-se a meia carapaça da placa-modelo

G. Repete-se o processo para a outra meia carapaça

H. As 2 carapaças podem ser unidas por 3 métodos:

1. Encalque com areia de sílica grossa ou grenalha metálica de aço a volta da moldação

2. Colagem, quer directamente com cola, quer com fita que cola as duas faces

3. Aperto mecânico com grampos ou correntes de aperto

I. Vazamento do metal da moldação, solidificação das peças e abatimento da moldação para

extracção das peças.

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TIPOS DE DADOS NECESSARIOS À ESCOLHA DO PROCESSO:

o VANTAGENS:

o Pode-se fazer as carapaças e armazenar para usar mais tarde

o Leves, rígidas e insensíveis à humidade

o Processo rentável entre as 1000 e as 2000 peças (carapaça (a peça) é muito pequena)

o Menor rugosidade que a moldação de areia (3,2 a 12,5 μm)

o Furos diâmetro 3mm ⇔ moldação de areia 6mm

o DESVANTAGENS:

o Dispendioso – areia precisa de ser de grande qualidade

o Peças de pequenas dimensões: 0.5kg <Peso <15kg; 20cm <L <50cm

o Envergadura 40 a50cm

► Duas variantes do Shell Molding:

CLA: enchimento a baixa pressão ligado a uma máquina de vácuo – Aspiração

o Extracção de gases

o Mais rápido

o Menos deformação da peça devido ao enchimento

CLV: enchimento a baixa pressão contra a gravidade

o Atmosfera de árgon – protege oxidação do metal

CLA e CLV CARACTERISTICAS:

o Gama de ligas: ligas metálicas ferrosas, não ferrosas e super ligas

o Dimensões e peso: 5 a 15cm; 2 a 5kg

o Volume de produção: 2000 a 10000 peças

o Acabamentos:

Espessura mínima: 0.75mm

Acabamento superficial: 1,6 a 3,2 μm

Furos mínimos: 1mm

b) MOLDAÇÃO POR MOLDES PERDIDOS:

a. CERA

b. ESFEROVITE – EPC: gama de ligas:

i. Ligas de alumínio e carbono

ii. Aços liga

╬╬ Sequência de operações do processo Moldação por Cera Perdida:

o Molde metálico: molde mestre para formar os modelos perdidos

o Reproduzir as formas internas das caixas de moldação para os modelos perdidos

o Injecção de cera

o Retirar modelos

o Árvore de modelos: vários modelos parciais ou indivíduos associados

o Formação do revestimento primário: granulometria fina por deposição de camadas de lama refractária à

volta do modelo destrutível final

o Revestimento secundário – conferir rigidez por fora do revestimento

o Destruição da forma do modelo em cera, por fusão e aproveitamento do respectivo material para

reutilização.

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PROBLEMAS:

o Tem de se ter cuidado para que a cera não fique dentro do molde – Como é complicado começou-se a usar

o EPC

o Libertação de gases: se o molde não for bem feito a peça fica com poros – SOLUÇÂO: processo de fundição

com modelos de espuma evaporáveis!

TIPOS DE DADOS NECESSARIOS À ESCOLHA DO PROCESSO:

o Peso: 0,1kg a 5kg

o Produção: média/alta – 5000 a 10000 peças

o Características dimensionais:

o Espessura mínima das paredes: 3,5mm

o Diâmetro do furo: 3mm

o Acabamento: 6,3 a 25 μm – depende da qualidade do modelo e granulometria da areia

o VANTAGENS – precisão dimensional e reduzia rugosidade superficial das peças vazadas – não é necessário

acabamento!

o DESVANTAGENS:

Processo laborioso e caro – sé é usado em casos especiais

Controlo tem de ser muito grande

Não se aplica a peças muito grandes (ate 1m3 no caso de peças em liga de alumínio)

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CTM (T) 12 Outubro a 9 Novembro 2010

SOLDADURA

Grupos de Soldadura:

Soldadura por fusão

Soldadura eléctrica por resistência

Soldadura em fase sólida

Soldadura em fase líquida – sólida

Tipos de Energia:

Eléctrica: (é a mais usada)

o Arco eléctrico: utilizado como fonte

de calor para a fusão dos materiais a

soldar, aproveitando a elevada

densidade de energia do arco

(soldadura MIG; TIG….)

Física do Arco Eléctrico:

Corrente alterna: usa-

se quando o eléctrodo

não é consumível;

Corrente continua

o Resistência eléctrica: o calor

necessário e obtido por efeito de

joule, quando as peças a soldar são atravessadas por uma corrente eléctrica de muito alta

intensidade e baixa voltagem

o Indução: usa-se o calor libertado num corpo metálico introduzido num campo magnético variável e

de alta frequência (> 50.000Hz).

Histereses e correntes de Eddy -> dois fenómenos eléctricos responsáveis pela perda de

calor

o Electro – escória: o calor necessário para a fusão dos metais de base e de adição é também obtido

por efeito de Joule quando a corrente eléctrica de soldadura atravessa um banho de escória fundida

Química:

o Combustão de gases: (soldadura oxiacetilénica)

o Hidrogénio atómico: quando o hidrogénio molecular atravessa um arco eléctrico e passa a

hidrogénio atómico o que é acompanhado por uma absorção de calor. Ao voltar ao estado molecular

dá-se uma libertação de calor que pode ainda ser aumentada pelo calor desenvolvido na combustão

do hidrogénio

o Aluminotermia: quando se mistura alumínio em pó com o óxido de ferro em pó, entre eles dá-se a

uma reacção, e o calor libertado nesta, é utilizado para fundir os materiais a soldar

Mecânica:

o Fricção

o Ultrasons

o Explosão

Luminosa:

o Laser

o Feixe de electrões

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Processos Ligação: Fases

Liquido/liquido – soldadura por fusão

Sólido/liquido - brasagem e soldobrasagem

Sólido /sólido – soldadura por explosão (cria uma onda de choque); usa-se quando os metais são

Metalurgicamente Incompatíveis – Al2OCu

Polaridade:

Corrente contínua:

o Polaridade directa: eléctrodo (-) e a peça (+)

Maior taxa de fusão, menor penetração (indicado para enchimento)

Eléctrodo não consumível (não funde o eléctrodo)

o Polaridade inversa: eléctrodo (+) e a peça (-)

Maior penetração

Soldadura ao tecto

Funde o eléctrodo

Rompe película de óxidos (como a alumina)

Alumínio e magnésio

Vantagens da CC: + estável (não há re-escorvamento do AE)

Polaridade constante

Corrente alterna: usada quando o eléctrodo não é consumível (peça de alumina, Al2O3 Tf ≥ 2000ºC, não se

pode utilizar a polaridade directa, usa-

se corrente alterna. Há inversão da

polaridade, na inversa remove os

óxidos depois passa para directa e o

eléctrodo arrefece.

Evita efeito de sopro magnético

Densidade de potência: P/A = wm-2

Entrega térmica: Ht = ηP/v = VIη/v

Escorvamento:

Curto-circuito – eléctrodos consumíveis

Alta tensão + alta frequência – eléctrodos não consumíveis (evita contaminação)

Sopro Magnético: resulta do posicionamento do cabo ou

quando soldamos materiais ferromagnéticos (estrutura

CCC), fluxo dirige-se para a posição onde está o campo

seguindo o caminho mais curto.

Utilizar corrente alterna para anular o sopro

magnético ou então utilizar dois eléctrodos, um

que anule o outro.

Neste caso em que as linhas de campo não estão

simétricas, coloca-se um acrescento, o campo

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passa a ficar simétrico e já não se formam fissuras.

Curvas Características Maquinas:

Característica Vertical – Tombante - corrente constante: Uma

máquina de soldadura por arco, de intensidade constante, é aquela

que nos serve para a ajustar a corrente do arco e que tem uma

característica estática que tende a produzir uma intensidade de

corrente relativamente constante.

Ideal para soldadura manual pois a corrente não se altera

significativamente quando se afasta o eléctrodo da peça

Característica Horizontal – Tensão constante: Uma máquina de

soldadura por arco, de tensão constante, é aquela que serve para

ajustar a tensão do arco e que tem uma curva característica que

tende a produzir uma tensão de saída relativamente constante. O

fenómeno de auto-regulação só é possível nestas máquinas.

Indicada para processos automatizados

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PROCESSOS DE SOLDADURA POR ARCO ELECTRICO:

SER – SOLDADURA POR ELECTRODO REVESTIDO:

o Descrição do processo:

Processo de soldadura por fusão

A fusão do material de adição e do material

de base é obtida através do calor

desenvolvido por um arco eléctrico

Eléctrodo fusível não continuamente

alimentado

AE estabelece-se em atmosfera altamente

ionizável promovida pela vaporização do revestimento

A protecção do banho em fusão e das gotas de adição é obtida através de uma protecção

gasosa, através da composição do revestimento

O material de adição é obtido através da utilização de um consumível do tipo eléctrodo

revestido

O arco – eléctrico é escorvado utilizando a técnica de curto-circuito

o Aplicações:

Soldadura em todas as posições

Soldadura tanto em chapas como em tubos e perfis

Soldadura topo-a-topo e de ângulo

Espessura mínima na ordem do 1mm, espessura máxima infinito

Soldadura no interior ou exterior

Baixa precisão

o Tipo de corrente eléctrica:

Continua: DC (+) /DCEP ou DC (-) /DCEN

Alterna: AC

o Máquina de soldadura: Curva de intensidade constante

o Vantagens:

Solda a maioria dos metais

Equipamentos simples e económicos

Usa AC e DC

Solda em todas as posições

Boa acessibilidade e mobilidade

Pode ser usado no exterior

o Desvantagens:

Comprimento fixo dos eléctrodos

Limitação da capacidade de corrente máxima

Baixo rendimento ≤ 1Kg/h

Factor de marcha ≤ 30%

Limitado a espessura De 200mm

Ligas leves (Al e Cu) e material reactivo (Ti)

Existência de escória (toda a escória tem de ser extraída)

Não automatizável

Baixo tempo de arco → baixa produtividade

Qualidade depende do operador (!!!)

o Parâmetros de soldadura:

Intensidade de soldadura (corrente):

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Determina a taxa de depósito

Profundidade da penetração

Volume de metal fundido

Intensidades muito elevadas: implica bordos queimados, cordoes altos e estreitos

Intensidades muito baixas: arcos instáveis

Tensão arco eléctrico (voltagem):

Determina a largura e a convexidade do cordão

Melhora a resistência à porosidade

Tensões muito elevadas: cordoes muito largos (2x a penetração) pode originar

fissuração

Tensões muito baixas: difícil remoção da escória, aumento exagerado de elementos

liga no depósito podendo originar fissuração

Velocidade de soldadura:

Velocidade de soldadura excessiva:

o Diminui o efeito de molhagem, aumenta a convexidade

o Aumenta a probabilidade de bordos queimados

o Aumenta a probabilidade da porosidade e da fissuração

Velocidade de soldadura muito Baixa:

o Aumenta a probabilidade de fissuração pelo efeito de aumentar a largura do

cordão

o Aumenta a probabilidade de inclusões de escória devido a volumes de

material fundido muito grandes e baixa velocidade

o Morfologia do cordão muito rugosa

Tipo de eléctrodo e seu diâmetro

o Limitações:

O material depositado deve ser o adequado à soldadura – compatível com o material base

Imperfeições típicas:

Falta de fusão/penetração – preparação, parâmetros

Porosidade – gorduras, falta de protecção, controlo de altura de arco

Inclusões de escória – limpeza, parâmetros

Bordos queimados

Fissuração a frio /a quente – problemas metalúrgicos

o Funções do revestimento

Eléctrica

Não condutor → evita arcos parasitas

Promover atmosfera altamente ionizável pela sua vaporização (afasta gases da

atmosfera como N2)

Metalúrgica

Elementos de liga misturados (C, Mn, Ti, Mo) melhoram composição da zona fundida

Mecânica e Física

Formação de escória

o Protege o banho de fusão

o Envolve as gotas de metal transferido

o Influencia densidade e tensão superficial → soldar em todas as posições

Atraso na fusão do revestimento → AE mais denso

o Variantes

Soldadura por gravidade

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Soldadura dentro de água

o Processo de corte associado: Arc-Air

PROCESSO TIG:


Processo de soldadura por fusão que utiliza a energia

eléctrica

Neste processo o cordão de soldadura é obtido de

duas maneiras:

Só pela fusão do material base (juntas

sobrepostas e de ângulo exterior, espessuras

finas)

Adição de material, através da utilização de uma vareta e fusão do material base

A protecção gasosa do eléctrodo, banho em fusão, das gotas e durante a fase de

solidificação do cordão é obtida através da utilização de um gás de protecção do tipo inerte

(árgon ou hélio)

Escorvamento do arco – eléctrico

Técnica do curto-circuito por “toque” ou “riscamento” do eléctrodo na peça

(mínimo 75V)

Técnica de alta frequência

Técnica de “Toca/Levanta”

Alta tensão + alta frequência (penso que é só este porque o eléctrodo de tungsténio

é não-consumível)

o Aplicações:

Alta precisão

Pequenas espessuras

Quase todos os materiais

Todos os tipos de junta

Passes de raiz

Ligas ferrosas com MB “fraco” (porque a taxa de diluição é baixa)

o Máquina de soldadura: Característica estática Tombante


Continua: DC (+) /DCEP ou DC (-) /DCEN

Alterna: AC

Corrente pulsada (DC ou AC)

DC – aços não ligados e ligados, aços inoxidáveis, cobre e suas ligas, titânio e neobio

AC – alumínio e suas ligas, magnésio e suas ligas (usa corrente DC (-) para o

aquecimento/fusão, controlo do banho difícil, e DC (+) para evitar o sobreaquecimento do

eléctrodo, quebra da camada de óxidos)

o Vantagens:

Solda todos os metais

Bom controlo da penetração

Usa AC e DC (em função do material)


Boa acessibilidade. Automatização

Baixos níveis de hidrogénio

Sem escória

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o Desvantagens:

Comprimento fixo do consumível (Max 1000mm em vareta)

Baixo rendimento ≤ 0,5kg/h

Factor de marcha ≤ 30%

Limitado a espessura de 10mm

Risco de inclusões de tungsténio

Boas competências do soldador

Grande sensibilidade as correntes de ar

Custos dos gases de protecção


Intensidade de soldadura (corrente, regula na fonte)

Tensão arco eléctrico (voltagem, controla a altura o arco-electrico)

Velocidade de soldadura (controla a velocidade de deslocação)

Tipo de eléctrodo e sei diâmetro

Tipo de caudal de gás de protecção

o Limitações:

Pequenas espessuras

Mau para enchimento (baixa taxa de deposição)

o Imperfeições Típicas:

Faltas de fusão/penetração:

Balanceado incorrecto paragens

Nas paragens e arranques

Excessos e faltas de penetração, bordos queimados


Abatimentos em alumínio

Oxidação na raiz e na capa

Fissuração especifica na raiz em juntas de alumínio

Fissuração a quente – problemas metalúrgicos

Fissuração a frio – problemas metalúrgicos

o Gases

Árgon:

Mais denso que o ar → soldadura ao baixo

Menor potencial de ionização → menor temperatura de arco

Menor eficiência térmica

Arco mais estável

Mais utilizado

Hélio

Menos denso que o ar → soldadura ao tecto

Maior potencial de ionização → maior temperatura de arco

Maior eficiência térmica

Maior penetração

Maior velocidade de soldadura

o Variantes:

Pontos

Corrente pulsada

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PROCESSO DE SOLDADURA MIG-MAG:

Fio sólido com protecção gasosa inerte – MIG

Fio sólido com protecção gasosa activa - MAG



A fusão do material de adição e do material de

base é obtida através de calor desenvolvido por

um arco eléctrico

Eléctrodo consumível, armazenado numa bobine e

continuamente alimentado

Material de adição e obtido através da utilização de um consumível do tipo Fio Sólido

Continuo

Protecção do banho em fusão, das gotas de material de adição e do cordão de soldadura é

obtida através de uma protecção gasosa:

Protecção inerte: árgon ou hélio ou misturas de ambos (mais comum 50% ou 75% de

árgon)

Protecção activa: CO2 ou misturas árgon + CO2 5%, 18% ou 20%, ou misturas Árgon +

5%, ou misturas Árgon + CO2 + O2

Escorvamento por curto-circuito

Soldadura semi-automática

MIG:

Utiliza só gases inertes

Só faz a protecção ao material fundido (banho e metal de adição)

Não existem reacções químicas

Aplicável a não ferrosos (Al e Cu) e materiais reactivos (Ti e Nb)

MAG:

Utiliza CO2 e misturas de gases inertes activos

Faz a protecção ao material fundido (banho e metal de adição)

Provoca reacções químicas de oxi-redução exotérmicas

Aplicável a ferrosos

o Aplicações

Não adequado a grandes especificidades

Grande flexibilidade, versatilidade

Aplicação ligada à aplicação dos materiais

Não é a melhor solução para grandes séries

o Tipo de corrente eléctrica: DC (+) / DCEP e AC

o Controlo da estabilidade do Arco-Eléctrico:

Obtido através do Efeito de auto-regulação ou da tensão do arco

Efeito de auto-regulação deve-se a:

Alimentador de velocidade “Fixa”

Processo em que o efeito da densidade de energia é relevante

Efeito de joule não desprezável na fusão do fio:

o

Controlo pela tensão do arco deve-se a:

Alimentador de velocidade variável

Tipo de curva característica estática da fonte Intensidade Constantes

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Dispositivo electrónico quem mede a tensão do arco compara com um valor padrão

o Máquina de soldadura: curva estática da fonte, Tensão Constante (horizontal, auto-regulação)

o Vantagens:

Solda todos os metais possíveis de soldar por fusão

Controlo da penetração razoável

Usa DC (+) / AC (permite soldar alumínio)


Factor de marcha 60%

Taxa de depósito entre 1,2 a 1,5kg/h

Automatização, eléctrodo contínuo

Baixos níveis de hidrogénio

Sem escória, excepto com CO2

Elevada gama de espessuras

Equipamentos baratos

Elevado tempo de arco

o Desvantagens/limitações:

Acessibilidade e mobilidade

Faltas de fusão/colagens

Limitado a espessuras ate 50mm (devido às colagens)

Riscos de inclusões com CO2


Grande sensibilidade às correntes de ar (só em ambiente protegido)


Baixa precisão

Soldadura de juntas dissimilares muito limitada

Baixa densidade de energia


Intensidade de soldadura (corrente) / Velocidade alimentação de fio

Tensão arco eléctrico (voltagem) /altura do arco

Velocidade de soldadura

Tipo de eléctrodo e seu diâmetro

Tipo de protecção e caudal

Extensão livre do eléctrodo

Indutância – como parâmetro de soldadura efeito de redução dos salpicos

o Modos de Transferência:

Força da Gravidade:

Força que ajuda no destacamento da gota, a massa da gota e a componente de

aceleração vertical são dois elementos principais. Apoia na soldadura ao baixo, tem

comportamento contrário na soldadura em posição

Força da tensão superficial:

Força que actua no sentido contrário ao destacamento da gota, varia em função do

material e da temperatura a que se encontra a gota

Força electromagnética/efeito de Pitch:

Força que ajuda no destacamento da gota, a ordem de grandeza da corrente é o

principal elemento, quanto mais fácil o destacamento e menos a dimensão da gota

Atenção que no modo de transferência Globular no MIG/MAG (DC+), esta força

pode ter comportamento de fixação da gota em vez de apoiar o destacamento

(criação da mancha anódica e respectiva força de reacção)

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Força do jacto de plasma:

Força que ajuda no destacamento da gota, é função da velocidade de deslocação do

gás e da dimensão da gota

Força de vaporização:

Força que actua no sentido contrário ao destacamento da gota, varia em função do

material e dos níveis de corrente.

V I F

CC ↓15V ↓ Fγ Em posição

Globular ↑25V ↓ Fg Ao baixo

Spray ↑30V ↑I>It Fem Ao baixo (Fg no banho de fusão)

o Imperfeições Típicas:

Faltas de fusão (colagens) / penetração – preparação, parâmetros


Inclusões de escória – limpeza, parâmetros

Bordos queimados – parâmetros, técnica operatória

Fissuração a frio/ a quente – problemas metalúrgicos

o Stick-out

WFS const + ↑stick-out → ↓I, valim (Kg) const

I cons + ↑stick-out → ↑WFS , ↑ valim (Kg)

↑stick-out → salpicos

↓stick-out → porosidades

o Variantes

FCAW – soldadura por fios fluxados

MIG Plug

MIG CMT

Híbrido MIG/MAG – Laser

MIG sinérgico

SOLDADURA COM FIOS FLUXADOS:



A fusão do material de adição e do material de base é obtida através do calor desenvolvido

por um arco eléctrico

O material de adição é obtido através da utilização de um consumível do tipo Fio Fluxado

Continuo

A protecção do banho em fusão, das gotas de material de adição é obtida através:

De uma protecção gasosa activa ou inerte (CO2 e misturas Ar + CO2 ou Ar)

Da composição de um Fluxo (unicamente ou como apoio ao gás de protecção)

A protecção do cordão de soldadura durante o arrefecimento é obtida através da escória

devido à decomposição do fluxo

o Tipo de corrente eléctrica: continua: DC (+) / DCEP ou DC (-) / DCEN

o Maquina: Curva estática tipo plano ou Tensão Constante

o Vantagens:

Controlo da penetração razoável

Uso DC


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Factor de marcha cerca de 60%

Automatização

Permite soldar ao ar livre

Elevada taxa de depósito de 1,5 a 2,5Kg/h

Benefícios metalúrgicos (vs MIG/MAG)

Escória muito fina, autodestacante

o Desvantagens:


Escória

Níveis de hidrogénio

Risco de inclusões



Custos dos consumíveis

Protecção gasosa não é suficiente para soldar dentro de água

o Características – Principais Aplicações:

Chuveiro ou spray

Construção em geral

Facilidade operatória

Escória de fácil remoção

Boas morfologias

Gota a gota:

Construção com exigências de impacto

Alguma dificuldade em afinação de parâmetros e operatória

Escória de difícil remoção

Baixo hidrogénio

Morfologias mais convexas

Chuveiro (gotas finas)

Alto rendimento e velocidade de execução, construção geral, só aplicações em PA e

PB

Atenção à penetração muito susceptível ao ângulo da tocha e seu posicionamento

Escoria de fácil remoção ou inexistente

Boas morfologias

De globular a spray, alguns fios em chuveiro

Todo o tipo de aplicações, só no exterior

Alguma dificuldade operatória e de regulação de parâmetros

Escória de fácil e difícil remoção

Boas morfologias

o Imperfeições típicas:

Faltas de fusão (colagens) / penetração – preparação e parâmetros


PREVENÇÃO: diminuir tensão e velocidade da soldadura, aumentar intensidade e a

extensão do eléctrodo.

Inclusões de escória – limpeza e parâmetros

Bordos queimados – parâmetros, técnica operatória

PREVENÇÃO: diminuir tensão intensidade e velocidade da soldadura

Fissuração a frio e quente – problemas metalúrgicos

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SOLDADURA POR ELECTROESCÓRIA:

o Descrição do processo: formar um banho de

escória e metal em fusão delimitado pelos

bordos da junta e duas sapatas (normalmente

em cobre solidárias com o aparelho de

soldadura.

Um fio eléctrodo, alimentado automaticamente a

uma velocidade adequada, mergulha no banho de

escória em fusão, assegurando:

A alimentação de corrente, que por efeito de joule mantém a escoria a alta temperatura

A adição de metal, que constituirá o cordão de soldadura

ESCORVAMENTO: o fio desenrola até entrar em contacto com a peça, fundindo por efeito de joule. Logo que

começa a fundir-se dá origem a um arco eléctrico de existência efémera uma vez que é curto-circutado logo que a

massa de escória em fusão oferece resistência à passagem de corrente. Assim a fusão processa-se exclusivamente

por efeito de joule.

TRANSFERÊNCIA: pequenas gotas que atravessam a escória em fusão

DILUIÇÃO ELEVADA (50%)

o Vantagens:

Alta produtividade

Baixo custo de preparação das juntas

Pode ser executada como um só passe, independentemente da espessura do material

Ausência de deformação angular nas juntas de topo

Baixas tensões transversais

Baixo risco de fissuração por libertação de hidrogénio

o Desvantagens:

Grande parte da quantidade de energia utilizada obrigar a um arrefecimento lento que tem

como resultado um poderoso crescimento do grão na ZAC.

A ductilidade do material base na ZAC não e suficientemente elevada para cumprir com os

requisitos impostos para a construção de estruturas soldadas com uma ausência de

fissuração garantida a baixas temperaturas, também conhecida como protecção contra a

rotura frágil

o Aplicações:

Soldadura de chapas de grandes espessuras (> 100mm)

Reparações de peças grandes em aço vazado

SOLDADURA ELECTROGÁS:

o Descrição do processo: semelhante ao processo de soldadura por electroescória utilizando GMAW

na posição vertical. Espessuras menores que SEE.

Em vez de escória, o eléctrodo é fundido por um arco que é protegido por um gás, tal como na soldadura

MIG/MAG.

o Vantagens:

Enchimento num só passe

Cobre a junta na raiz

Redução significativa de custos (comparação com MIG/MAG)

Produz uma ZAC menor e melhor ductilidade que na SEE

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o Desvantagens:

Pode gerar fissuração a quente

o Aplicações:

Chapas com espessuras de 12 a 100mm, recorrendo-se à oscilação para espessuras

superiores

Tipo de junta é geralmente de bordos direitos (I) com uma folga

SOLDADURA POR PLASMA: processo muito similar ao TIG, desenvolvimento desta visando aumentar a

produtividade


Na soldadura por plasma existem dois fluxos de gás separados – o gás plasma que flui à volta do

eléctrodo de tungsténio, formando o núcleo do arco plasma e um gás de protecção que evita a

contaminação do banho em fusão.

A soldadura plasma é utilizada de 3 formas:

Soldadura Micro plasma, com correntes de soldadura

de 0,1 a 20A. Para chapas de espessura muito fina

(0,1mm)

Soldadura plasma-media, com correntes de

soldadura de 20 a 100ª

Soldadura Keyhole, dos 100 aos 400A, em que o arco

plasma penetra toda a espessura do material a soldar – esta técnica e largamente utilizada na

obtenção de juntas soldadas de alta qualidade nas indústrias aeronáuticas/aeroespacial, de

processo, química e petrolífera.

o 8mm numa só camada.

o Processo começa com arco piloto (eléctrodo Bocal).

o Elevada velocidade

o Devido à concentração de calor permite soldar chapas atravessando a mesma de um

lado ao outro

o Soldadura topo a topo

o Evita porosidades

o Elevada relação penetração/largura

ARCO PLASMA TRANSFERIDO: arco é estabelecido entre o eléctrodo e a peça. Maior energia de transferência –

polaridade directa

ARCO PLASMA NÃO TRANSFERIDO: arco é estabelecido e mantido entre o eléctrodo e o bocal – permite soldar

materiais não metálicos. Este arco e utilizado como arco piloto.

o Vantagens:

Alta densidade energética

Alto rendimento utilizando principalmente para soldar aços inoxidáveis com fortes

espessuras na construção de tanques, recipientes e tubagens

Permite união de maiores espessuras de metal, sem preparação de bordos e com as mesmas

prestações de qualidade

Em relação ao TIG: menor área de actuação – maior densidade energia e maior velocidade;

cordão mais estreito, mais preciso; posso soldar maiores espessuras; maior qualidade

Pode ser automatizado

o Desvantagens:

Inerente complexidade operacional

Preparação da junta (menor tolerância) e maior domínio da regulação dos parâmetros (mais

sensível a desalinhamentos)

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Limitada oferta de sistemas de soldagem

Custo elevado dos equipamentos

o Aplicações:

Fabricação de equipamentos de aços inoxidáveis (chapas de espessuras medias (3 a 8mm) e

dos que requerem cordoes longos

Ligas especiais de alumínio

União de aços carbono – soldagem da parte superior de amortecedores destinados à

indústria automobilística

SOLDADURA POR ARCO SUBMERSO (SAS):



A fusão do material de adição e do material de base é obtida através do calor desenvolvido

por arco eléctrico

Eléctrodo consumível, continuamente alimentado, armazenado em bobine

O material de adição é obtido através da utilização de um consumível do tipo Fio Sólido

Continuo ou Fluxado

A protecção do banho em fusão, das

gotas de material de adição obtida

através da utilização de um fluxo, que

cobre o arco eléctrico protegendo-o da

atmosfera, constituintes do fluxo

permitem a criação de um plasma de

arco, constituintes do fluxo geram uma

escória que recobre o cordão

solidificado durante o arrefecimento, constituintes do fluxo podem melhorar a composição

química do metal depositado

Escorvamento por CC

Exclusivamente automático

o Aplicações

Cordões rectilíneos de grande comprimento

Aços não ligados, baixa liga, alta liga

Não se aplica a alumínio

Grandes espessuras

Enchimento


Continua:

DC (-) /DCEN:

o Revestimentos ou soldadura de baixa diluição

o Máxima taxa de depósito cerca de 30% mais que em DC (+)

o Pouco resistente à contaminação das chapas

o Necessita de maior tensão de arco para manter a estabilidade

DC (+) /DCEP:

o Soldadura máxima penetração,

o Melhor morfologia do cordão mais resistente à porosidade

AC:

Permite arcos mais estáveis

Evita o efeito de rectificação

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Características intermédias entre DC (+) e DC (-)

Muito usada em situações de elevado risco de sopro magnético

Em utilizações multifio é muito usada em conjunto com um dos fios em DC (+),

sendo o fio DC (+) o que fornece a penetração e o de AC o enchimento

o Fontes de energia:

Controlo de parâmetros:

Intensidade – velocidade de alimentação de fio

Voltagem – tensão do arco

Velocidade de soldadura

Tipo estático:

Convencionais, inversores

Rectificadores debitam corrente DC ou transformadores/rectificadores debitam AC

Tipo rotativo:

Geradores debitam corrente DC

Alternadores debitam corrente AC

Curva estática tipo plano ou tensão constante ou tipo vertical ou intensidade constante

o Vantagens:

Alto rendimento

Alta produtividade – altas velocidades

Óptimo para enchimento

Usa DC e AC

Factor de marcha de 100%

Taxa de depósito superior a 2,5kg/h

Grande capacidade de penetração

Grande tolerância a contaminação

o Desvantagens:

Problemas para material base impróprio devido à elevada diluição

Introduz no cordão, compostos indesejáveis


Limitações nas posições de soldadura

Forma de penetração, maus passes de raiz

Bons alinhamentos

Soldadura manual de baixa qualidade

Equipamento complexo

Higroscópico

Elevado tempo de preparação

Não solda alumínio

o Parâmetros de soldadura – influência na morfologia do cordão:

Intensidade:

Determina a taxa de depósito

Profundidade da penetração

Volume de metal fundido

Origina maior volatilização dos constituintes do fluxo para I altas

Necessita de fluxos com maior granulometria para I altas (escoar gases)

I elevadíssimas – implicam bordos queimados, cordoes altos e estreitos

I baixíssimas – arcos instáveis

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Tensão:

Determina a largura e a convexidade do cordão

Melhora a resistência à porosidade (óleos e humidade)

Origina maior quantidade de escória, logo maior consumo de fluxo para V altas

Origina uma maior introdução de elementos de liga no cordão depositado para V

altas

V altíssimas – cordoes muito largos (2x a penetração) pode originar fissuração

V baixíssimas:

o Difícil remoção da escória, aumento exagerado de elementos liga no

depósito podendo originar fissuração

Velocidades de soldadura:

Excessiva:

o Diminui o efeito de molhagem, aumenta a convexidade

o Aumenta a probabilidade de bordos queimados

o Aumenta a probabilidade da porosidade e da fissuração

o Diminui a inserção de elementos de liga no depósito vindos do fluxo

Muito baixa:

o Aumenta a probabilidade de fissuração pelo efeito de aumentar a largura do

cordão

o Aumenta a probabilidade de inclusões de escória devido a volumes de

material fundido muito grande e baixa velocidade

o Morfologia do cordão muito rugosa

o Variantes

Multifios

Fita

SOLDADURA OXIGÁS (E OXICORTE):

o Descrição do processo: processo de soldadura que utiliza a chama produzida pela combustão de um

gás combustível no seio do oxigénio

o Parâmetros de chama:

Temperatura de combustão (Tc)

Energia entálpica (H)

Resistência térmica

Potência específica (energia disponível por

unidade de superfície)

3 Zonas da chama:

Zona 1: reacção primária. Combustão

à superfície do dardo

Zona 2: zona redutora

Os produtos da combustão primária (H2 e CO) concentram-se e dá-se a reacção secundária

Zona 3: panacho

Rodeia as outras zonas. Prolonga a zona de reacção secundária

o Tipo de chama:

Chama oxiacetilénica carburante – a

<1

Chama oxiacetilénica oxidante – a>

1 (mais quente)

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Chama normal ou redutor - muito quente, protege da oxidação

o Vantagens:

o Desvantagens:

Afectação metalúrgica

Grande relação largura/penetração

o Aplicações:

Materiais de baixa condutividade térmica

Não utilizada em termos de aplicação industrial

Maçarico usado em:

Soldobrasagem

Corte

Tratamentos térmicos

BRASAGEM E SOLDOBRASAGEM: a brasagem é o mais antigo dos processos que utilizam a fusão para ligar

duas peças metálicas.

Brasagem é um processo de união sem fusão do material base, e em que a ligação metálica é obtida pelo

aquecimento, a uma temperatura adequada e pela utilização de um metal de adição, cujo ponto de fusão é

mais baixo que a temperatura “solidus” do material de base. O metal de adição penetra na junta

preenchendo-a, por acção capilar.

o 3 Tipos de brasagem:

Brasagem fraca: a temperatura de fusão do metal de adição é inferior a 450ºC

Brasagem forte: a temperatura de fusão do metal de adição é superior a 450ºC

Soldabrasagem: consiste em depositar uma liga de brasagem forte numa junta utilizando

uma técnica semelhante aquela usada em soldadura

Na brasagem não existe modificação do perfil das peças a unir, dado que estas não fundem. Um metal com

uma temperatura de fusão mais baixa é introduzido entre as peças, assegurando a ligação metálica por difusão no

metal de base.

o Descrição do processo: é a união de metais através do aquecimento abaixo da temperatura de fusão

dos mesmos, adicionando-se uma liga de solda (metal de adição) no estado líquido, a qual penetra

na folga entre as superfícies a serem unidas. Ao arrefecer, a junta formada torna-se rígida e

resistente.

Tensão superficial

Molhagem

Capilaridade

Difusão

o Condições para a molhabilidade:

O material de brasagem e o material de base podem formar uma solução sólida ou

compostos intermediários

A temperatura de área de junção para permitir o molhamento (temperatura da área de

junção = temperatura do material de brasagem fundido). Quando a área que esta a ser

brasada não esta aquecida, durante a fusão do material de brasagem, podem surgir bolhas

do material de brasagem, isto é começa a não se espalhar e a molhar-se a si mesmo e não à

superfície a ser brasada.

Superfícies limpas e isentas de oxido

Necessidade de limpeza e pureza química e mecânica da superfície

Emprego de gás de protecção, meio fluxante ou vácuo.

o Gases de protecção:

Atmosfera de brasagem (H2N2, 95% N2, 5% H2)

24


Uso predominante na brasagem dura

Remoção da camada superficial de óxidos por reacção química com o gás protector

o Meio fluxante:

Predomina no emprego da brasagem fraca

Redução, dissolução e remoção dos novos óxidos que se estão a formar durante o processo

Estimulação do contacto térmico dos pares que estão a ser brasados

Temperatura do meio fluxante deve ser menor que a temperatura de trabalho do material

de brasagem

Selecção do meio fluxante dependendo do material base, da temperatura de trabalho e do

meio de brasagem

o Vantagens:

Menor quantidade de calor necessária para realizar a junta – leva menos tempo – menores

consumos de energia – menores distorções

Metal de adição depositado é relativamente macio e dúctil – facilmente maquinável e possui

baixas tensões residuais

Equipamento simples e fácil e utilizar

Metais frágeis (ferro cinzento fundido) podem ser soldados sem pré-aquecimento

Trata-se de um processo que pode ser utilizado para soldar metais dissimilares – cobre a aço

carbono e cobre a ferro fundido

o Desvantagens:

A resistência da soldadura e limitada à do metal de adição

Junta soldada pode estar sujeita a corrosão galvânica

Cor do metal de adição pode não ser a mesma do metal de base

o Aplicações:

Soldadura de metais dissimilares

União de peças de pequena espessura

União de metais tratados termicamente e onde não são permitidas deformações, uniões

metal cerâmica, etc.

Brasagem fraca: indústria eléctrica e electrónica, para a soldadura de componentes a placas

de circuitos impressos, ligações de terminais eléctricos, etc.

Brasagem forte: vasto campo de aplicação industrial que vai desde a industria eléctrica e

electrónica à industria automóvel, aeronáutica, etc.

Soldobrasagem: utilizada para soldar tubos, varões e barras, componentes fundidos e

forjados, sobretudo sempre que se pretende obter baixas deformações.

SOLDADURA POR ALUMINOTERMIA:

o Descrição do processo: processo no qual uma mistura adequadamente preparada, de alumínio e um

oxido metálico, após uma ignição inicial, reage exotermicamente. Devido a esta libertação de calor, a

reacção propaga-se por si num curto espaço de tempo, tomando conta de toda a mistura. Como

resultado desta transformação obtêm-se um metal limpo e liquefeito e escória rica em Al2O3.

o Vantagens:

o Desvantagens:

o Limitações:

SOLDADURA POR FEIXE DE ELECTRÕES:

o Descrição do processo: processo de união baseado na fusão localizada da junta através do ser

bombardeamento por um feixe de electrões de alta velocidade. O feixe de electrões é emitido por

25


um canhão electrónico e focalizado através de lentes electromagnéticas numa região muito pequena

da junta o que permite obter uma elevada concentração de energia. Durante o bombardeamento,

parte da energia cinética dos electrões e convertida em calor, fundido e vaporizando parte do

material da junta e criando um furo (Keyhole) através do material. Quando este furo e movido ao

longo da junta, o material liquido flui em torno do mesmo e solidifica formando a solda.

o Vantagens:

Permite obter cordões com elevada razão Penetração/largura (30:1)

Velocidade ate 200mm/s

Baixa energia de soldadura minimiza problemas de distorção e contracção da junta

Permite soldar facilmente metais dissimilares de condutividade térmica diferente desde que

tenham a mesma compatibilidade metalúrgica

É o processo mais preciso

o Desvantagens:

Equipamento é caro e complexo

Necessita de um alto vácuo – reduz a produtividade do processo

Cuidados especiais para protecção do pessoal

O cordão estreito e de elevada penetração exige um ajuste perfeito dos componentes que

estão a ser soldados

Emissão de raios-X

Radiação residual

o Limitações:

Geração de vácuo (?)

SOLDADURA POR LASER:

o Descrição do processo: união baseado na fusão localizada

da junta através do seu bombardeamento por um feixe de

luz concentrada coerente e monocromática de alta

intensidade. Similar à soldadura por feixe de electrões, este

feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e

vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada

do feixe no material, casando um furo que penetra no

metal base

o Vantagens:

Laser pode ser transmitido no ar, não necessita de um vácuo sobre a peça, embora seja

recomendável o uso de uma protecção gasosa (principalmente para materiais reactivos)

Não ocorre geração de raios X com laser

Feixe de laser pode ser facilmente direccionado e focalizado o que facilita a automatização

do processo

Devido à menos intensidade do feixe de laser, a poça de fusão deste processo é menos

sensível que a da soldadura por feixe de electrões a problemas de instabilidade (porosidade

na raiz, fusão incompleta e respingos sob o cordão)

Processo de alta velocidade

Cordão de boa qualidade: mais estreito, mais profundo, menor ZAC e menos distorções

Permite soldar materiais difíceis como ligas de titânio, refractários e ligas não-ferrosas em

geral

Permite soldar juntas homogéneas e dissimilares

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o Desvantagens:

Custo do equipamento elevado

Baixa eficiência – necessita de grandes unidades de refrigeração para aplicações de alta

potência

Elevada precisão exige preparação e posicionamento das juntas

Custo de produção

Equipamento muito grande e pesado

o Limitações:

Não serve para alumínio

Processos de soldadura por fusão: Quadro Resumo

27


28


Soldadura no estado sólido: soldadura pressão a frio, soldadura por difusão, soldadura por ultra sons, por

explosões, alta frequência, fricção (stir welding) ou faiscamento (descarga do condensador)

Estado físico do cordão de soldadura durante o processamento: material de base – sólido e material de

adição (se existir) - sólido

Mecanismos de ligação:

o Aproximação a distancia interatómicas de equilíbrio

o Interdifusão

o Mistura dos materiais com ligações atómicas

o Encastramento (clinching)

Principais vantagens:

Diminuição dos custos de fabrico

o Redução do consumo de energia (gasta menos e tem uma eficiência energética superior)

o Ausência (ou quase) de consumíveis (materiais de adição e gases)

o Equipamento relativamente simples e facilmente automatizados que não necessitam de operadores

especializados

o Elevada produtividade, com resultados facilmente reproduzíveis

o Permitem soldar materiais difíceis ou mesmo impossíveis de soldar por fusão resultando em cordões

com excelentes propriedades mecânicas (muito próximas do material base)

o Tipicamente trata-se de processos ambientalmente limpos (sem emissão de fumos ou radiação)

Em meios agressivos para o ser humano, permitem a operação e controlo de processo de forma remota

SOLDADURA ELÉCTRICA POR RESISTÊNCIA:

o Descrição do processo: os metais são unidos sem material de adição através da aplicação de

corrente e pressão na zona a soldar. A quantidade de calor depende, por exemplo, da resistência

eléctrica da área a soldar. Este é um factor importante neste processo de soldadura que conduziu à

sua designação

Principais processos de soldadura por resistência:

Soldadura por pontos

Soldadura por projecção

Soldadura

o Vantagens:

Fácil de repetir

Automatizado/robotizado

o Desvantagens:

Difícil soldar alumínio e cobre (baixa resistência eléctrica)

o Aplicações:

Aços

Ligas inoxidáveis

Aços galvanizados

Prata níquel bronze

Ligas de alumínio e magnésio

o Variantes

Pontos

Roletes (contínua)

Projecção ou bossa

faiscamento (estado sólido)

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SOLDADURA POR DIFUSÃO:

o Descrição do processo: processo de união no

estado sólido que produz solda pela aplicação de

pressão a elevada temperatura sem a deformação

macroscópica das peças. Pode ser adicionado um

metal de adição entre as superfícies da junta.

Esta soldadura por difusão é um processo

especializado de soldadura de aplicação restrita

quando se deseja:

Evitar problemas metalúrgicos associados com a soldadura por fusão

Fabricar componentes de dimensões e forma próximas das desejadas no produto

final

Produzir peças espessas com propriedades uniformes ao longo da espessura.

O processo só é economicamente viável quando materiais especiais e de elevado custo são utilizados ou

quando existe um grande exigência quanto às dimensões da peça soldada, tendo as suas aplicações sido, ate

o presente, limitadas, em geral, às industrias electrónica e aeroespacial.

o Vantagens:

o Desvantagens:

Baixa produtividade (demora muito tempo)

o Limitações:

SOLDADURA POR ALTA FREQUÊNCIA:

o Descrição do processo: são utilizadas bobines por onde

passa uma corrente de lata frequência que causa o

aparecimento de correntes induzidas na região da junta das

peças que estão a ser soldadas. Estas correntes aquecem a

junta por Efeito de Joule o que facilita a deformação

localizada e a formação da solda com a aplicação de

pressão. Desta forma, este processo apresenta grande

semelhança com a soldadura por Resistência.

o Vantagens:

Grandes velocidades de soldadura (300m/min)

O aquecimento da junta é bem localizado o que minimiza alterações no metal base

Processo pode ser utilizado para diferentes metais e ligas incluindo aços carbono e de baixa

liga, aços inoxidáveis e ligas de alumínio, cobre, titânio e níquel

o Desvantagens:

o Aplicações:

Fabricação de tubos e perfis de aço de pequena espessura (0.13mm)

Fabricação de tubos de grande espessura (ate 25mm)

Adequado para aplicações mecanizadas ou automatizadas onde são necessários grandes

volumes de produção

SOLDADURA POR FRICÇÃO:

o Descrição do processo: utiliza energia mecânica, em geral

associada com a rotação de uma peça, para a geração de

calor na região da junta a ser soldada. Após o

aquecimento adequado da junta, as peças são

30


pressionadas para a formação da junta. O processo pode também ser aplicado, através da rotação e

pressão de uma barra contra a superfície de uma peça, para que se dê o depósito de revestimentos

especiais sobre a peça ou a soldagem de um pino no interior desta.

o Vantagens:

Permite soldar materiais dissimilares

o Desvantagens:

o Aplicações: em geral e utilizado para a soldadura de peças de simetria cilíndrica Tubos e barras, que

podem ser de metais dissimilares. Aplicado principalmente na soldagem de ligas de alumínio.

SOLDADURA POR EXPLOSÃO:

o Descrição do processo: é um processo que utiliza a

energia de detonação de um explosivo para promover

a união de peças metálicas. Uma das peças é lançada

ao encontro da outra devido a uma explosão e,

durante a colisão, desenvolve-se uma intensa

deformação plástica superficial capaz de remover as

contaminações superficiais e promover a união das

peças. Devido ao forte choque nas superfícies da

junta, a solda tem um aspecto típico ondulado. O

processo pode ser utilizado para união de praticamente todos os metais e ligas que possuam

ductilidade suficiente para não se romperem durante a explosão e tem sido utilizado

industrialmente para a fabricação de revestimentos, de chapas bi-metálicas e para a união de metais

metalurgicamente incompatíveis em processos de soldadura por fusão.

o Vantagens:

o Desvantagens:

o Aplicação: fabricação de chapas com revestimentos protectores contra a corrosão em vasos de

pressão e em permutadores de calor e de peças de transição entre estruturas de alumínio e aço

SOLDADURA POR ULTRA-SONS:

o Descrição do processo: produz a união das peças através da aplicação localizada de energia

vibratória de alta frequência (Ultra-som), enquanto as peças são mantidas sob pressão. A união

ocorre por aquecimento e deformação plástica localizada das superfícies em contacto.

o Vantagens:

Alta produtividade – velocidade elevadas

Pode ser automatizado

Liga materiais dissimilares

o Desvantagens:

Só serve para materiais de pequenas espessuras

Custos elevados

o Aplicações:

Para soldadura de juntas sobrepostas de metais dúcteis (similares ou não) de pequena

espessura

União de plásticos – indústria electrónica e fabricação de embalagens

Cablagem 30 a 40km

PROCESSOS DE CORTE TÉRMICO:

Separação de um componente em duas ou mais peças ou remoção de material da superfície da peça

Processos de corte podem ser separados em dois grupos (de uma forma análoga à da soldadura):

31


Processos de corte térmico (baseados na aplicação localizada de calor na peça):

o Cortes de alta qualidade, precisão adequada e baixo custo para várias aplicações e materiais.

o Permite mudanças bruscas de direcção de corte (o que não e possível nos corte a frio)

o Corte de uma pela aplicação localizada de calor

para a fusão e eventual vaporização de uma

pequena região desta peça juntamente com o uso

de um jacto de gás que auxilia a remoção do

material da região de corte

Corte a oxigénio – Oxicorte:

Descrição do processo: utiliza um

jacto de oxigénio puro para oxidar

o metal de base e remover a

mistura, no estado líquido, de

óxidos e do material de base da região de corte.

Aplicações:

o Usado para ligas de ferro: aços carbono e aços de baixa liga, pode

ser usado nas ligas titânio

o Cortas chapas ate 300mm de espessura

Características: vantagens e desvantagens

o Pode cortar aço mais rapidamente que os processos usuais de

remoção mecânica de material

o Pode cortar peças com formatos e espessuras difíceis de serem

trabalhadas de forma económica com processos mecânicos

o Equipamento básico para operação manual é de baixo custo

o Equipamento manual pode ser portátil e de fácil uso para o trabalho

no campo

o Direcção de corte pode ser mudada rapidamente

o Processo pode ser facilmente usado para a abertura de chanfros

para soldagem

o Tolerância dimensional do Oxicorte é pior do que a de vários

processos mecânicos

o Processo e essencialmente limitado ao corte de aços

o Processo que gera fumo e fagulhas quentes que podem representar

um problema de higiene e segurança

o Os aços temperáveis necessitam de operações adicionais (pré-

aquecimento, tratamento térmico, etc.) de custo elevado para

controlar a estrutura e propriedades mecânicas da região de corte.

Corte a plasma:

Descrição do processo: é realizado com um jacto de plasma quente de alta

velocidade obtido de forma similar ao processo de soldadura por plasma.

Um fluxo suplementar de gás (CO2, ar, azoto, oxigénio) ou, mesmo, de água

pode ser usado para refrigerar a constrição do arco. Em sistemas de grande

porte, o corte pode ser realizado sob uma pequena camada de água para

reduzir os seus efeitos ambientais (formação de fumos radiação e ruídos)

Aplicações:

o Corta praticamente todos os metais e peças de pequena espessura

de aço de baixo carbono – mais rápido que no Oxicorte

32



o Processo não precisa de pré-aquecimento inicial ate à temperatura

de ignição como no Oxicorte

o Equipamentos de baixo custos e pequenas dimensões para o corte a

plasma manual

o É mais comum em instalações de grande porte para corte

mecanizado e automático

o Elevado custo do equipamento

o Alto nível de ruído, fumos e radiações

Corte a laser:

Descrição do processo: como no processo de soldadura a laser, é baseado

na acção de um feixe de luz concentrado na peça. A elevada densidade de

energia utilizada possibilita a fusão e vaporização do material na região

afectada pelo laser o que leva à remoção de material e à acção de corte.

Muitos sistemas trabalham com um jacto de gás auxiliar para facilitar a

expulsão do material da região de corte. Este gás pode ser:

o Inerte para gerar uma superfície limpa e suave

o Activo (oxigénio) para aumentar a velocidade de corte

Aplicações: pode ser utilizado para cortar todos os metais e ainda certos

materiais não metálicos (cerâmicos)


o Capacidade de cortar qualquer metal e diversos materiais não

metálicos independentemente da sua dureza

o Espessura de corte e região afectada pelo calor do corte mais finas

do que em qualquer outro processo de corte térmico

o Elevadas velocidades de corte

o Facilmente adaptável para sistemas controlados por computador

o Equipamento de custo elevado

Corte Arc-Air:

Descrição do processo:

o Eléctrodo de carbono cobreado (não é consumível mas degrada-se)

de elevada temperatura de fusão, refractário

o Descarga por faísca (não há plasma, não há estabilidade de

descarga)

o Jacto de ar comprimido

Aplicações: “escavar ” até aos defeitos, abrir rasgos para enchimento


o Corte irregular, muito oxidado

Processos de corte a frio (baseados na deformação localizada do material)

33


METALURGIA DA SOLDAURA

Consequências metalúrgicas do ciclo térmico de soldadura

Zona Fundida (ZF): região onde o material foi fundido

durante a soldagem e caracterizado por temperaturas de

pico superiores à sua temperatura de fusão

ZAC – zona afectada pelo calor: região não fundida do

metal base, mas cuja microestrutura foi alterada pelo ciclo

térmico de soldagem. As temperaturas de pico são

superiores a uma temperatura crítica (Tc) característica do

metal base

Zona não Afectada: região mais afastada da solda que não foi alterada metalurgicamente pelo ciclo térmico.

As temperaturas de pico são inferiores a Tc.

Diluição: % de Material Base no cordão de soldadura.

Soldadura por pontos, diluição é de 100%. KEY-

HOLE, tudo o que é fundido é material base.

Diluição 0%, quando se quer soldar estanho, só

funde o material de adição – soldadura por brasagem.

Soldadura por atrito, não existe zona fundida, soldadura de fase sólida-sólida.

Entrega Térmica Hf = P/v = VI/v

No plasma a entrega térmica é pequena, a velocidade é muito grande.

Plasma: d = P/A, Hf = P/v - cordão estreito e de alta precisão

Influência da velocidade na soldadura: com o aumento da velocidade de soldadura a diferença entre a velocidade

de solidificação para θ = 0 e θ > 0 aumenta significativamente e assim o banho de fusão toma a forma mais alongada.

Soldadura Multipasse: sempre que com um só passe não se consiga garantir a penetração total, deve ser recorrer à

abertura de chanfros nas peças e ao respectivo enchimento. A taxa de fusão é limitada pela Entrega Térmica

admissível, pelo que para peças mais espessas, é necessário realizar soldadura multipasse.

Vários cordões: diminui a Hf, fraca diluição, menor introdução de elementos → produtividade baixa →

recristalização e refinamento do grão.

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Soldabilidade

(o que temos de referir num caso prático, para escolher o processo de soldadura e justificar)

1. AÇOS CARBONO, CARBONO MANGANES, BAIXA LIGA E MICROLIGADOS

Cálculo da temperatura de Pré-Aquecimento

1. Determinação do carbono equivalente Ceq

2. No diagrama A, seleccionar a escala de Ceq (A, B, C ou D) em função do tipo de junta, do seu

constrangimento e do teor de hidrogénio no metal depositado

3. Calcular a entrega térmica, a espessura combinada e localizar no gráfico da direita do diagrama

B, o ponto correspondente a este binário de valores

4. No gráfico da esquerda do mesmo diagrama, marcar na escala de Ceq, seleccionada em 2), o

valor do Ceq calculado em 1)

5. Fazer passar pelo ponto determinado em 3) uma horizontal e uma vertical pelo ponto

determinado em 4). O ponto de intersecção da horizontal com a vertical dá a TEMPERATURA DE

PRÉ-AQUECIMENTO.

35


36


Fissuração a Frio: constitui uma das maiores dificuldades sob o ponto de vista de soldabilidade metalúrgica,

surgidas na soldadura dos aços carbono, carbono-manganês e baixa liga

A fissuração a frio ocorre essencialmente de três formas, e aparece

geralmente na ZAC.

Ocorre quando coexistem em simultâneo os seguintes factores:

Hidrogénio no material depositado

Elevado nível de tensões na junta

Microestruturas duras e frágeis - MARTENSITE

Mecanismo difusão do Hidrogénio:

Se houver humidade → liberta-se

hidrogénio → sempre que se rompe uma

ligação obtém-se H+ e O+ e o H+ entra no

cordão.

Hidrogénio no cordão: capacidade de

absorver o hidrogénio, a austenite tem uma

maior capacidade de absorver o

hidrogénio, e como a ferrite não o absorve,

satura, e então o hidrogénio passa para a

austenite e fica na ZAC

Influência do Hidrogénio: existe uma expansão volúmica numa estrutura frágil, o que leva a estrutura a partir.

Soluções:

o Pré e Pós-aquecimento e ao aquecimento entre passagens são utilizados e destinam-se a diminuir a

velocidade de arrefecimento de uma soldadura a fim de modificar a microestrutura, ou seja

diminuir a dureza. Este tipo de tratamento facilita também a difusão de H2 e ao mesmo tempo,

diminui o nível e melhora a distribuição das tensões residuais.

o È de evitar o uso de materiais de adição de alto teor em H2, húmidos e secos, assim como de fluxos

ou protecções gasosas contendo este elemento.

o Eléctrodos de baixa resistência permitem diminuir o nível de tensões na ZAC e portanto, reduzir a

susceptibilidade à fissuração a frio.

o O uso de materiais de adição austeniticos na soldadura de aços tratados termicamente e de alta

resistência facilita a ocorrência deste tipo de fissuração, uma vez que a austenite dissolve bem o H2.

Fissuração a quente (1000,1200ºC): defeito que pode ocorrer frequentemente em construções soldadas a

temperaturas superiores a 1200ºC

Principais factores que controlam a fissuração a quente são:

o Constrangimento

o Forma da soldadura

o Composição química do material (presença de enxofre e fósforo)

Durante a solidificação de uma soldadura, o

crescimento das dendrites dá-se a partir da

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linha de fusão, onde o arrefecimento e mais rápido.

O Liquido que resta, à medida que a solidificação progride, vai ficando cada vez mais rico em impurezas e

elementos de liga que lhe baixam o ponto de fusão

Solidificação ocorre de modo a que as dendrites se encontrem a meio do cordão

Na zona central, a ultima a solidificar, vai aparecer um filme liquido de baixo ponto de fusão, (constituído

por sulfuretos e fosforetos de ferro), o qual não resistindo às contracções de arrefecimento da soldadura, vai

dar origem a uma fissura.

SOLUÇÕES:

Usar inibidores à fissuração a quente quando se está a soldar:

o Cálcio, cerio, oxigénio, molibdénio, manganês, vanádio

► Convêm usar mais que um inibidor!

Fazer Multipasse: Fraca diluição – fica-se com menos material frágil

Influência da geometria, tem de ser Largura/Profundidade> 2 → assim a segregação fica superficial

e não fissura

Deve-se fazer uma redução progressiva da intensidade da soldadura.

Arrancamento Lamelar: resulta de uma combinação de tensões altamente localizadas, devidas ao processo

de soldadura e a uma baixa ductilidade do material base no sentido da espessura, devido à presença de

inclusões não metálicas alongadas e alinhadas paralelamente à direcção de laminagem.

Principais factores:

Baixa ductilidade do material base no sentido da

espessura

Presença de inclusões (silicatos e sulfuretos) de forma

plana com elevada área de superfície

Configurações de junta conducentes a elevadas tensões

residuais de tracção no sentido da espessura

Chapas espessas

►PODE SER EVITADO – usando aços de boa ductilidade como os

tratados com Ce que permitem obter inclusões de sulfuretos de

forma preferencialmente esférica, mesmo em aços laminados a

quente.

1. Modificação de uma junta T e de uma junta L, destinada

a reduzir os riscos de arrancamento lamelar

Precauções e remédios:

o Modificação da sequência da soldadura

o Passe de soldadura inicial

o Evitar juntas topo a topo

o Utilizar materiais laminados

o Aços sem excesso de enxofre

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2. AÇOS INOX (ver anexos)

Diagrama de SHAEFFLER:

Calculando o níquel equivalente e

o crómio equivalente, através do

diagrama de Shaeffler,

determinando o ponto

correspondente à composição

química, consegue-se prever a

estrutura metalúrgica do metal

fundido numa soldadura.

Este diagrama não pode

ser aplicado à

determinação da ZAC,

nem a uma soldadura que

tenha sido sujeita a

tratamentos térmicos.

Para calcular o Cr e Ni equivalente utiliza-se a seguinte expressão:

Este diagrama mostra as regiões problemáticas na soldadura.

1 – Fissuração a quente: campo que engloba as composições austeniticas. Ocorre a

temperaturas superiores a 1250ºC. Isto deve-se ao facto de nestas ligas existir a

possibilidade de formação de fases segregadas, de menor existência mecânica –

tensões de contracção originadas pela soldadura que são suficientes para abrir

fissuras quando há temperaturas elevadas.

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2 - Zona da fase Sigma: campo que engloba todas as composições de ligas que tem a

possibilidade de, após longa exposição a temperaturas entre os 500- 900ºC, fazes

surgir uma fase sigma, Fe-Cr que tem como principal característica a sua elevada

fragilidade.

3 – Zona de crescimento de grão: abrange geralmente a região dos aços inoxidáveis

ferríticos, ao cromo e com baixo teor de carbono; o problema é o crescimento

irreversível dos grãos, quando o aço está aquecido a temperaturas superiores a

1150ºc. Este crescimento é mais acentuado na ZAC, dá origem a fragilização.

4 – Fissuração a frio: estruturas martensíticas e parte das estruturas mistas. São

normalmente os aços temperados e revenidos com teores de carbono superiores a

0.3%. A fissuração ocorre devido a coexistência de 3 factores: estrutura metalúrgica

martensítica, tensões e hidrogénio.

5 – Zona central: não traz problemas.

Exemplo:

Aço inoxidável ferrítico ABNT430 (0.03% C, 0.9%Mn, 0.4%Si e 17.3%Cr) foi soldado com um eléctrodo AWS E309

(0.06%C, 0.7%Mn, 0.7%Si, 22.1%Cr e 12.5%Ni). Os valores do Cr e NI equivalentes são:

Metal base: Creq: 17.9 e Nieq: 1.4%

Metal de adição: Creq: 23.2 e Nieq: 14.7%

Problemas metalúrgicos: apesar da boa soldabilidade destes aços existe o risco de ocorrerem fenómenos

metalúrgicos que vão afectar o comportamento da junta soldada

Precipitação de carbonetos de Cr (sensitização)

Compostos ricos em Fe+Cr+C, que precipitam nos limites de grão, neste tipo de aços

inoxidáveis austeniticos (500º aos 900ºC) – ocorrem na ZAC e nos limites de grão

Consequência: diminuição do teor de CROMIO nos limites de grão – levando à corrosão

intercristalina

o Solução 1: utilizar aços inox com menor teor possível de C, pois quanto mais alto for o teor em C,

menos será o tempo necessário para que ocorra sensitização

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o Solução 2: O risco de sensitização é reduzido se forem utilizadas Entrega Térmica baixas, pois assim

as taxas de arrefecimento são superiores (menos tempo de permanência entre os níveis de

temperatura critica) e a energia livre para promover a reacção é inferior

o Solução 3. Utilizar aços estabilizados com Ti ou Nb, pois o C é mais afim para o Ti e o Nb do que para

o Cr, ficando este livre para proteger a superfície.

A sensitização, em pequenas quantidades, não é prejudicial, podendo mesmo aumentar a resistência

mecânica do matéria a alta temperatura, MAS se puser em risco a resistência à corrosão é necessário

submeter a peça ao tratamento de: Hipertêmpera – elimina carbonetos de crómio rompendo as ligações

com o aquecimento e arrefecimento brusco o crómio volta a juntar se com o oxigénio e cria uma nova

película protectora

Caso o arrefecimento não fosse brusco, e fosse lento o C e o Cr voltavam-se a ligar...

Soldabilidade metalúrgica dos aços inoxidáveis

3. SOLDADURA DOS FERROS FUNDIDOS (FF)

Características positivas dos FF:

o Fusão a temperatura baixa – óptimos para fundição

o Baixo custo

o Elevada resistência ao desgaste

Características negativas dos FF:

o Baixa ductilidade – frágeis

o Impossibilidade de enformar à temperatura ambiente

o Difícil de maquinar

Tipos de FF:

o FF cinzento

o FF nodular

o FF branco

o FF maleável

o FF de liga

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Variáveis que originam os diferentes tipos de FF:

o Teor em carbono

o Teor de elementos de liga e impurezas

o Taxa de arrefecimento após solidificação

o Tratamentos térmicos

FF Cinzento

o Em função de forma como é realizado o arrefecimento a matriz destes FF é composta pelas fases

seguintes, que por ordem crescente de resistência são:

Ferrite, perlite, bainite ou martensite

o O silício (Si) é o elemento grafitizante, nestes ferros a ferrite encontra-se na forma lamelar.

FF Nodular

o Obtido a partir do FF cinzento por adição de Mg durante a fusão, o qual vai provocar uma

reacção muito energética e efervescente que não vai permitir a formação de lamelas, mas sim

de nódulos ou esferas de grafite, numa matriz de ferrite, perlite, bainite ou martensite,

conforme a taxa de arrefecimento aplicada

o São todos, talvez com excepção dos FF Nodular de liga, os que mantendo as vantagens genéricas

dos FF, apresentam as melhores características mecânicas e de soldabilidade

FF Branco

o As fases presentes neste FF é uma matriz de perlite envolvendo grandes partículas de cementite,

devido principalmente a:

Existência de Mn e pouco Si

Elevadas taxas de arrefecimento a que é sujeito durante a sua elaboração, razão porque

não é usual obter pelas com mais de 100mm de espessura

o Características Positivas:

Elevada resistência à compressão

Elevada resistência à abrasão

Mais barato de todos os FF

o Características Negativas:

Baixa resistência à tracção e ao impacto

Extrema fragilidade

FF Maleável

o Este tipo de FF é obtido a partir do FF Branco por tratamento térmico, depois de obter FF

Branco, este é sujeito a um tratamento térmico de amaciamento, onde se transforma a

cementite e a perlite (dura e frágil), numa matriz de ferrite, perlite, bainite ou martensite

envolvendo nódulos de grafite (menos perfeitos que no FF Nodular)

FF de Liga

o FF cinzento de liga (Si, Ni, Cu e Al)

14-17% Si - Aplicação a reservatórios de líquidos corrosivos – baixa resistência ao

choque e não são maquináveis

18% Ni, 4% Cr, 7% Cu – comportas, carcaças de turbo compressores, válvulas - são

austeniticos, têm elevada tenacidade e resistência ao choque térmico

o FF esferoidal de liga (Ni e Cr)

São austeniticos e comparáveis com os aços inoxidáveis

Elevada resistência á corrosão

Elevada resistência a alta temperatura

Elevada soldabilidade

Elevada ductilidade e facilidade de maquinagem

o FF branco de liga (Ni, Cr, Mo)

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Aumento da dureza

Aumento da resistência ao impacto

Aumento da resistência à tracção

Aumento da resistência ao desgaste

Aumento da resistência ao choque térmico

o FF maleável de liga (Cu e Mo)

0.25-0.5% Cu: elevada resistência à corrosão

0.25-0.5% Mo: maior resistência mecânica

0.5% Mo, 1% Cu: maior resistência mecânica e ductilidade média

4. SOLDADURA DOS METAIS NÃO-FERROSOS E SUAS LIGAS

Para soldar este tipo de materiais, é necessário um processo que tenha uma elevada densidade de energia a par

com os processos convencionais TIG ou MIG.

Estas ligas são de pequena espessura e leves.

Soldadura do alumínio e das suas ligas:

o São dos mais versáteis e de maior utilização no grupo dos NÃO-FERROSOS

Baixa densidade

Elevada resistência á corrosão

Soldabilidade razoável

o As ligas de alumínio podem ser classificadas em 2 grupos:

Ligas de alumínio tratáveis termicamente – (os elementos de liga são dissolvidos no alumínio

a alta temperatura sofrendo depois um tratamento de têmpera)

Ligas de alumínio não-tratáveis termicamente – (o grau de encruamento (devido à

deformação a frio) determina a resistência do material)

o Problemas metalúrgicos:

Qualquer processo de soldadura é condicionado pela grande afinidade destes materiais para

o oxigénio (caso da alumina)

Retenção de gases no metal que fundiu devido à elevada velocidade de solidificação –

devem se utilizar técnicas com elevado grau de limpeza e o uso de gases de soldadura de

elevada pureza

Fissuração a quente – devido à:

Composição química

Coeficiente de dilatação dos materiais base e dos materiais de adição

Constrangimentos da junta

Amaciamento da ZAC – devido à recristalização de estrutura encruada, ou por destruição

dos precipitados obtidos por tratamento térmico de endurecimento por precipitação

Soldadura do cobre e das suas ligas:

o As principais ligas são o latão e os bronze-alumínios

o A maior dificuldade que surge na soldadura devesse à presença do óxido cuproso (Cu2O). Deve se

então utilizar metais de base com teor de oxigénio inferior a 0.03% - nestes não existe óxido cuproso

e contêm fósforo residual (utilizado na desoxidação) – combina-se com o oxigénio e eventualmente

é absorvido durante a soldadura.

o A soldadura dos latões é caracterizada por uma volatilização acentuada do zinco durante a operação

de soldadura. A perda de zinco leva a uma deterioração de propriedades. A existência de uma

película de óxidos que dificulta a volatilização é benéfica.

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Soldadura do titânio e das suas ligas

o Titânio e as suas ligas são dos matérias mais utilizados devido a:

Baixa densidade, excelente resistência à corrosão e uma elevada relação

resistência/densidade (vantagens)

o Estes materiais são bastantes reactivos – muito sensíveis à contaminação pelo oxigénio e pelo azoto

quando aquecidos a temperaturas superiores a 500ºC – deterioração das propriedades mecânicas e

abaixamento da resistência à corrosão.

o Titânio não pode ser soldado por fusão – porque se formam no metal fundido compostos inter-

metálicos muito frágeis.

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CTM (PRATICA) 22 NOVEMBRO 2010

Apanhado das aulas anteriores:

Problemas e soluções: (É suposto saber que são sempre 3 problemas e 3 soluções!)

o Aços carbono e baixa liga e microliga:

Fissuração a quente – solução:

Junta-se manganês – aumenta ponto de fusão

Entrega térmica: se for muito alta funde (evitar soluções denditricas)

Factor de forma do cordão

Fissuração a frio (quando existe alto teor de carbono) – solução:

Baixar o teor de hidrogénio

Reduzir tensões residuais

Controlar velocidade de arrefecimento

Arrancamento lamelar

o Aços inoxidáveis: austeniticos e austeno-ferriticos (Não tem ZAC)

Fissuração a quente

Precipitação de carboneto de crómio

Quando uma soldadura é de alta produtividade é realizada numa só passagem (máximo 2)

o TIG: alta produtividade, alta qualidade

o MIG MAG:

Alta produtividade, boa para pequenos enchimentos

Dá origem a falhas fusão lateral devido às diferenças de intensidade da automatização

o Soldadura Fios fluxados

o SAS (arco submerso): ZAC grande, não dá para soldar cantos

o SER (Eléctrodo Revestido):

É o mais aplicado devido à sua versatilidade

Há muitos soldadores especializados

Baixa produtividade: multipasse

Fissuração a frio

o Laser: pequenas distorções

o Feixe de Electrões: grande razão penetração largura

Para soldar ALUMINIO utiliza-se MIG ou TIG

Defeitos na ZAC – fissuração a frio – típicos de SER

Inclusão de escória:

o Eléctrodo revestido

o Fios fluxados

o Arco submerso

o Por vezes também pode acontecer no MAG (embora não seja frequente) quando os gases

entram em contacto com as impurezas pode gerar inclusão de escória

Objectivo do exercício: olhar para as figuras e identificar a soldadura, os defeitos (se existirem) e a ZAC

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6 – MIG-MAG

7 – TIG mais enchimento por exemplo a MIG MAG

8 – SAS ou fios fluxados: nota-se dois passes, e uma ZAC grande

46


9 – TIG ou MIG: é multipasse, tem inclusão de escória

10 - MIG-MAG: falhas de fusão lateral devido às diferenças de intensidade (típico da

soldadura MIG MAG)

11 – Eléctrodo Revestido: grande diâmetro, multipasse

12 – TIG ou MIG: tem uma ZAC pequena

13 – TIG ou MIG: como não tem ZAC pode-se dizer que é um aço inox, multipasse

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14 – Laser ou Feixe de Electrões: soldadura feita num só passe, a zona mais estreita é a

do ponto de focagem

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15 – Feixe de Electrões: do lado esquerdo existe uma ZAC muito grande, no entanto no

lado direito não existe, pode-se concluir que são dois materiais diferentes, e que o

do lado direito é inox

16 – Feixe de Electrões: grande penetração

17 – Arco submerso: soldadura de alta velocidade, alta entrega térmica, tamanho de

grão grande que se encontra no meio

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18 – MIG MAG ou Fios fluxados: soldadura com ZAC pequena, fissuração a quente

19 – Eléctrodo Revestido: fissuração a frio

20 – Fios fluxados ou SER: porosidade, inclusão de escória e ZAC grande

21 – MIG MAG ou Eléctrodo Revestido:

a. Passe de raiz mal feito, bordos queimados, excesso de penetração

50


Quadro resumo

51


CTM (T) 16 Novembro 2010

MÉTODOS NÃO DESTRUTIVOS DE CONTROLO DE QUALIDADE

Ensaios não destrutivos (END) são definidos como testes para o controlo da qualidade, realizados sobre peças

acabadas ou semi-acabadas, para a detecção de falta de homogeneidade ou defeitos, através de princípios físicos

definidos, sem prejudicas a posterior utilização da peça.

São uma das ferramentas mais importantes do controlo de qualidade e são utilizados na inspecção de peças

fundidas, forjadas, soldadas, etc.

Funções do END na indústria:

o Aumento da produtividade: a detecção de defeitos reduz perdas de material, mão-de-obra e tempo

de produção

o Aumento da fiabilidade: a identificação de defeitos previne o meu funcionamento, avarias e

acidentes

o Redução de custos: permitindo uma relação de confiança entre o cliente e o fornecedor e a

implementação de sistemas de gestão de qualidade que permitem atingir a garantia de qualidade

total

Inspecção visual:

o Avaliação da qualidade das peças de fundição começa, normalmente, por uma inspecção visual a

qual revelará de imediato qualquer defeito mais óbvio, existindo situações em que a peça é de

imediato rejeitada não chegando, portanto a estar sujeita aos ensaios subsequentes.

o No caso da ligação soldada este teste é em geral feito pelo operador, imediatamente após a

realização dos cordoes de soldadura, desde que este seja um operador de soldadura reconhecido

pelo Instituto de Soldadura e Qualidade do Pais – para verificar a soldadura tem de ser um operador

especializado

o Contudo a inspecção visual, só por si não permitirá garantir a detecção de pequenas fissuras

superficiais, nem é apropriada para determinar se uma peça apresenta defeitos internos

Controlo por líquidos penetrantes: utilizado para a detecção de descontinuidades abertas na superfície de

materiais sólidos e não porosos. Este método emprega um líquido penetrante na superfície, que vai ate as

descontinuidades. Depois de o líquido penetrar, tira-se o excesso e aplica-se um revelador. Depois observa-

se das descontinuidades através da observação do vazamento do líquido penetrante. Este líquido pode ser

utilizado em qualquer material, este tem é que estar muito bem limpo, caso contrário não se consegue uma

boa penetração.

o 2 Métodos principais e diferentes de remoção do penetrante:

Eliminação com água

Eliminação com penetrante de emulsificação ulterior ou solventes.

Sequência de procedimentos:

o Descontinuidade numa superfície

o Aplicação do liquido penetrante esperando alguns minutos pare que se de o

efeito de capilaridade

o Sem que se remova o liquido penetrante dos

defeitos, remove-se o excesso

o Aplica-se um meio que puxa o líquido penetrante

e que reage com este, revelando o defeito

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o Vantagens:

Permite a detecção de descontinuidades muito pequenas mesmo em peças de geometria

complexa

Pode ser utilizado numa vasta gama de materiais

Utiliza equipamento simples que não exige grandes investimentos

Permite a inspecção a 100% do lote de pequenas e/ou poucas peças

o Desvantagens:

Detecção exclusiva de descontinuidades abertas à superfície logo, a existência de

descontinuidades internas exige a aplicação de outro método de ensaio

Exige que a superfície a inspeccionar, bem como o interior da descontinuidade, estejam

absolutamente limpas e isentas de contaminantes.

Os materiais penetrantes, emulsificadores e reveladores são tóxicos e exigem precauções no

manuseamento

Sempre que não seja possível a remoção total do penetrante de uma peça, corre-se o risco

de explosão se os resíduos do penetrante entrarem em contacto com o oxigénio, pelo que é

necessário recorrer a materiais penetrantes compatíveis com o oxigénio

Não é um método aplicável a materiais porosos

Controlo por partículas magnéticas:

o Partículas magnéticas

o Correntes de Eddy

o Eddy currents Arrays

o Utilizado na localização de descontinuidades

superficiais em materiais ferromagnéticos. São

detectados defeitos como inclusões, falta de

penetração, segregações...

Geração de um campo magnético que percorre toda a superficie do material ferromagnético. As linhas

magnéticas do fluxo induzido no material desvião-se da trajectória ao encontrar

uma descontinuidade superficial, criando assim uma região com polaridade

magnética, altamente atrativa a particulas magnéticas. No momento em que se

provoca esta magnetização na peça, aplica-se as particulas magnéticas na peça que

serão atraidas à localização da superficie que tiver a descontinuidade, formando

assim uma clara indicação do defeito.

o Aplicações:

Indicação de fissuras por partículas florescentes

Indicação de falta de fusão em soldadura de componentes de ponte, por partículas húmidas

visíveis

o Técnicas de ensaio:

Tipos de partículas:

Visíveis/Fluorescentes

Esféricas/Alongadas

Pó seco/Via húmida

Tipos de correntes:

Continua ½ onda; continua onda completa; alternada

Métodos de magnetização:

Contínuo/residual

Longitudinal/transversal

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o Vantagens:

Simples e rápido

Preparação simples

o Desvantagens:

Só detecta descontinuidades superficiais e sub-superficiais em peças e materiais

ferromagnéticos

Controlo por métodos radiológicos: mudança de atenuação da radiação electromagnética

Raios X:

Para ser usado no interior

Espessuras pequenas

Raios γ:

Para ser usado no exterior (muito perigoso)

Espessuras elevadas

Microondas

Térmica

o Aplicações:

Ensaio em soldadura

Navios, oleodutos, plataformas offshore

Peças fundidas

Produtos moldados, forjados, materiais compostos, plásticos

o Vantagens:

Pode ser utilizado em materiais metálicos e não metálicos, magnéticos e não magnéticos

Detecta defeitos internos

Sabe-se a forma do defeito

Bom para defeitos volúmicos

Detecta faltas de fusão lateral

Permite ficar com um registo dos resultados da radiografia

o Desvantagens:

Não se sabe a profundidade do defeito nem a posição

Não é seguro

Controlo por ultra-sons:

o Ultra-sons convencionais, ToFD, Phased Arrays, EMAT, Guided Waves

Um pulso ultra sónico é gerado e transmitido através de um transdutor especial, acoplado

ao material. Os pulsos ultra sónicos reflectidos por uma descontinuidade, ou pela superfície

oposta da peça, são captados pelo transdutor, convertidos em sinais electrónicos e

mostrados no LCD.

o Aplicações:

Medição de espessuras em materiais metálicos e não

metálicos

Avaliação de descontinuidades em soldaduras

Avaliação dos pontos de soldadura na indústria

automóvel

Estudos de fiabilidade na produção em serie de peças

fundidas

o Vantagens:

Sabe-se a localização do defeito

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Detecta falhas planas

o Desvantagens:

Não se sabe o que é o defeito

Não detecta bem as falhas esféricas

Difícil ter técnicos especializados

Não fica nenhum registo – só fica a avaliação do técnico

Não dá para austeniticos nem materiais porosos

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CTM (T) 25 Novembro 2010

ADESIVOS

Definições:

o Substancia capaz de manter materiais juntos por ligação superficial

o Materiais poliméricos com características Visco-Elásticas, que são colocados entre as superfícies dos

materiais a ligar (aderentes), realizando-se o processo de ligação com a respectiva “cura” do adesivo

através da alteração de propriedades físicas e/ou químicas.

Características Gerais:

o A ligação com adesivos, assemelha-se (em certos aspectos) às operações de brasagem de metais,

mas de campo de aplicação bastante mais alargado – permite ligações metais/não metais ou mesmo

entre não-metais

o Boa relação Custo/Desempenho – permite realizar juntas de ligação simples, resistentes e

económicas

o Utilização em Portugal tem vindo a aumentar – adesivos não-estruturais são os que têm maior

consumo

o Potencial existente na tecnologia dos adesivos está longe de ser atingido

Termos Gerais:

o Aderência

o Adesão

o Adesivo

o Linha de ligação

o Falha de coesão

o Cura

Principais vantagens:

o Barato

o Fácil de aplicar

o Não precisa de grande especialização do operário

o É capaz de ligar materiais sensíveis ao calor

o Liga todo o tipo de superfícies

o Fácil de obter no mercado

o Melhoria do aspecto de ligação

o Redução de peso (+/-)

o Bom isolamento eléctrico e acústico

Principais desvantagens:

o Linha de ligação grande

o Colas têm de ser muito fluídicas

o Tempo de colagem

o Pouca durabilidade

o Cálculo da junta não está no código (é preciso ter cuidado com as contas)

o As técnicas END não podem ser aplicadas

o Cuidado de limpeza – a superfície tem de ficar muito limpa

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Exemplos de aplicação:

o Indústria aeronáutica:

Ligações por adesivo de uma asa em compósito à fuselagem do F-18

Ligações por adesivo propostas para o C-17

o Indústria automóvel:

Colagem de painéis estruturais e vidros

Blocagem de componentes de ligação mecânica

Vedação de juntas inacessíveis

Reparação e revestimentos superficiais especiais

o Produção de materiais compósitos

o Ligações entre Materiais diversos:

Corpo de uma bomba de alumínio fundido, ligados por adesivos a um interior em aço

Aplicação de adesivos para selar equipamento marítimo de transmissões rádio-antena

Tipos de Forças de Ligação:

o Ligações Primarias/Fortes (forças de carácter interatómico)

Ligações iónicas:

Tipo de forças de ligação química mais intenso que se pode obter

Baseia-se no fenómeno de electronegatividade

Ligações covalentes:

Tipo de forças que corre entre átomos com pequenas diferenças de

electronegatividade e que se encontram perto uns dos outros na Tabela periódica

Ligações metálicas:

Os átomos encontram-se, organizados numa determinada estrutura cristalina

sistematicamente repetida, e os electrões de valência de um determinado átomo

são atraídos pelos numerosos outros núcleos de átomos que o rodeiam

o Ligações Secundarias/Fracas (forças de carácter intermolecular)

Este tipo de ligação por

hidrogénio é muito

importante na resistência da

ligação entre as cadeias

moleculares, dos materiais

poliméricos formados por

mecanismos de adição,

como é o caso dos

termoplásticos

Atracção electrostática,

entre dípolos eléctricos

característicos das moléculas

Dipolos permanentes

Dipolos flutuantes

Principais Fenómenos Físicos:

o Adesão:

Conveniente preparação superficial das superfícies aderentes

Fluidificação da cola para molhagem adequada das superfícies aderentes – utilização de

solventes

Sistema de posicionamento e fixação dos componentes a ligar

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Aplicação/introdução do adesivo na junta a colar

o Coesão:

Adequada escolha/selecção do tipo de adesivo em função dos requisitos especificados para

a ligação

Equipamento, ciclo temporal e parâmetros termo-mecânicos de cura do adesivo

Preparação Superficial:

o O desempenho e durabilidade das ligações coladas, depende muito do tratamento de superfície

o Superfícies dos aderentes têm de estar bem preparadas para receber o adesivo, caso contrario as

propriedades da ligação serão indeterminadas

o Fractura na junta colada deve ocorrer no adesivo ou nos aderentes, nunca na interface

aderente/adesivo

É desejável, que sob

esforços de fadiga, as

fracturas ocorram a meio do

adesivo, no caso da ligação

de materiais metálicos, ou

nos aderentes, no caso da

ligação de materiais

poliméricos

É condição fundamental, que mais de 50% da factura sob esforços estáticos ocorra por

descoesão do adesivo ou dos aderentes

o Aumentar a afinidade química da superfície em relação aos primários e/ou adesivos, e promoção de

uma boa molhagem

o Produzir uma determinada topografia superficial no aderente, alterando desta forma o perfil da

superfície e aumentando a área de colagem

o Evitar a fragilização e/ou corrosão, ou aumento da susceptibilidade das superfícies para serem

atacadas pela atmosfera

o Substratos fortemente reactivos devem ser colados imediatamente após o tratamento ou pouco

tempo depois. Caso contrário deve ser aplicado um primário que seja compatível com o adesivo

aplicado. Uma superfície assim tratada pode ser mantida neste estado durante vários meses antes

de se proceder à colagem

o Remoção completa da camada superficial para prevenir a formação de “camadas frágeis”

Contaminantes típicos: pó, sujidades, gorduras, óleos e “dedadas”

Exemplo de outros contaminantes: filmes de óxido em substratos metálicos e agentes de

desmoldação utilizados no processamento de materiais compósitos

o Importante: Remover a menor quantidade possível de material da superfície

o Para aplicações de baixa responsabilidade é normalmente adequado:

Uma limpeza com base solvente ou uma lavagem com uma solução detergente

É igualmente importante a completa remoção dos agentes de limpeza, por exemplo

utilizando acetona

o É importante que após a limpeza das superfícies, se evite a recontaminação das mesmas, antes e

durante o processo de ligação

58


Técnicas de Tratamento:

o PRIMARIOS: actua como intermediário quando as superfícies são porosas – melhorar:

Resistência à corrosão das superfícies aderentes

Afinidade química da superfície dos aderentes ao adesivo

Flexibilidade, Resistência ao choque e ao arrancamento do adesivo

o SOLVENTES: usam-se quando os adesivos não fluem com facilidade (molhagem):

Meios eficazes par aumentar o fenómeno de molhagem/penetração da cola nos poros e

capilares dos aderentes

Capacidade de ser menos atraído pelos aderentes que as moléculas de cola

Dois grupos distintos:

Polares: agua, acetona.

Apolares: tutuol, nafta.

Posicionamento e Fixação

o Aplicação de pressão:

Produção de uma espessura fina e

uniforme de cola

Promover a dispersão e a completa

molhagem de toda a superfície

Compensação de qualquer pressão

proveniente de libertação de gases que se desenvolvam durante a cura

Resolver problemas por imperfeições nas superfícies aderentes

Compensar a perda de solventes e quaisquer outras variações

dimensionais

Processos mais comuns:

o Aplicação de corpos mortos sobre a junta

o Aplicação de grampos e molas

o Aplicação de rebites, parafusos e soldadura

o Prensas mecânicas ou hidráulicas

o Autoclaves (fornos de temperatura e atmosfera

controlada com possibilidade de aplicação de

pressão)

Aplicação do adesivo na junta:

o Estado físico do adesivo é um critério de selecção - a sua forma de aplicação é influenciada pela sua

natureza:

Liquido

Pó

Filme sólido

Termo-fusíveis

59


o Selecção do método e do equipamento depende dos seguintes parâmetros:

Tipo de adesivo utilizado

Dimensão e configuração da montagem

Volume e taxa de produção

Requisitos de qualidade impostos a toda a montagem

o Sistema manual

o Sistema semi-automático e automático

Classificação:

o Aplicação

Adesivos Estruturais: permitem obter uniões capazes de suportar tensões elevadas durante

períodos longos, sem apresentar fluência apreciável ou perda de capacidade relevante

Adesivos Epóxidos (termoendurecíveis)

o Mais utilizados

o Melhor performance (Epóxidos modificados)

Adesivos Fenólicos (termoendurecíveis)

o Mais utilizados

o Boas características estruturais durante mais tempo (em ambientes húmidos

e corrosivos)

Adesivos de Poliimida (termoendurecíveis)

Adesivos Acrílicos (termoplástico)

o Boa performance

Adesivos de Poliuretano (termoendurecíveis)

Adesivos Não-Estruturais: não suportam tensões elevadas. O seu comportamento sob carga

não é importante. Permitem mobilidade relativa entre os aderentes, ou a flexibilidade do

conjunto

o Processo de Cura:

Reacção química:

Activados pela adição de um catalisador e/ou pela aplicação de calor.

Resistência mecânica da ligação obtida por reacções químicas durante a cura

Aplicação do catalisador pode ser feita pelo utilizador na altura de aplicação, ou pelo

fabricante (diminui o prazo de validade do produto)

Evaporação do solvente:

Atingem a resistência da ligação, após remoção do solvente. O líquido adesivo é

aplicado às superfícies aderentes, e deixa-se passar o tempo necessário para a

evaporação do solvente. Então, as superfícies aderentes são colocadas em contacto

Termo-fusíveis (hot-melt) ou de Arrefecimento após Fusão:

Após o adesivo ser aplicado às superfícies, e estas serem posicionadas na sua forma

final, à junta é aplicada pressão e calor. Estas juntas são posteriormente arrefecidas

até à solidificação do adesivo, e obtenção da resistência desejada. Estes adesivos

não são adequados para aplicações estruturais.

Sensíveis à Pressão:

São formulações onde instantaneamente se obtêm ligações de baixa resistência

mecânica, após uma breve aplicação de pressão. Estes adesivos não são

considerados estruturais.

o Natureza:

Naturais

Semi-sintéticos

60


Sintéticos

o Tempo de Cura:

Mais rápidos

Mais lentos

o Fases do Processo de Ligação:

1- Projecto adequado às especificações

2- Selecção do adesivo

3- Estabelecimento do processo de cura, em função das condições disponíveis (pode

implicar a modificação do adesivo escolhido)

4- Recolha de todas as peças a serem ligadas e armazenagem em “kits”

5- Verificação da folga de acordo com a tolerância da linha de colagem

6- Limpeza e preparação das superfícies, com eventual uso de primários

7- Aplicação do adesivo

8- União das peças

9- Processo de cura do adesivo

10- Procedimento de controlo de qualidade

o Questões a considerar:

a) Quais os materiais que se pretende ligar?

b) Quais os requisitos em serviço?

(1) Tipo de carregamento

(2) Gama de temperaturas de funcionamento

(3) Resistência química às condições ambientais e ataque químico

(4) Flexibilidade (caso seja um requisito importante, deve-se escolher um

adesivo cuja composição inclua um elastómero)

(5) Diferenças nas taxas de expansão térmica (é significativo, em termos de

definição da força de compressão a aplicar, durante o processo de cura)

(6) Problemas de toxicidade e emissão de cheiros

(7) Jogo de cores (depende dos requisitos de acabamento, e realiza-se através

da adição de pigmentos à resina)

c) Qual o método de aplicação mais adequado, para cada um dos adesivos escolhidos?

61


(1) O que depende do tipo de junta, forma de introdução do adesivo na junta, e

processo de cura

d) Os custos associados à ligação com adesivos são competitivos com as outras

tecnologias de ligação aplicáveis?

o Notas Finais:

É usual a tendência para escolher adesivos sobredimensionando-os, o que é errado, pois

normalmente existem adesivos adequados para a aplicação, mas mais económicos e/ou

mais fáceis de aplicar

Fornecedor dos adesivos tem normalmente formação suficiente, para fornecer informações

fiáveis acerca da escolha correcta do adesivo

o Parâmetros da CURA DOS ADESIVOS:

Espessura do filme adesivo na junta de ligação

Espaçadores

Filme adesivo

Reforços

Ciclo térmico de cura

A quente produz melhores resultados do que a frio

Métodos directos incluem fornos (até 450ºC), banhos líquidos (até 300ºC em óleos de

silicone) e prensas de pratos aquecidos

Métodos indirectos incluem aquecimento por resistência eléctrica, aquecimento por

radiação (p.e., radiação infravermelha), aquecimento por alta-frequência, aquecimento por

indução e activação por ultra-sons

A temperatura deve ser medida na interface aderente/adesivo, pois é nessa zona que

ocorrem os mecanismos de ligação, ou seja, adesão

Tempo de cura

Depende, de entre outros factores, do tipo de formulação do adesivo, pelo que é importante

seguir as recomendações do fornecedor

No entanto, pode-se afirmar que para que a junta colada tenha a vida esperada, é

necessário que o processo de cura não produza, nem ligações cruzadas em excesso (cura

demasiado prolongada) pois estas fragilizam a cola, nem em defeito (cura demasiado rápida)

pois tal facto torna a cola muito macia e sem resistência interna (coesão)

Pressão de contacto aplicada nos aderentes

Nos adesivos sensíveis à pressão activa o próprio processo de cura

o DIMENSIONAMENTO JUNTAS

Tipo de carregamentos:

Impacto

Tracção

Compressão

Corte

Clivagem

Arrancamento

Distribuição da Tensão na Zona Ligada:

62


Regras a ser Respeitadas:

As cargas, para as quais a junta foi dimensionada, devem solicita-la de tal forma que

apenas dêem origem a uma combinação de tensões de Corte e

Compressão/Tracção. Esforços de Clivagem e Arrancamento, devem ser, pelo menos

minimizados

Esforços de Compressão são preferíveis face a esforços de Tracção

O dimensionamento da junta deve assegurar que, as cargas estáticas aplicadas não

excedem a capacidade de extensão visco-plástica do adesivo (tenacidade do

adesivo)

No caso da junta ser exposta a esforços de fadiga, a área de sobreposição da junta

deverá ser aumentada, minimizando assim a susceptibilidade de início de rotura por

descoesão no adesivo e/ou aumentando o período de serviço em condições de

segurança após início de descoesão

A Largura da junta é mais importante do que a Extensão/Comprimento de

sobreposição

Projecto da forma da junta deve ter em conta o espaço suficiente para o adesivo,

assim como os meios de introdução do adesivo na junta.

Requisitos a Considerar:

a) Aumento da superfície de ligação, tendo em conta o tipo de esforços aplicados, e a

saturação da resistência ao corte

b) Utilização de reforços: aumenta a resistência à flexão, a resistência ao corte e à

tracção - aumento da superfície de ligação

c) Alinhamento dos esforços, de forma a evitar flexões que dão origem ao

aparecimento de esforços de Clivagem ou mesmo de Arrancamento

d) Evitar descontinuidades geométricas (através de utilização de superfícies

concordantes), usualmente originadas pela utilização de reforços, tendo como

objectivo a diminuição do efeito de concentração de tensões ao longo da junta

Tipos de juntas:

Juntas Topo a topo

63


Juntas em “T” e canto

Critérios de Preferência em Juntas em Tubos

Principais tipos de defeitos:

o CONTROLO DE QUALIDADE:

Normas ASTM – ensaios Destrutivos:

Ensaio de tracção

Ensaio de corte

64


Ensaio de arrancamento

Ensaio de clivagem

Ensaio de fluência

Ensaio de fadiga

Ensaio de impacto

Ensaios de durabilidade (previsão media): a avaliação dos adesivos não pode ser

feita com base no comportamento a curto prazo, mas considerando o

comportamento a longo prazo.

Inflamabilidade: deve ser testada, sob as condições limites de temperatura indicadas

pelo fornecedor, antes da implementação

Ensaios não destrutivos:

Emissão acústica

Ultra-sons

Termografia

Radiologia

Estanquicidade

Holografia

Precauções de segurança:

Os procedimentos a realizar, dependem dos seguintes factores:

o Frequência e duração da exposição

o Toxicidade dos materiais utilizados (adesivo e solvente ou qualquer outro

agente de cura utilizado)

o A temperatura a que as operações são realizadas

o A área da superfície de potencial evaporação exposta na estação de trabalho

Os principais procedimentos de segurança que se devem implementar, são:

o Higiene pessoal

o Equipamento adequado para combater o fogo

o Kit de primeiros socorros

o Boas condições de ventilação

o Uma bacia com um jacto de água corrente para lavar os olhos

o Os dispositivos de protecção devem estar em boas condições e devem ser

testados regularmente

o Perspectivas futuras:

Para Adesivos Estruturais:

A concepção e fabrico de equipamento para aplicação de adesivos

A criação de técnicas, metodologias e equipamentos de ensaio não-destrutivo

adequadas às necessidades específicas

Desenvolvimento de sistemas que permitam garantir estarmos na presença de uma

“tecnologia limpa”

65


NORMALIZAÇÃO

Uso da Normalização:

o Para responder aos requisitos dos contractos de fabrico de produtos

o Obrigam a que a demonstração da conformidade de produtos só seja obtida através da utilização

das normas harmonizadas CEN ou equivalentes

3 Tipos de normas:

o Normas harmonizadas (Europa):

Referenciadas nas directivas do EU

Definem juntas

Níveis de qualidade para aço

o Normas de produto:

Funcionam como códigos de construção podem ser mencionadas nas directivas da UE ou

não

Recipientes sobre pressão

Estruturas metálicas

Abordam sempre o cálculo e a inspecção incluindo níveis de aceitação

o Normas Horizontais:

Suportam o fabrico de produtos

Utilização voluntaria ou obrigatória (caso sejam mencionados em contractos ou normas de

fabrico)

Inspecção visual – é a que prepara os inspectores visuais para o processo de

trabalho

Normalização em soldadura:

o Apresentação das NE mais usuais no fabrico de equipamentos com processos de soldadura por fusão

o Requisitos da qualidade na construção – qualidade da junta soldada

o Requisitos da qualidade – agrupamento de materiais, certificação de soldadores

o Requisitos da qualidade:

EPS – especificação de procedimentos de soldadura

QPS – qualificação de procedimentos de soldadura

RQPS – registos da qualificação de procedimentos de soldadura

certificação de operadores (soldadura e END) e coordenadores de soldadura

66


Certificação de pessoal:

Aspectos gerais

Ensaios não destrutivos, TT e calibração/verificação (equipamentos):

Inspecções e testes após soldadura, END – regras gerais

o Inspecção visual

o Teste radiográfico

o Teste de ultra-sons

o Teste das partículas magnéticas

o Teste macro e microscópico

o Ensaio penetrante (geral)

Tratamento de aquecimento pós soldadura

Calibração e validação

Níveis de qualidade e detalhes das juntas (materiais, processos)

Detalhes das juntas (em função do produto) e classificação de imperfeições de soldadura

Aspectos gerais:

Simbologia

Codificação de processos

Termos e definições

Tolerâncias (produto)

Posições de soldadura

Varões de construção civil

Consumíveis

Aspectos gerais

Classificação

Ensaios destrutivos

Ensaios não destrutivos – critérios de aceitação

Requisitos de ambiente, saúde e segurança

67


AULA PRÁTICA DE 13 DEZEMBRO E AULA TEÓRICA DE 14

EXERCICIOS DE EXAME: DIAGRAMA DE SHAEFFLER, TEMPERATURA DE PRÉ-

AQUECIMENTO E ADESIVOS

Diagrama de Shaeffler

Ni[eq][%] = %Ni + 30x.(%C) + 0.5.(%Mn)

Cr[eq] [%]= %Cr + %Mo + 1.5.(%Si) + 0.5.(%Nb)

1º - calcula-se o cromio e o niquel equivalente dos metais de adição

2º - marca-se os pontos no Diagrama de shaeffler

3º - calcula-se o cromio e niquel equivalente para a guia e a placa de apoio e marca-se no diagrama

4º - sabe-se que a contribuição da Guia é 9vezes maior que a da placa, logo, traça-se uma recta da guia a placa e

marca-se o ponto 0.9 da placa.

5º - traça-se uma recta do metal A, do metal B e do metal C até ao ponto anterior.

68


6º - marca-se os pontos correspondestes às taxas de diluição da alinea a) e b)

25% Desta alínea é para a justificação NÃO ESQUECER!! O uso deste diagrama é importante quando de tem

materiais dissimilares, pois ajuda na escolha do material de adição.

e) Taxa de diluição de 80% (A-A): o melhor material de adição é o METAL B, pois é o que

contem 10% de Ferrite

f) Taxa de diluição de 20% (B-B): o melhor material de adição é o METAL C

Problemas dos Aços Inox: (Tipo de material e processo de soldadura)

Precipitação dos carbonetos de crómio devido ao excesso de carbono – sensitização

Fissuração a quente:

o Razão penetração/largura é muito grande

o Processo de soldadura com grande entrega térmica – gera um Grão Grande – Fissuração a quente

o Formação de filmes líquidos – sulfuretos e fosforetos de ferros têm alto ponto de fusão, crescimento

do grão dá-se da zona de ligação para dentro e empurra os filmes líquidos para dentro, como já todo

o cordão solidificou menos os filmes que foram empurrados para o meio gera-se uma fissura.

Formação de fase sigma (fase dura e frágil) quando existe muita ferrite (mais de 10% de ferrite já não é

aconselhado)

Minimizar a Fissuração a Quente:

Procura-se austenite e Ferrite – dissolver melhor o fósforo

Estruturas austero ferríticas – mais dúctil acomoda melhor as tensões e tem um grão mais pequeno

Fase sigma dá-se quando existe +10% de Ferrite – logo só se quer materiais que fiquem entre os 5 e os 10%

Não esquecer 3 causas para a fissuração 3 remédios!

69


Temperatura de Pré-Aquecimento

a) (justificação muito importante NÃO ESQUECER) Pré aquecimento – para que não haja fissuração a frio:

a. Para que haja um arrefecimento lento

b. Para que a % de martensite seja menor

c. Hidrogénio ter tempo de migrar para a superfície

d. Quanto maior as temperaturas, menor as tensões

1- Calcular o carbono equivalente para o tubo interior e para o tubo exterior

70


Ceq = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V) /5 + (Ni+Cu) /15

Tubo interior -

Tubo exterior -

2- Determinação da ESCALA de Carbono equivalente

Junta Topo a Topo

Penetração e Desalinhada (escolhe-se a desalinhada porque é a pior condição)

SAS

Nível de hidrogénio ELEVADO - Escolhe-se sempre o pior “cenário”

3- Calcular ESPESSURA COMBINADA

ti - espessura da estrutura adjacente ao cordão de soldadura

n – numero de peças adjacentes ao cordão de soldadura

4- Calcular ENTREGA TÉRMICA

5- Marcar os pontos no diagrama e tirar a temperatura de pré aquecimento

71


Qual a temperatura a usar quando se tem duas?

Para o tubo interior, (Ceq=0.55) tem-se uma temperatura entre os 200 e os 250º, considera-se 230ºC

Para o tubo exterior, (Ceq=0.48) tem-se uma temperatura entre os 150 e os 200ºC, considera-se 190ºC

Escolhe-se a temperatura mais alta. RESPOSTA: temperatura de Pré-Aquecimento é de 230ºC

b) Utiliza-se a expressão empírica de determinação de aspectos

metalúrgicos resultantes do ciclo térmico em soldadura por

fusão de aços de baixa liga:

Onde T0 é a temperatura calculada na alínea anterior, Tf é a

temperatura de fusão dada no enunciado, a entrega térmica

também já foi calculada, o Y é a distância a linha de fusão, e

pronto tem-se tudo para calcular TP que é a temperatura

máxima atingida na periferia do “Colar Exterior”

Adesivos

Uma outra alternativa ao caso prático proposto no Grupo 1, é a utilização da tecnologia dos adesivos para realizar o

componente do trem de aterragem, por via de ligação de um Tubo Interior com um Colar Exterior ambos em liga de

alumínio AA6056-T6. Esta ligação encontra-se representada na figura seguinte, sendo identificada como ”Junta

Colada”.

Nota: Para efeitos de cálculos, considere o colar com uma espessura uniforme de 40mm.

72


a) (4valores) Sabendo que a junta colada está sujeita a um binário segundo o eixo axial, Ma, de separação entre

os dois componentes (Tubo interior e Colar exterior), de valor máximo: Ma=10KN.m, e uma força axial, Fa,

de separação entre os dois componentes (Tubo interior e Colar exterior) de valor máximo: Fa=50KN, e

considerando um coeficiente de segurança de n=2.5, determine qual dos seguintes adesivos deve

seleccionar? Justifique a sua decisão e apresente todos os cálculos.

Valores mínimos de… Resistência ao corte [MPa] Resistência à tracção [MPa]

Adesivo 1 5 20

Adesivo 2 10 30

Adesivo 3 30 35

b) (1valor) Proponha uma geometria para eventuais reforços, tendo em vista aumentar o nível de confiança da

ligação colada. Esboce a solução.

Resposta à alínea a)

Para escolher o adesivo apropriado, tem de se calcular a tensão de corte mínima,

para saber qual é a resistência do adesivo ao corte.

Área de corte:

Força Resultante:

Força (MA):

E assim temos que a tensão de corte é:

Olhando para a tabela com os adesivos, o mais apropriado será o ADESIVO 2 com Resistência ao corte de 10MPa. O

adesivo 1 não pode ser porque a resistência ao corte é mais baixa que a mínima, e a do adesivo 3 já é demasiado

superior.

Resposta à alínea b) – já está assinalada na figura.

73


Anexos

Soldadura de aços inoxidáveis:

74


75


76


Problemas de soldabilidade dos aços inoxidáveis:

Defeitos introduzidos durante a soldadura

Defeito no plano:

o Falta de fusão (FDF)

o Falta de penetração (FDP)

o Fissuras

Defeito volumétrico:

o Poros

o Inclusão de escória

o Inclusão de tungsténio

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Estes defeitos podem ser detectados através de END

Falta de fusão pode ocorrer devido a:

Energia de soldadura é baixa – intensidade de corrente baixa ou

velocidade elevada

Consumível não era apropriado, diâmetro excessivo

Utilização de um chanfro que não era o correcto

Falta de penetração pode acontecer porque:

Energia de soldadura baixa – intensidade de corrente baixa ou

velocidade elevada

resumo

Documents

incluso de escria

tipo de junta

gito de alimentao

bainite ou martensite

detalhes das juntas

controlo de qualidade

temperatura de pr

material de adio