A soldagem é um dos processos de junção mais comuns, duas ou mais peças de metal são unidas para formar uma única peça usando calor alto para fundir as peças e permitir que esfriem causando fusão. Embora este conceito seja fácil de descrever, não é simples de efetuar. Rugosidade da superfície, impurezas, imperfeições de encaixe e as diversas propriedades dos materiais que estão sendo unidos complicam o processo de união. Ambos os metais semelhantes e diferentes (soldagem heterogênea) podem ser soldados. A ligação de união é metalúrgica (envolvendo alguma difusão) e não apenas mecânica, como na rebitagem e no aparafusamento. Embora a soldagem seja considerada um processo relativamente novo como praticado hoje, suas origens podem ser rastreadas até os tempos antigos. Até o final do século XIX, o único processo de soldagem era soldagem de forja, que os ferreiros usaram por milênios para unir ferro e aço por aquecimento e martelamento. Hoje, existe uma variedade de métodos de soldagem, incluindo soldagem a arco e gás, bem como brasagem e soldagem. Embora partes desta descrição não se apliquem à brasagem, soldagem e colagem adesiva.
Soldagem a arco
Os processos de soldagem a arco usam uma fonte de alimentação de soldagem para criar e manter um arco elétrico entre um eletrodo e o material de base para derreter metais no ponto de soldagem. O calor intenso produzido pelo arco derrete rapidamente uma porção do metal base, resultando na formação de uma solda. Este arco elétrico está em torno de 3590°C em seu centro. O metal de adição é adicionado na maioria dos processos de soldagem para aumentar o volume e a resistência da junta soldada. Uma poça de metal fundido, consistindo de metal de base e de adição, é formada perto da ponta do eletrodo. À medida que o eletrodo é movido ao longo da junta, o metal fundido solidifica em seu rastro.
A fonte de alimentação de soldagem pode usar corrente contínua (DC) ou corrente alternada (AC) e eletrodos consumíveis ou não consumíveis . A região de soldagem às vezes é protegida por algum tipo de gás inerte ou semi-inerte, conhecido como gás de proteção. Na soldagem a arco, o comprimento do arco está diretamente relacionado à tensão e a quantidade de entrada de calor está relacionada à corrente. A tensão fornecida pelas empresas de energia para fins industriais – 120 volts (V), 230 V, 380 V ou 480 V é muito alta para uso em soldagem a arco. Portanto, a primeira função de uma fonte de energia de soldagem a arco é reduzir a alta tensão de entrada ou linha para uma faixa de tensão de saída adequada, 20 V a 80 V. As fontes de alimentação de corrente constante são usadas com mais frequência para processos de soldagem manual, como soldagem a arco de tungstênio a gás e soldagem a arco de metal blindado, porque mantêm uma corrente relativamente constante mesmo quando a tensão varia. Isso é importante porque na soldagem manual pode ser difícil manter o eletrodo perfeitamente estável e, como resultado, o comprimento do arco e, portanto, a tensão tendem a flutuar.
Consumível – Eletrodo não consumível
Uma haste de eletrodo pode ser consumível ou inconsumível. Se o eletrodo for de carbono ou vareta de tungstênio tem como única finalidade conduzir corrente para sustentar o arco elétrico entre sua ponta e a peça de trabalho. Se for usado um eletrodo não consumível e se a junta exigir adição de metal de adição, esse metal deve ser fornecido por uma haste ou fio de metal de adição aplicado separadamente. Para eletrodo consumível, o arco pode ser sustentado por um eletrodo, que não apenas conduz a corrente para sustentar o arco, mas também derrete e fornece metal de adição para a junta.
Soldagem a arco de metal blindado – SMAW
A soldagem a arco de metal blindado (SMAW) é um dos tipos mais comuns de soldagem a arco. Também é conhecido como soldagem manual por arco de metal (MMAW) ou soldagem por bastão. A soldagem a arco de metal blindado (SMAW) usa um eletrodo que consiste em uma haste de metal de adição revestida com fluxo que protege a área de solda contra oxidação e contaminação, produzindo gás dióxido de carbono (CO2) durante o processo de soldagem. O metal de adição utilizado nas hastes deve ser compatível com o metal a ser soldado, a composição costuma ser próxima a do metal base. A corrente elétrica é usada para criar um arco entre o material de base e a haste do eletrodo consumível.
O processo SMAW é o mais simples, em termos de requisitos de equipamentos. Também é versátil e pode ser executado com equipamentos relativamente baratos, tornando-o adequado para trabalhos de oficina e trabalho de campo. Um operador pode se tornar razoavelmente proficiente com uma quantidade modesta de treinamento e pode alcançar o domínio com a experiência. A maioria dos novos soldadores começa como “soldadores bastões” e desenvolve as habilidades necessárias por meio de treinamento e experiência. Os tempos de soldagem são bastante lentos, uma vez que os eletrodos consumíveis devem ser substituídos com frequência e porque a escória, o resíduo do fluxo, deve ser lascada após a soldagem.
Soldagem a arco de metal a gás – GMAW
A soldagem a arco de metal a gás (GMAW), também conhecida como gás inerte de metal ou soldagem MIG, é um processo de soldagem a arco no qual o eletrodo é um fio desencapado consumível e a proteção é realizada inundando o arco com um gás inerte. A soldagem com gás inerte metálico (MIG) difere do processo SMAW porque seu eletrodo é um fio sólido nu que é alimentado continuamente para a área de solda e se torna o metal de adição à medida que é consumido. Em contraste, os eletrodos SMAW devem ser descartados quando atingem um comprimento mínimo. A soldagem a arco de metal a gás é amplamente utilizada nos modos semiautomático, mecânico e automatizado. A proteção de gás deve fornecer proteção total, porque mesmo uma pequena quantidade de ar aprisionado pode contaminar o depósito de solda. Originalmente, apenas gases inertes, como argônio e hélio foram usados para blindagem. Hoje, o dióxido de carbono também é usado e pode ser misturado aos gases inertes. Como o GMAW é alimentado continuamente com fio, o eletrodo não precisa ser substituído em intervalos regulares, como no caso do SMAW, tornando esse processo adequado para soldagem automatizada.
Um processo relacionado, soldagem a arco fluxado (FCAW), usa equipamento semelhante, mas usa fio que consiste em um eletrodo de aço em torno de um material de enchimento em pó. Este arame tubular é mais caro que o arame sólido padrão e pode gerar fumaça e/ou escória, mas permite uma velocidade de soldagem ainda maior e maior penetração do metal.
Soldagem a arco de gás tungstênio – Soldagem TIG
A soldagem a arco de gás tungstênio, também conhecida como soldagem de gás inerte de tungstênio (TIG), é um processo de soldagem a arco que usa um eletrodo de tungstênio não consumível e um gás inerte para proteção contra arco. O GTAW pode ser implementado com ou sem metal de adição. Quando o metal de adição é usado, ele é adicionado à poça de fusão a partir de uma haste ou fio separado. Os gases de proteção típicos usados são argônio, hélio ou uma mistura desses gases. A soldagem TIG é especialmente útil para soldagem de materiais finos, este método é caracterizado por um arco estável e soldas de alta qualidade, mas requer habilidade significativa do operador e só pode ser realizado em velocidades relativamente baixas. Como o processo GTAW é um processo de soldagem muito limpo, ele pode ser usado para soldar metais reativos, como titânio e zircônio, alumínio e magnésio.
Soldagem de arco submerso
A soldagem por arco submerso (SAW) é um método de soldagem de alta qualidade, que envolve submergir o arco de soldagem sob um monte de partículas granulares de fluxo (consistindo de cal, sílica, óxido de manganês, fluoreto de cálcio) quando o arco é iniciado. Fluxo adicional é adicionado continuamente na frente do eletrodo à medida que o deslocamento da solda progride. O fluxo protege o arco e o metal de solda fundido da atmosfera ambiente, evitando assim a formação de óxidos. O metal de adição é obtido principalmente de um fio de eletrodo que é continuamente alimentado através da manta de fluxo no arco e na poça de fluxo fundido. Isso aumenta a qualidade do arco, uma vez que os contaminantes na atmosfera são bloqueados pelo fluxo. O fundente fundido torna-se escória, que é um material residual e deve ser removido após a soldagem. Durante o processo de soldagem por arco submerso, nem todo fluxo se transforma em escória. Dependendo do processo de soldagem, 50% a 90% do fluxo pode ser reaproveitado.
A soldagem por arco submerso é normalmente operada no modo automático ou mecanizado. A soldagem por arco submerso é ideal para qualquer aplicação que envolva soldas longas e contínuas. A capacidade de soldar prontamente chapas grossas, às vezes com configurações de junta simples, torna a SAW o método de escolha para soldar componentes de montagens estruturais grandes e grossas. Por exemplo, um vaso de pressão do reator é um vaso cilíndrico com um cabeçote inferior hemisférico e um cabeçote superior flangeado e vedado. A cabeça inferior é soldada ao invólucro cilíndrico, que consiste em anéis secerais soldados entre si por soldagem a arco submerso com folga estreita. A soldagem de folga estreita oferece dois benefícios principais. É uma configuração de junta econômica com menos volume de solda para preencher em comparação com outras configurações de junta e a junta soldada de fácil automação com parâmetros moderados limita os defeitos de solda e fornece uma solda de alta qualidade.
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