PROCESSOS DE SOLDAGEM II

PROCESSOS DE SOLDAGEM

Cordões de Solda

Os principais tipos de cordões de solda utilizados em ligações são os de filete e os de entalhe de penetração total ou parcial. De acordo com a NBR 80, a maioria dos processos de soldagem e as técnicas de execução de estruturas soldadas devem ser conforme o “Structural Welding Code” AWS D1.1-82, da American Welding Society, porém, é importante lembrar que há exceções.

Para as soldas de filete, é possível fazer a divisão em duas partes: face de fusão, em que a região da superfície original do metal base e do metal de solda; e raiz de solda, onde há uma linha comum às duas faces da fusão.

Características das Soldas

Para as soldas de filete, têm-se:

- face de fusão: região da superfície original do metal base onde ocorreu a fusão do metal base e do metal da solda;

- raiz da solda: linha comum às duas faces de fusão;

- perna do filete: menor dos lados, medidos nas faces de fusão, do maior triângulo inscrito dentro da seção transversal da solda. Normalmente, os dois lados do triângulo são iguais. O filete de solda é especificado através da dimensão de sua perna;

- garganta efetiva: é a distância entre a raiz da solda e o lado externo do triângulo inscrito;

- comprimento efetivo da solda: é o comprimento da linha que liga os pontos médios das gargantas efetivas ao longo do filete;

- área efetiva: é a área considerada como resistência da solda, igual à garganta efetiva multiplicada pelo comprimento efetivo;

- área teórica da face de fusão: é a área considerada como de resistência no metal base junto à solda, igual à perna do filete multiplicada pelo comprimento efetivo;

- disposições de projeto: para maiores detalhes quanto às considerações de projeto de soldas de filete, tais como compatibilidade entre o metal da solda e o metal base, resistências de cálculo de soldas, limitações das soldas de filete e outras, a NBR 80 deverá ser consultada. As aplicações das disposições da NBR 80 serão mostradas nos exemplos de projeto de ligações a serem analisados.

As soldas de entalhe de penetração total (ou parcial) são utilizadas quando se deseja manter a continuidade total (ou parcial) da espessura do elemento conectado para a transmissão do esforço através da ligação ou quando, por questões construtivas, a solda de filete não puder ser empregada. A solda de filete é geralmente mais econômica que a de entalhe por não necessitar do trabalho de chanfro nas chapas. Veja as seguintes definições e notações feitas para as soldas de entalhe:

- garganta efetiva: a garganta efetiva de uma solda de entalhe de penetração total é a menor espessura das chapas conectadas. Para soldas de penetração parcial, a NBR 80 deverá ser consultada;

- comprimento efetivo: é o comprimento real da solda que, no caso da solda de entalhe, deve coincidir com a largura da peça ligada;

- área efetiva: é o produto da garganta efetiva pelo comprimento efetivo.

Tabelas para especificação da solda

A simbologia de soldagem é a representação gráfica de todas as informações que são necessárias da área. Dentre as várias normas que são utilizadas na simbologia de soldagem, podemos citar as que correspondem aos processos de trabalho de indústrias europeias, americanas e asiáticas, tais como AWS – American Welding Societty; Euronorm, norma europeia; ISO – International Standard Organization; JIS – Japanese Industrial Standards. As normas mais utilizadas no Brasil são da AWS e da ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas.

Os símbolos são desenhos que representam orientações para o processo de soldagem, ou seja, indicam a geometria das juntas, as dimensões e o ângulo do chanfro, a abertura de raiz, o comprimento da solda, o local de trabalho, entre outras informações. Os símbolos são utilizados para economizar espaço e trabalho nos desenhos dos projetos, além disso, os símbolos tornam a interpretação do desenho mais rápida e fácil. Os símbolos de soldagem podem ser classificados em dois grandes grupos: os símbolos básicos e os suplementares. A norma AWS considera um terceiro grupo, o dos símbolos típicos, que reúne todos os símbolos necessários à situação de soldagem, bem como as dimensões e especificações de materiais.

Energia de Soldagem

O conceito de energia de soldagem é muito importante no estudo dos aspectos térmicos da soldagem. Define-se a energia de soldagem como a quantidade de energia dispendida na soldagem em uma unidade de comprimento. E também é conhecida como aporte de calor, ou aporte térmico H, do inglês “heat input”.

O cálculo da energia de soldagem pode ser expresso através da relação: E = f. p/v Onde: E - energia de soldagem (J / m) f - eficiência de transmissão de calor (%) p - potência dispendida pela fonte de calor na soldagem (W) v - velocidade de avanço (m/s). Para a soldagem a arco elétrico a energia de soldagem é expressa como:

Onde: V - tensão (V) I - corrente (A) v - velocidade de avanço (m/s)

A energia de soldagem é uma característica do processo de soldagem e da técnica empregados. Os processos de soldagem do tipo arco submerso ou eletroescória, por exemplo, possuem inerentemente elevada energia de soldagem enquanto processos muito intensos, onde a área de aquecimento para fusão é pequena (como plasma ou TIG), são considerados de baixa energia.

Quanto mais alto for o aporte de calor (energia de soldagem), maior será a quantidade de energia calorífica transferida à peça, maior a poça de fusão, mais larga a zona aquecida e menor o gradiente térmico entre a solda e o metal de base.

A eficiência de transmissão f pode ser considerada constante para um mesmo processo, pois exprime a parcela de energia efetivamente transferida à peça. Atuando no mesmo processo de soldagem, a medida de controlar o aporte de calor para evitar aquecimento demasiado é bastante limitada, pois depende basicamente do processo.

- em processos a arco a tensão V varia dentro de intervalos reduzidos(condicionados às características do processo e dos consumíveis).

- a corrente I está igualmente condicionada ao processo e ao consumível (principalmente bitola).

- restando somente à v qualquer variação substancial no aporte de calor, dada principalmente pela técnica adotada.

A velocidade de avanço v exprime o comprimento linear de solda executado em cada passe na unidade de tempo. A técnica de cordões estreitos (filete) assume valores de velocidade de avanço bem mais elevados do que a técnica de cordões trançados (solda com oscilação), com consequente menor quantidade de calor adicionada. É importante considerar, todavia, que podem existir restrições quanto à amplitude de oscilação.

Os ciclos térmicos sofridos a cada ponto do material soldado determinam as transformações microestruturais e, consequentemente, as propriedades esperadas para uma junta. O calor da operação de soldagem provoca, nos diversos pontos de uma junta, variações de temperatura. A variação de temperatura (T) em função do tempo (t) é o ciclo térmico no ponto considerado.

A partir desta curva T x t pode-se determinar: Tm - Temperatura máxima atingida; tp - Tempo de permanência acima de uma certa temperatura T; Vt - Velocidade de resfriamento na temperatura T.

À medida que o ponto considerado se afasta da solda, as temperaturas máximas são decrescentes e atingidas com certo atraso. O tempo de permanência acima de uma dada temperatura decresce no mesmo sentido. Teoricamente, as velocidades de resfriamento decrescem à medida que a distância aumenta. Entretanto, do ponto de vista prático e para a faixa de temperatura onde ocorrem os principais fenômenos de transformações microestruturais, pode-se considerar a velocidade de resfriamento como constante em toda extensão da zona termicamente afetada. A forma de dissipação de calor influencia o ciclo térmico no que diz respeito ao resfriamento e Vt, que é dada pela tangente à curva T x t , assume seus valores mais elevados quando o componente a ser soldado apresenta dimensões que proporcionem uma troca de calor em regime tridimensional.

No caso de cordões de reforço a deposição é sempre superficial e a troca de calor tende a ser tridimensional, com grande troca de calor e elevada velocidade de resfriamento. Alguns fatores que afetam os ciclos térmicos são importantes quando se avaliam as possíveis transformações no material: · a temperatura máxima atingida a cada ponto e a velocidade de resfriamento dependem de propriedades físicas do material sendo soldado. Ligas com maior condutibilidade térmica, como ligas a base de cobre e de alumínio, apresentam maiores velocidades de resfriamento, o que pode muitas vezes causar problemas de falta de fusão devido ao rápido escoamento de calor;

Chapa Grossa Chapa Fina

A temperatura máxima atingida varia inversamente com a distância ao centro da solda, isto é, quanto mais afastado da solda estiver o ponto considerado, menor será a temperatura máxima atingida; · a velocidade de resfriamento varia inversamente com a temperatura inicial da peça sendo soldada, isto é, quanto maior a temperatura de pré aquecimento da peça menor será a velocidade de resfriamento.

Pode-se notar que a influência da temperatura inicial é mais significativa em peças de pequena espessura. A velocidade de resfriamento varia diretamente com a espessura da peça sendo soldada, isto é, quanto maior a espessura, maior a velocidade de resfriamento. Entretanto, a variação tem um limite. A partir de uma determinada velocidade de resfriamento, por mais que se aumente a espessura, a velocidade de resfriamento não se altera. A velocidade de resfriamento varia inversamente com a energia de soldagem, isto é, quanto menor a energia de soldagem maior a velocidade de resfriamento. A influência da energia de soldagem na velocidade de resfriamento é maior em espessura finas.