Apostila 2 para publicar

WENDEL FERNANDES DA ROCHA
INSTRUTOR DE SOLDAGEM

TREINAMENTO COMPLETO EM INSPEÇÃO DE
SOLDAGEM

APOSTILA II

Curso de inspetor de soldagem N1

SE GOSTAR CONTRIBUA: AGENCIA 00175 CONTA 173061 VAR 51

APOSTILA II

SUMÁRIO
1

SIDERURGIA ............................................................................................................... 4

2

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ............................................................................... 13

3

PROCESSOS SOLDAGEM ......................................................................................... 31

4

PROCESSOS DE CORTE TÉRMICO ......................................................................... 61

5

CONSUMIVEIS PARA SOLDAGEM ......................................................................... 66

6

BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 97

WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM

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APOSTILA II

Siderurgia


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APOSTILA II

1 SIDERURGIA
INTRODUÇÃO
Ao de iniciarmos o estudo da siderurgia e dos processos de fabricação é de extrema
importância identificar e classificar os tipos de materiais empregados atualmente no
mercado.
Para serem bonitos, baratos, práticos, leves, resistentes, duráveis, os produtos são
feitos de materiais que conseguem atender não só às exigências do mercado, mas,
também, às exigências técnicas de adequação ao uso e ao processo de fabricação.
Esses materiais recebem uma classificação de acordo com sua estrutura e
propriedades.
Todos os materiais estão agrupados em duas famílias:



Materiais metálicos ferrosos e não-ferrosos;
Materiais não-metálicos naturais e sintéticos.

O quadro a seguir apresenta uma classificação dos materiais mais comumente
utilizados, tendo cada um sua importância e emprego definidos em função de suas
características e propriedades.

Classificação das ligas metálicas

APOSTILA II
SIDERURGIA
A siderurgia é a parte da técnica que se ocupa da produção dos materiais ferrosos.
A indústria siderúrgica abrange todas as etapas necessárias para, a partir das
matérias-primas, produzirem-se o ferro e o aço. o processo clássico e mais usado
para a redução do minério de ferro é o alto forno, cujo produto consiste numa liga
ferro-carbono, denominado ferro gusa, o qual, ainda no estado líquido, é
encaminhado à aciaria, onde em fornos adequados, é transformado em aço.
O ferro gusa obtido nos altos fornos e nos baixos fornos pode ser empregado
diretamente, neste caso, passa a ser refinado para a produção dos aços através de
vários processos.
Este é vazado na forma de lingotes, no sistema de lingotamento convencional, ou de
tarugos, nos sistemas de lingotamento contínuo, os quais por sua vez, são
submetidos à transformação mecânica por intermédio de laminadores, resultando
blocos, tarugos e placas. Estes, finalmente, ainda por intermédio de laminadores,
são transformados em formas estruturais como tês, duplos tês, cantoneiras, etc, e
em outros produtos siderúrgicos importantes, tais como trilhos, tubos, chapas,
barras, etc.
As matérias-primas básicas da indústria siderúrgica são as seguintes:




Minério de ferro
Carvão
Calcáreo

Outras matérias-primas, minérios principalmente, são igualmente importantes,
sobressaindo-se o minério de manganês, pela sua presença constante em todos os
tipos de produtos siderúrgicos.
O minério de ferro, como é óbvio, constitui a matéria-prima essencial, pois dele se
extrai o ferro.
O carvão atua em três sentidos alternadamente: como combustível como redutor do
minério, que é basicamente constituído de óxido de ferro, e como fornecedor de
carbono, que é o principal elemento de liga dos produtos siderúrgicos.
O calcáreo atua como fundente, ou seja, reage, pela sua natureza básica, com as
substâncias estranhas ou impurezas contidas no minério e no carvão (geralmente de
natureza ácida), diminuindo seu ponto de fusão e formando a escória, subproduto,
por assim dizer, do processo clássico do Alto Forno.
Alto forno
Os Altos Fornos são aparelhos siderúrgicos com alturas superiores a 30 metros,
construídos basicamente por dois cones truncados unidos pela base.
O tronco inferior ou “étalages” prolonga-se por uma parte cilíndrica de 8 metros ou
mais de diâmetro chamado “cadinho” no qual se acumulam os produtos obtidos: a
gusa e a escória.
Pelos “algaraviz”, que são tubos cônicos colocados no alto do cadinho, insufla-se um
enorme volume de ar quente, cuja temperatura varia de 800 a 1200 o C destinado a
provocar a combustão do coque.
O tronco superior ou “cuba” termina num orifício chamado “goela”. É pela goela, que
é constituída por um orifício de fechamento duplo, que são introduzidos em camadas


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alternadas as matérias-primas, as cargas, que são transportadas em caçambas por
um monta cargas vertical ou em plano inclinado.
A utilização de correias transportadoras é cada vez mais frequente.
A figura abaixo mostra um forno de combustão e nele podem-se distinguir 5 (cinco)
partes principais, que são:






Boca de carga;
Cuba;
Ventre;
Bojo;
Cadinho.

O Alto Forno é carregado por camadas alternadas de minério de ferro, carvão, cobre
e calcário. O calcário tem a função de aumentar a fluibilidade do ferro gusa e
favorecer a formação de escória, a qual tem como finalidade de absorver as
impurezas. O minério de ferro, antes de ser introduzido no forno, passa por
processos preliminares de lavagem, seleção e enriquecimento.
Funcionamento do alto forno
As cargas de minério, carvão e fundentes, são introduzidos no Alto Forno por meio
de carrinho ou monta carga, que podem ser verticais ou em rampa ( plano inclinado).
Na boca de carga do Alto Forno temos uma temperatura entre 150ºC e 400ºC e
permite esta secar o minério. Na parte sucessiva formada pela cuba e pelo ventre o
minério encontra uma corrente de óxido de carbono (CO) deixando neste gás o
próprio oxigênio (O2) e transformando-se em ferro espumoso. Isto porque o minério
é constituído essencialmente por óxido de ferro, composto de ferro com oxigênio
(Fe2 O3 , Fe3 O4).

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Esta parte recebe o nome de redução indireta, enquanto a eliminação do oxigênio
dos minerais ferrosos é feita gradualmente e só em parte. A redução é completada
na zona de redução direta, onde os óxidos de ferro são diretamente transformados
em ferro por meio do carbono contido no carvão que se combina com o oxigênio
formando óxido de carbono.
Produtos dos altos fornos
Os produtos dos Altos Fornos são o ferro fundido, as escórias e o gás.
O ferro fundido é o produto fundamental da fusão no Alto Forno. Com relação à sua
composição química e ao seu emprego, o ferro fundido se divide em fundição gris,
ferro fundido e fundição especial; e segundo a classe de combustível empregado,
em ferro de coque e de carvão vegetal.
A fundição gris é utilizada para moldar objetos e peças nas indústrias de fundição.
O ferro fundido se utiliza para a obtenção de aço. O ferro fundido segundo o método
de transformação, chama-se fundição branca de Martin (M), Bessemer (B) ou
Thomas (T).
A composição do ferro fundido é apresentada na tabela abaixo, na qual se vê que
ele tem pouco silício e muito manganês, especialmente o que se destina à produção
do aço nos Fornos Martin. O ferro fundido contém carbono em estado ligado; por
isso tem fraturas brancas e normalmente recebe o nome de fundição branca.
Os ferros fundidos com alto teor de silício ou manganês são chamados de ferros
ligas.
Os ferros-ligas são empregados como adições especiais para produzir aço e peças
de ferro fundido.
Ferro fundido silício manganês fósforo enxôfre

As escórias dos Altos Fornos são utilizadas na produção de tijolos, blocos, cimento
e outras aplicações agrícolas e químicas.
As escórias ácidas se empregam para obter lã de escória que, em conseqüência de
sua baixa condutividade térmica é utilizada como material de isolamento térmico.
O gás de Alto Forno (de tragante) limpo de pó se usa como combustível nos
recuperadores, nas caldeiras a vapor e outras instalações de produção.
Produção do ferro gusa nos fornos elétricos
Os Baixos Fornos Elétricos usam a energia elétrica como meio de calor. Também os
Fornos Elétricos necessitam de uma carga de carvão para as reações químicas dos
metais não ferrosos como o carbono.
A vantagem deste forno é possibilitar a regulagem da temperatura que permite um
produto de melhor qualidade.

APOSTILA II
FABRICAÇÃO DOS AÇOS
Já sabemos que o produto que sai do alto forno é o ferro-gusa, uma matéria-prima
com grandes quantidades de carbono e impurezas normais, como o silício, o
manganês, fósforo e o enxofre. Por causa disso, o gusa é duro e quebradiço.
Para transformar o gusa em aço, é necessário que ele passe por um processo de
oxidação - combinação do ferro e das impurezas com o oxigênio - até que a
concentração de carbono e das impurezas se reduza a valores desejados.
Até que se descobrisse como fazer isso, os engenheiros deram tratos à bola. A idéia
apresentada, simultaneamente, por um inglês, Henry Bessemer, e por um
americano, William Kelly, em 1847, foi injetar ar sob pressão a fim de que ele
atravessasse o gusa. Esse processo permitiu a produção de aço em grandes
quantidades.
Os fornos que usam esse princípio, ou seja, a injeção de ar ou oxigênio diretamente
no gusa líquido, são chamados “conversores” e são de vários tipos. Os mais são:




Conversor Bessemer
Conversor Thomas
Conversor LD (Linz Donawitz)

Conversor Bessemer
É constituído por uma carcaça de chapas de aço, soldadas e rebitadas. Essa
carcaça é revestida, internamente, com uma grossa camada de material refratário,
isto é, aquele que resiste a altas temperaturas. Seu fundo é substituível e é cheio de
orifícios por onde entra o ar sob pressão. A grande sacada desse forno é seu
formato (os livros técnicos dizem que ele se parece a uma pêra bem estilizada) que
permite seu basculamento. Quer dizer, ele é montado sobre eixos que permitem
colocá-lo na posição horizontal, para a carga do gusa e descarga do aço, e na
posição vertical para a produção do aço.
Este forno não precisa de combustível. A alta temperatura é alcançada e mantida,
devido às reações químicas que acontecem quando o oxigênio do ar injetado entra
em contato com o carbono do gusa líquido. Nesse processo, há a combinação do
oxigênio com o ferro, formando o óxido de ferro (FeO) que, por sua vez, se combina
com o silício (Si), o manganês (Mn) e o carbono (C), eliminando as impurezas sob a
forma de escória e gás carbônico.
Esse ciclo dura, em média, 20 minutos e o aço resultante desse processo tem a
seguinte composição: 0,10% (ou menos) de carbono, 0,005% de silício, 0,50% de
manganês, 0,08% de fósforo e 0,25% de enxofre.
Conversor Thomas
O outro conversor é o Thomas, bastante semelhante ao Bessemer: ele também é
basculante, também processa gusa líquido e também usa ar nesse processo. A
diferença está no revestimento refratário desse conversor, que é feito com um
material chamado dolomita, que resiste ao ataque da escória à base de cal e, por
isso, esse material permite trabalhar com um gusa com alto teor de fósforo.
As reações químicas que acontecem dentro desse conversor são as mesmas que
acontecem no conversor Bessemer, ou seja, oxidação das impurezas, combustão do
carbono e oxidação do ferro. Esse processo, porém, tem duas desvantagens: não

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APOSTILA II
elimina o enxofre do gusa e o revestimento interno do forno é atacado pelo silício.
Assim, o gusa deve ter baixo teor de silício.
Conversor LD (Linz Donawitz)

O conversor LD usa também o princípio da injeção do oxigênio. A diferença é que o
oxigênio puro é soprado sob pressão na superfície do gusa líquido. Essa injeção é
feita pela parte de cima do conversor.
Esse tipo de conversor é constituído de uma carcaça cilíndrica de aço resistente ao
calor, revestido internamente por materiais refratários de dolomita ou magnesita.
A injeção do oxigênio é feita por meio de uma lança metálica composta de vários
tubos de aço. O jato de oxigênio é dirigido para a superfície do gusa líquido e essa
região de contato é chamada de zona de impacto.
Na zona de impacto, a reação de oxidação é muito intensa e a temperatura chega a
atingir entre 2.500 e 3.000ºC. Isso provoca uma grande agitação do banho, o que
acelera as reações de oxidação no gusa líquido.
Nesse conversor, a contaminação do aço por nitrogênio é muito pequena porque se
usa oxigênio puro.
Isso é um fator importante para os aços que passarão por processo de soldagem,
por exemplo, pois esse tipo de contaminação causa defeitos na solda.
O uso de conversores tem uma série de vantagens: alta capacidade de produção,
dimensões relativamente pequenas, simplicidade de operação e o fato de as altas
temperaturas não serem geradas pela queima de combustível, mas pelo calor que
se desprende no processo de oxidação dos elementos que constituem a carga de
gusa líquido.
Por outro lado, as desvantagens são: impossibilidade de trabalhar com sucata,
perda de metal por queima, dificuldade de controlar o processo com respeito à
quantidade de carbono, presença de considerável quantidade de óxido de ferro e de
gases, que devem ser removidos durante o vazamento.
Vazamento
É a operação de descarga do aço do conversor.
Dos conversores, saem aços usados na fabricação de chapas, tubos soldados,
perfis laminados, arames.
Lingotamento Contínuo
O lingotamento contínuo é um processo pelo qual o aço fundido é solidificado em um
produto semi-acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüente laminação.
Antes da introdução do lingotamento contínuo, nos anos 50, o aço era vazado em
moldes estacionário (lingoteiras).
O lingotamento do aço pode ser realizado de três maneiras distintas:




DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira;
INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical
penetrando na lingoteira
pela sua base;
CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para um molde de cobre
refrigerado à água.


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APOSTILA II
Seções possíveis no lingotamento contínuo (mm)

Tipos de fornos (resumo)

APOSTILA II

Diagrama de fabricação do aço

APOSTILA II

Processos de
fabricação


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APOSTILA II

2 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
Os processos metalúrgicos provocam alterações na estrutura cristalina do metal e
consequentemente nas suas propriedades o quadro abaixo mostra os atuais
processos de fabricação metalúrgica.

Fundição

Areia verde
Areia seca
Shell molding
Coquilha
Die casting
Centrifuga

Soldagem

Processos afins

Corte térmico

Comformação
mecânica

Forjamento
Laminação
Trefilação
Extrusão
Estampagem

A arco (AW)
A gás combustível (OFW)
No estado solido (SSW)
Brasagem fraca (S)
Brasagem forte (S)
Por resistência (RW)
Pulverização térmica (THSP)
Colagem (ABD)
Corte a oxigênio (OC)
Corte a arco (AC)
Outros metodos

FUNDIÇÃO
Transformação dos metais e suas ligas em peças de uso industrial tendo como
ponto de partida o metal líquido ou fundido derramamento do metal no interior de
uma cavidade ou forma, chamada molde.

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Molde
Dispositivo e ou forma que pode corresponder à forma final da peça desejada ou
pode sofrer posteriores tratamentos de conformação no estado sólido até que a peça
chegue as dimensões desejadas.
Solidificação dos metais no interior dos moldes
A transição do estado líquido para o sólido pode levar ao surgimento de
heterogeneidades, que se não controladas podem provocar defeitos e rejeição das
peças.
Cristalização
Consiste no aparecimento das primeiras células cristalinas unitárias, que servem
como núcleos para o posterior crescimento dos cristais, dando origem aos grãos
definitivos e à estrutura granular típica dos metais.
O crescimento dos cristais não ocorre de maneira uniforme dependem da
velocidade da direção dos eixos cristalográficos no interior do molde, depende da
proximidade das paredes, que vai determinar também a velocidade de resfriamento.
Processos de fundição





Fundição por gravidade
Fundição sob pressão
Fundição por centrifugação
Fundição de precisão
Etapas dos processos de fundição:










Projeto da peça
Projeto do modelo
Confecção do modelo (modelagem ou modelação)
Confecção do molde (moldagem)
Fusão do metal
Vazamento no molde
Limpeza e rebarbação
Controle de qualidade

APOSTILA II

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO POR CONFORMAÇÃO MECÂNICA
FORJAMENTO
O forjamento, um processo de conformação mecânica em que o material é
deformado por martelamento ou prensagem, é empregado para a fabricação de
produtos acabados ou semi-acabados de alta resistência mecânica, destinados a
sofrer grandes esforços e solicitações em sua utilização.
Embora, hoje em dia, o forjamento seja feito por meio de equipamentos, o princípio
do processo continua o mesmo: aplicação individual e intermitente de pressão, quer
dizer, o velho martelamento, ou então, a prensagem.
O forjamento por martelamento é feito aplicando-se golpes rápidos e sucessivos no
metal. Desse modo, a pressão máxima acontece quando o martelo toca o metal,
decrescendo rapidamente de intensidade à medida que a energia do golpe é
absorvida na deformação do material. O resultado é que o martelamento produz
deformação principalmente nas camadas superficiais da peça, o que dá uma
deformação irregular nas fibras do material. Pontas de eixo, virabrequins, discos de
turbinas são exemplos de produtos forjados fabricados por martelamento.

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No forjamento por martelamento são usados martelos de forja que aplicam golpes
rápidos e sucessivos ao metal por meio de uma massa de 200 a 3.000kg que cai
livremente ou é impulsionada de uma certa altura que varia entre 1 e 3,5m.
Na prensagem, o metal fica sujeito à ação da força de compressão em baixa
velocidade e a pressão atinge seu valor máximo pouco antes de ser retirada, de
modo que as camadas mais profundas da estrutura do material são atingidas no
processo de conformação. A deformação resultante é, então, mais regular do que a
produzida pela ação dinâmica do martelamento. Palhetas de turbinas e forjados de
liga leve são produtos fabricados por prensagem.

O forjamento por prensagem é realizado por prensas mecânicas ou hidráulicas. As
prensas mecânicas, de curso limitado, são acionadas por eixos excêntricos e podem
aplicar cargas entre 100 e 8.000 toneladas. As prensas hidráulicas podem ter um
grande curso e são acionadas por pistões hidráulicos. Sua capacidade de aplicação
de carga fica entre 300 e 50.000 toneladas. Elas são bem mais caras que as
prensas mecânicas.
As operações de forjamento são realizadas a quente, em temperaturas superiores
às de recristalização do metal. É importante que a peça seja aquecida
uniformemente e em temperatura adequada. Esse aquecimento é feito em fornos de
tamanhos e formatos variados, relacionados ao tipo de metal usado e de peças a
serem produzidas e vão desde os fornos de câmara simples até os fornos com
controle específico de atmosfera e temperatura. Alguns metais não-ferrosos podem
ser forjados a frio.
Tipos de matrizes
Toda a operação de forjamento precisa de uma matriz. É ela que ajuda a fornecer o
formato final da peça forjada. E ajuda também a classificar os processos de
forjamento, que podem ser:
• forjamento em matrizes abertas, ou forjamento livre;
• forjamento em matrizes fechadas.
As matrizes de forjamento são submetidas a altas tensões de compressão, altas
solicitações térmicas e, ainda, a choques mecânicos. Devido a essas condições de
trabalho, é necessário que essas matrizes apresentem alta dureza, elevada

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tenacidade, resistência à fadiga, alta resistência mecânica a quente e alta
resistência ao desgaste.
Por isso, elas são feitas, em sua maioria, de blocos de aços-liga forjados e tratadas
termicamente. Quando as solicitações são ainda maiores, as matrizes são
fabricadas com metal duro.
No forjamento livre, as matrizes têm geometria ou formatos bastante simples. Esse
tipo de forjamento é usado quando o número de peças que se deseja produzir é
pequeno e seu tamanho é grande. É o caso de eixos de navios, turbinas,
virabrequins e anéis degrande porte.

A operação de forjamento livre é realizada em várias etapas. Como exemplo, a
ilustração mostra o estiramento de uma parte de uma barra. Observe a peça inicial
(a) e o resultado final (e). A operação é iniciada com uma matriz de pequena largura.
O estiramento acontece por meio de golpes sucessivos e avanços da barra (b, c, d,
e). A barra é girada 90º e o processo repetido (f). Para obter o acabamento mostrado
em g, as matrizes são trocadas por outras de maior largura.

No forjamento em matrizes fechadas, o metal adquire o formato da cavidade
esculpida na matriz e, por causa disso, há forte restrição ao escoamento do material
para as laterais. Essa matriz é construída em duas metades: a metade de baixo fica
presa à bigorna e nela é colocado o metal aquecido. A outra metade está presa ao
martelo (ou à parte superior da prensa) que cai sobre a metade inferior, fazendo o
material escoar e preencher a cavidade da matriz.

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Uma peça forjada acabada geralmente não é conformada em um só golpe, porque
tanto a direção quanto a extensão na qual o metal pode escoar são pequenas. Por
isso, para a confecção de uma única peça são necessárias várias matrizes com
cavidades correspondentes aos formatos intermediários que o produto vai
adquirindo durante o processo de fabricação.

A matriz apresenta uma cavidade extra em sua periferia e que tem o objetivo de
conter o excesso de material necessário para garantir o total preenchimento da
matriz durante o forjamento. Esse excesso de material chama-se rebarba e deve ser
retirado da peça em uma operação posterior de corte.

A rebarba é um dos problemas do forjamento por matriz fechada. Para minimizá-lo,
as matrizes apresentam calhas para evitar que a rebarba seja muito grande.
Para peças não muito complexas, são aplicadas as seguintes etapas no forjamento
em matriz fechada:
1. Corte do blank, ou seja, do pedaço de metal em barra no tamanho necessário.
2. Aquecimento - realizado em fornos.
3. Forjamento intermediário, realizado somente quando é difícil a conformação em
uma única etapa.
4. Forjamento final - feito em matriz, já com as dimensões finais da peça.
5. Tratamento térmico - para a remoção das tensões, homogeneização da estrutura,
melhoria da usinabilidade e das propriedades mecânicas.

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LAMINAÇÃO
A laminação é um processo de conformação mecânica pelo qual um lingote de metal
é forçado a passar por entre dois cilindros que giram em sentidos opostos, com a
mesma velocidade. Assim consegue-se a redução da espessura do metal a cada
passe de laminação, que é como se chama cada passagem do metal pelos cilindros
de laminação.
Ao passar entre os cilindros, o material sofre deformação plástica. Por causa disso,
ele tem uma redução da espessura e um aumento na largura e no comprimento.
Como a largura é limitada pelo tamanho dos cilindros, o aumento do comprimento é
sempre maior do que o da largura
A laminação pode ser feita a quente ou a frio. Ela é feita a quente quando o material
a ser conformado é difícil de laminar a frio ou quando necessita de grandes
reduções de espessura. Assim, o aço, quando necessita de grandes reduções, é
sempre laminado a quente porque, quando aquecido, sua estrutura cristalina
apresenta a configuração CFC que, como já vimos, se presta melhor à laminação.
Além disso, nesse tipo de estrutura, as forças de coesão são menores, o que
também facilita a deformação.
ENCRUAMENTO
É o resultado de uma mudança na estrutura do metal, associada a uma deformação
permanente dos grãos do material, quando este é submetido à deformação a frio. O
encruamento aumenta a dureza e a resistência mecânica.
A laminação a frio se aplica a metais de fácil conformação em temperatura
ambiente, o que é mais econômico. É o caso do cobre, do alumínio e de algumas de
suas ligas.
A laminação a frio também pode ser feita mesmo em metais cuja resistência à
deformação é maior. São passes rápidos e brandos cuja finalidade é obter maior
precisão nas dimensões das chapas. Em alguns casos, a dureza e a resistência do
material melhoram já que, nesse caso, ele fica “encruado”. Quando se necessita de
precisão dimensional e ductilidade, a chapa laminada a frio passa por um tratamento
térmico chamado recozimento.
Sendo a quente ou a frio, a laminação parte dos lingotes que, passando pelos
laminadores, pode se transformar em produtos de uso imediato como trilhos, vigas e
perfis. Pode se transformar também em produtos intermediários que serão usados
em outros processos de conformação mecânica
TREFILAÇÃO
Acender a luz, falar ao telefone, ligar o som, a televisão ou outro eletrodoméstico
qualquer, andar de elevador. Nada disso seria possível sem a trefilação, pois os fios
elétricos de cobre ou alumínio, os cabos e arames de aço necessários para essas
atividades tão comuns do século vinte são fabricados por esse processo de
conformação mecânica. Por esse processo, é possível obter produtos de grande
comprimento contínuo, seções pequenas, boa qualidade de superfície e excelente
controle dimensional.
O princípio do processo de trefilação é de certa forma, parecido com o da extrusão,
ou seja, é necessário que o material metálico passe por uma matriz para ter seu
diâmetro diminuído e seu comprimento aumentado. A grande diferença está no fato


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de que, em vez de ser empurrado, o material é puxado. Além disso, a trefilação é
normalmente realizada a frio.

Existem bancos de tração de até 100 toneladas, capazes de trabalhar a uma
velocidade de até 100 metros por minuto, percorrendo distâncias de até 30 metros.
Em alguns casos, vários conjuntos desse tipo podem ser montados em série, a fim
de produzir arames e fios com diâmetros ainda menores.
A barra que deve ser trefilada é chamada de fio de máquina. Ela deve ser apontada,
para facilitar a passagem pela fieira, e presa por garras de tração que vão puxar o
material para que ele adquira o diâmetro desejado.
A fieira é uma ferramenta cilíndrica que contém um furo no centro por onde passa o
fio, e cujo diâmetro vai diminuindo. Assim seu perfil apresenta o formato de um funil.

A razão da presença desse ângulo, geralmente maior que o ângulo de trefilação, é
facilitar a lubrificação e, conseqüentemente, a passagem do material. A lubrificaçãon
é necessária para facilitar a passagem do metal pela fieira, a fim de diminuir o atrito
entre o fio e o cone de trabalho.
O cilindro de calibração serve para ajustar o diâmetro do fio. O cone de saída, por
sua vez, permite a saída livre do fio.
A fieira é construída de metal duro para fios de diâmetro maior que 2 mm, ou
diamante para fios de diâmetro de até 2mm. Esses materiais são usados para que a

APOSTILA II
fieira possa resistir às condições severas e grandes solicitações características
desse processo.
Etapas do processo de trefilação
1. Laminação e usinagem para a produção do fio máquina.
2. Decapagem mecânica ou química que retira os óxidos presentes na superfície do
fio máquina.
3. Trefilação.
4. Tratamento térmico de recozimento, quando é necessário restabelecer a
ductilidade do material.
Para a trefilação propriamente dita, existem dois tipos básicos de máquinas de
trefilar:
 Sem deslizamento
Nessa máquina, o fio é tracionado, ou seja, puxado, e depois de passar pelo furo da
fieira, ele vai para um anel tirante que acumula o fio antes de liberar sua
movimentação em direção a uma segunda fieira onde o processo se repete. Isso é
feito quantas vezes forem necessárias para obter a bitola desejada para o fio. Ao
término desse processo, o fio é enrolado em uma bobinadeira.



Com deslizamento

Essa máquina é usada para a trefilação de fios metálicos de pequeno diâmetro.
Nela, o fio parte de uma bobina, passa por uma roldana e segue alinhado até a
primeira fieira. Na saída da fieira, o fio é tracionado por um anel tirante e é enrolado
nele com um número de voltas que depende da força do atrito necessária para
tracionar o fio através da primeira fieira.

O movimento helicoidal do fio provoca seu deslizamento lateral pelo anel e o sistema
prossegue dessa forma para as demais fieiras e anéis.

APOSTILA II
EXTRUSÃO
Assim como a laminação, a extrusão é um processo de fabricação de produtos
semiacabados, ou seja, produtos que ainda sofrerão outras operações, tais como
corte, estampagem, usinagem ou forjamento, antes de seu uso final. Como resultado
disso, obtém-se uma das importantes características do produto extrudado: seção
transversal reduzida e grande comprimento.
O processo de extrusão consiste basicamente em forçar a passagem de um bloco
de metal através do orifício de uma matriz. Isso é conseguido aplicando-se altas
pressões ao material com o auxílio de um êmbolo.

Trata-se de um processo de fabricação relativamente novo, se comparado com a
maioria dos outros processos de conformação mecânica. As primeiras experiências
com extrusão foram feitas com chumbo no final do século passado. O maior avanço
aconteceu durante a Segunda Guerra Mundial, com a produção de grandes
quantidades de perfis de alumínio para serem usados na indústria aeronáutica.
Atualmente, não só metais mais dúcteis, como o alumínio e suas ligas e o cobre e
suas ligas, podem passar pelo processo de extrusão. Também é possível fabricar
produtos de aço ao carbono e aço inoxidável por meio de extrusão. Produtos de
plástico, principalmente embalagens, também são fabricados por extrusão.
No que se refere ao uso do alumínio, as variedades de perfis que se pode fabricar é
quase ilimitada. As seções obtidas são mais resistentes porque não apresentam
juntas frágeis e há melhor distribuição do metal. O processo fornece, também, uma
boa aparência para as superfícies.
Etapas do processo de extrusão
De acordo com o tipo de metal, que deve suportar rigorosas condições de atrito e
temperatura, e com a seção a ser obtida, a extrusão pode ser realizada a quente ou
a frio. O metais mais duros, como o aço, passam normalmente pelo processo de
extrusão a quente.
Esse processo envolve as seguintes etapas:
1. Fabricação de lingote ou tarugo de seção circular.
2. Aquecimento uniforme do lingote ou tarugo.
3. Transporte do lingote ou tarugo aquecido para a câmara de extrusão. Essa etapa
deve ser executada o mais rapidamente possível para diminuir a oxidação na
superfície do metal aquecido.
4. Execução da extrusão: com o tarugo aquecido apoiado diante da câmara de
extrusão, o pistão é acionado e o material é empurrado para o interior da câmara.

APOSTILA II
5. Fim da extrusão: o pistão recua e a câmara se afasta para a retirada do disco e da
parte restante do tarugo.
6. Remoção dos resíduos de óxido com o auxílio de disco raspador acionado pelo
pistão.
Lingote é o bloco de metal produzido por fundição.
Tarugo é o bloco de metal obtido pela laminação de um lingote.
Considerando-se que o trabalho a quente traz problemas de oxidação do bloco de
metal e das ferramentas de extrusão, a temperatura de trabalho deve ser a mínima
necessária para fornecer ao metal o grau de plasticidade adequado.
Devido à intensa deformação produzida durante a extrusão, pode ocorrer um
sensível aquecimento do metal. Portanto, a temperatura máxima do processo deve
ser seguramente inferior à temperatura de “liquação”, ou seja, aquela em que
acontece a fusão do contorno dos grãos. Se a temperatura de extrusão ficar muito
próxima à de liquação, o aquecimento produzido pelo atrito e pela compressão da
matriz poderá atingir a temperatura de fusão e impedir a fabricação do produto por
extrusão.
Deve-se lembrar, também, de que a temperatura do material na zona de deformação
depende da velocidade de deformação e do grau de compressão. Isso significa que
a temperatura aumenta quando aumentam a velocidade e a deformação, por causa
do aumento do atrito devido ao aumento da velocidade de deformação e do grau de
compressão.
Na extrusão a quente, as reduções de área conseguidas são da ordem de 1:20 (um
para vinte). Isso significa que, se você tiver uma barra de 100mm2 de área, ela pode
ter sua área reduzida para 5 mm². Os materiais mais dúcteis, como o alumínio,
podem passar por extrusão tanto a frio quanto a quente e obtêm reduções de área
da ordem de 1:100 (um para cem).
Na extrusão a frio, o material endurece por encruamento durante a deformação
porque os grãos do metal se quebram e assim permanecem, aumentando as
tensões na estrutura e, conseqüentemente, sua dureza. Na extrusão a quente, os
grãos se reconstituem após a extrusão por causa da alta temperatura.

ESTAMPAGEM
Estampagem é um processo de conformação mecânica, geralmente realizada a frio,
que engloba um conjunto de operações. Por meio dessas operações, a chapa plana
é nsubmetida a transformações que a fazem adquirir uma nova forma geométrica,
plana ou oca. Isso só é possível por causa de uma propriedade mecânica que os
metais têm: a plasticidade.
As operações básicas de estampagem são:
• corte
• dobramento
• estampagem profunda (ou "repuxo")
Assim como nem todo material pode ser laminado, nem todo material pode passar
pelas operações de estampagem. As chapas metálicas de uso mais comum na
estampagem são as feitas com as ligas de aço de baixo carbono, os aços
inoxidáveis, as ligas alumínio-manganês, alumínio-magnésio e o latão 70-30, que
tem um dos melhores índices de estampabilidade entre os materiais metálicos.


Página 23

APOSTILA II
O latão 70-30 é uma liga com 70% de cobre e 30% de zinco.
Além do material, outro fator que se deve considerar nesse processo é a qualidade
da chapa. Os itens que ajudam na avaliação da qualidade são: a composição
química, as propriedades mecânicas, as especificações dimensionais, e acabamento
e aparência da superfície.
A composição química deve ser controlada no processo de fabricação do metal. A
segregação de elementos químicos, por exemplo, que pode estar presente no
lingote que deu origem à chapa, causa o comportamento irregular do material
durante a estampagem.
As propriedades mecânicas, como dureza e resistência à tração, são
importantíssimas na estampagem. Elas são determinadas por meio de ensaios
mecânicos que nada mais são do que testes feitos com equipamentos especiais.
Esses dados, juntamente com dados sobre a composição química, geralmente são
fornecidos nas especificações dos materiais, presentes nos catálogos dos
fabricantes das chapas e padronizados através de normas.
As especificações das dimensões ajudam no melhor aproveitamento possível do
material, quando é necessário cortá-lo para a fabricação da peça. Uma chapa fora
dos padrões de dimensão impede seu bom aproveitamento em termos de
distribuição e quantidade das peças a serem cortadas. O ideal é obter a menor
quantidade possível de sobras e retalhos que não podem ser aproveitados. Esse
aproveitamento ideal envolve também o estudo da distribuição das peças na chapa.

Os defeitos de superfície prejudicam não só a qualidade da peça estampada como
também influencia no acabamento quando o produto deve receber pintura ou algum
tipo de revestimento como a cromação, por exemplo. Por isso, esse é um fator que
também deve ser controlado.
As operações de estampagem são realizadas por meio de prensas que podem ser
mecânicas ou hidráulicas, dotadas ou não de dispositivos de alimentação automática
das chapas, tiras cortadas, ou bobinas.
A seleção de uma prensa depende do formato, tamanho e quantidade de peças a
serem produzidas e, conseqüentemente, do tipo de ferramental que será usado.
Normalmente, as prensas mecânicas são usadas nas operações de corte,
dobramento e estampagem rasa. As prensas hidráulicas são mais usadas na
estampagem profunda.
ESTAMPAGEM PROFUNDA
A estampagem profunda é um processo de conformação mecânica em que chapas
planas são conformadas no formato de um copo. Ela é realizada a frio e,
dependendo da característica do produto, em uma ou mais fases de conformação.
Por esse processo, produzem-se panelas, partes das latarias de carros como páralamas, capôs, portas, e peças como cartuchos e refletores parabólicos.

APOSTILA II
Na estampagem profunda, a chapa metálica sofre alongamento em ao menos uma
direção e compressão em outra direção. Geralmente, um compensa o outro e não
há mudança na espessura da chapa.
Assim como no dobramento, a estampagem profunda também é realizada com o
auxílio de estampos formados por um punção, uma matriz e um sujeitador presos a
prensas mecânicas ou hidráulicas. A chapa, já cortada nas dimensões
determinadas, é presa entre a matriz e o sujeitador que mantém sobre ela uma
pressão constante durante o embutimento. Isso evita que ocorra o enrugamento da
superfície da peça. O punção é acionado, desce e força a chapa para baixo, através
da matriz. Nessa operação, também é necessário um controle sobre a folga entre o
punção e a matriz.

Quando a profundidade do embutimento é grande, ou seja, tem a altura maior que o
diâmetro da peça, e são necessárias várias operações sucessivas para obtê-la, temse a reestampagem. Isso pode ser feito com o mesmo punção, ou com punções
diferentes quando o perfil da peça deve ser alterado numa segunda ou terceira
estampagem.

A ferramenta deve ter uma superfície lisa e bem acabada para minimizar o atrito
entre matriz-chapa-punção e, desse modo, diminuir o esforço de compressão e o
desgaste da ferramenta. Para diminuir o atrito pode-se usar também um lubrificante.

APOSTILA II

Na estampagem, além das prensas, são usadas ferramentas especiais chamadas
estampos que se constituem basicamente de um punção (ou macho) e uma matriz.
Essas ferramentas são classificadas de acordo com o tipo de operação a ser
executada, Assim, temos:




Ferramentas para corte
Ferramentas para dobramento
Ferramentas para estampagem profunda

Na prensa, o punção geralmente é preso na parte superior que executa os
movimentos verticais de subida e descida. A matriz é presa na parte inferior
constituída por uma mesa fixa.
Esse ferramental deve ser resistente ao desgaste, ao choque e à deformação, ter
usinabilidade e grande dureza. De acordo com a quantidade de peças e o material a
serem estampados, os estampos são fabricados com aços ligados, chamados de
aços para ferramentas e matrizes.
O fio de corte da ferramenta é muito importante e seu desgaste, com o uso, provoca
rebarbas e contornos pouco definidos das peças cortadas. A capacidade de corte de
uma ferramenta pode ser recuperada por meio de retificação para obter a afiação.
CORTE DE CHAPAS
O corte é a operação de cisalhamento de um material na qual uma ferramenta ou
punção de corte é forçada contra uma matriz por intermédio da pressão exercida por
uma prensa. Quando o punção desce, empurra o material para dentro da abertura
da matriz.

Dica tecnológica
Em princípio, a espessura da chapa a ser cortada deve ser igual ou menor que o
diâmetro do punção.
As peças obtidas por corte podem, eventualmente, ser submetidas a uma operação
posterior de estampagem profunda, que será estudada mais adiante nesta aula.
O corte permite a produção de peças nos mais variados formatos. Estes são
determinados pelos formatos do punção e da matriz. A folga entre um e outra é
muito importante e deve ser controlada, já que o aspecto final da peça depende
desse fator. Ela está relacionada também com a espessura, a dureza e o tipo de
material da chapa.

APOSTILA II
Dica tecnológica
Para o aço, a folga é de 5 a 8% da espessura da chapa; para o latão, ela fica entre 4
e 8%; para o cobre, entre 6 e 10%; para o alumínio, em torno de 3% e para o
duralumínio, entre 7 e 8%.
Folgas muito grandes provocam rebarbas que podem ferir os operadores. As folgas
pequenas provocam fissuras, ou seja, rachaduras, que causarão problemas nas
operações posteriores. Quanto menores forem as espessuras das chapas e o
diâmetro do punção, menor será a folga e vice-versa.
Dependendo da complexidade do perfil a ser cortado, o corte pode ser feito em uma
única etapa ou em várias etapas até chegar ao perfil final. Isso determina também os
vários tipos de corte que podem ser executados:
CORTE (SIMPLES)
Produção de uma peça de um formato
qualquer a partir de uma chapa.

PUNCIONAMENTO
Corte que produz furos de pequenas
dimensões.

ENTALHE Corte de um entalhe no
contorno da peça.

CORTE PARCIAL
Corte incompleto no qual uma parte da
peça cortada fica presa à chapa.

RECORTE
Corte de excedentes de material de uma peça que já passou por um processo de
conformação.

Um corte, por mais perfeito que seja sempre apresenta uma superfície de aparência
“rasgada”. Por isso, é necessário fazer a rebarbação, que melhora o acabamento
das paredes do corte.

Fique por dentro
Pode-se cortar papel, borracha e outros materiais não-metálicos com um punção de
ângulo vivo. Nesse caso, o material fica apoiado sobre uma base sólida de madeira
ou outro material mole.

DOBRAMENTO E CURVAMENTO
O dobramento é a operação pela qual a peça anteriormente recortada é conformada
com o auxílio de estampos de dobramento. Estes são formados por um punção e
uma matriz normalmente montados em uma prensa. O material, em forma de chapa,
barra, tubo ou vareta, é colocado entre o punção e a matriz. Na prensagem, uma
parte é forçada contra a outra e com isso se obtém o perfil desejado.

Em toda e qualquer operação de dobramento, o material sofre deformações além do
seu limite elástico. No lado externo há um esforço de tração, o metal se alonga e há
uma redução de espessura. No lado interno, o esforço é de compressão.

APOSTILA 2

Por causa da elasticidade do material, sempre há um pequeno retorno para um
ângulo ligeiramente menor que o inicial, embora a chapa tenha sido dobrada além
de seu limite elástico. Por causa disso, quando se constrói o estampo, o cálculo do
ângulo de dobramento deve considerar esse retorno e prever um dobramento em
um ângulo levemente superior ao desejado.
Dica tecnológica
Existe uma região interna do material que não sofre nenhum efeito dos esforços de
tração e compressão aos qual a chapa é submetida durante o dobramento. Essa
região é chamada de linha neutra.
Outro fator a considerar é a existência dos raios de curvatura. Cantos vivos ou raios
pequenos podem provocar a ruptura durante o dobramento. Em geral, a
determinação do raio de curvatura é função do projeto ou desenho da peça, do tipo
de material usado, da espessura da peça e do sentido da laminação da chapa.
Materiais mais dúcteis como o alumínio, o cobre, o latão e o aço com baixo teor de
carbono necessitam de raios menores do que materiais mais duros como os aços de
médios e altos teores de carbono, aços ligados etc.
Até atingir o formato final, o produto pode ser dobrado com o auxílio de apenas um
estampo em uma única ou em mais fases ou, então, com mais de um estampo.

E para obter os variados formatos que o dobramento proporciona, realizam-se as seguintes
operações:

APOSTILA 2

Processos de
Soldagem


Página 30

APOSTILA 2

3 PROCESSOS SOLDAGEM
INTRODUÇÃO
Métodos de União dos Metais
Os métodos de união de metais podem ser divididos em duas categorias principais,
isto é, aqueles baseados no aparecimento de forças mecânicas macroscópicas entre
as partes a serem unidas e aqueles baseados em forças microscópicas
(interatômicas ou intermoleculares). No primeiro caso, do qual são exemplos a
parafusagem e a rebitagem, a resistência da junta é dada pela resistência ao
cisalhamento do parafuso ou rebite, mais as forças de atrito entre as superfícies em
contato. No segundo caso, a união é conseguida pela aproximação dos átomos e
moléculas das partes a serem unidas, ou destas e um material intermediário, até
distâncias suficientemente pequenas para a formação de ligações metálicas e de
Van der Waals. Como exemplos desta categoria citam-se a soldagem, a brasagem e
a colagem.
Definição de Soldagem
Um grande número de diferentes processos utilizados na fabricação e recuperação
de peças, equipamentos e estruturas é abrangido pelo termo SOLDAGEM.
Classicamente, a soldagem é considerada como um método de união, porém,
muitos processos de soldagem ou variações destes são usados para a deposição de
material sobre uma superfície, visando a recuperação de peças desgastadas ou
para a formação de um revestimento com características especiais.
Diferentes processos relacionados com os de soldagem são utilizados para o corte
ou para o recobrimento de peças. Diversos aspectos dessas operações de
recobrimento e corte são similares à soldagem e, por isso, muitos aspectos destes
processos são abordados juntamente com esta.
Algumas definições de soldagem são:


"Processo de junção de metais por fusão". (Deve-se ressaltar que não só
metais são soldáveis e que é possível soldar metais sem fusão).



"Operação que visa obter a união de duas ou mais peças, assegurando, na
junta soldada, a continuidade de propriedades físicas, químicas e
metalúrgicas".



"Operação que visa obter a coalescência localizada produzida pelo
aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a aplicação de
pressão e de metal de adição." (Definição a adotada pela AWS - American
Welding Society).



“Processo de união de materiais baseado no estabelecimento, na região de
contato entre os materiais sendo unidos, de forças de ligação química de
natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais.”


Página 31

APOSTILA 2

Formação de uma Junta Soldada
De uma forma simplificada, uma peça metálica é formada por um grande número de
átomos dispostos em um arranjo espacial característico (estrutura cristalina). Átomos
localizados no interior desta estrutura são cercados por um número de vizinhos mais
próximos, posicionados a uma distância r0, na qual a energia do sistema é mínima,
como mostra a figura.

Nesta situação, cada átomo está em sua condição de energia mínima, não tendendo
a se ligar com nenhum átomo extra. Na superfície do sólido, contudo, esta situação
não se mantém, pois os átomos estão ligados a menos vizinhos, possuindo, portanto
um maior nível de energia do que os átomos no seu interior. Esta energia pode se
reduzida quando os átomos superficiais se ligam a outros. Assim, aproximando-se
duas peças metálicas a uma distância suficientemente pequena para a formação de
uma ligação permanente, uma solda entre as peças seria formada, como ilustrado
na figura

Este tipo de efeito pode ser obtido, por exemplo, colocando-se em contato íntimo
dois blocos de gelo.
Entretanto, sabe-se que isto não ocorre para duas peças metálicas, exceto em
condições muito especiais. A explicação para isto está na existência de obstáculos
que impedem uma aproximação efetiva das superfícies até distâncias da ordem de
r0. Estes obstáculos podem ser de dois tipos básicos:
• As superfícies metálicas, mesmo as mais polidas, apresentam uma grande
rugosidade em escala microscópica e sub-microscópica.

APOSTILA 2
Mesmo uma superfície com um acabamento cuidadoso apresenta irregularidades na
ordem de 50nm de altura, cerca de 200 camadas atômicas. Isto impede uma
aproximação efetiva das superfícies, o que ocorre apenas em alguns poucos pontos
de contato, de modo que o número de ligações formadas é insuficiente para garantir
qualquer resistência para a junta.
As superfícies metálicas estão normalmente recobertas por camadas de óxidos,
umidade, gordura, poeira, etc. O que impede um contato real entre as superfícies,
prevenindo a formação da solda. Estas camadas se formam rapidamente e resultam
exatamente da existência de ligações químicas incompletas na superfície.
Dois métodos principais são utilizados para superar estes obstáculos, os quais
originam os dois grandes grupos de processos de soldagem. O primeiro consiste em
deformar as superfícies de contato permitindo a aproximação dos átomos a
distâncias da ordem de r0.

As peças podem ser aquecidas localmente de modo a facilitar a deformação das
superfícies de contato.
O segundo método se baseia na aplicação localizada de calor na região de união até
a sua fusão e do metal de adição (quando este é utilizado), destruindo as superfícies
de contato e produzindo a união pela solidificação do metal fundido.
Desta forma, podemos agrupar os processos de soldagem em dois grandes grupos
baseando-se no método dominante para produzir a solda:



Processos de soldagem por pressão (ou por deformação)
Processos de soldagem por fusão.

PROCESSOS DE SOLDAGEM POR FUSÃO
Existe um grande número de processos por fusão que podem ser separados em
subgrupos, por exemplo, de acordo com o tipo de fonte de energia usada para fundir
as peças. Dentre estes, os processos de soldagem a arco (fonte de energia: arco
elétrico) são os de maior importância industrial na atualidade. Devido à tendência de
reação do material fundido com os gases da atmosfera, a maioria dos processos de
soldagem por fusão utiliza algum meio de proteção para minimizar estas reações.
A tabela abaixo mostra os principais processos de soldagem por fusão e suas
características principais.

APOSTILA 2

PROCESSOS DE SOLDAGEM POR PRESSÃO (OU POR DEFORMAÇÃO)
Este primeiro grupo inclui os processos de soldagem por ultra-som, por fricção, por
forjamento, por resistência elétrica, por difusão, por explosão, entre outros. Diversos
destes processos, como por exemplo, os processos de soldagem por resistência,
apresentam características intermediárias entre os processos de soldagem por fusão
e por deformação. Para fins de classificação, estes processos serão incluídos neste
grupo.
Alguns dos processos de soldagem e processos correlatos de importância na
indústria serão discutidos de uma forma reduzida a seguir. Deve-se colocar,
contudo, que este é um tema extenso e importante, existindo ema ampla bibliografia
sobre o assunto. Para um estudo complementar, mais aprofundado, dos processos
de soldagem, consultar a bibliografia citada ao final deste texto.

APOSTILA 2
SOLDAGEM A ARCO
A soldagem a arco engloba um grande número de processos que incluem os de
maior utilização industrial. Todos estes processos utilizam, como fonte de calor para
a fusão localizada, o arco que é uma descarga elétrica em um meio gasoso
parcialmente ionizado. Na maioria dos casos, o arco elétrico é mantido entre um
eletrodo cilíndrico e o metal base, existindo, contudo, processos em que o metal
base não faz parte do circuito elétrico ou que utilizam eletrodos de diferentes formas
ou diversos eletrodos simultaneamente. Em geral, o eletrodo é fundido pelo arco e
fornece metal de adição para a solda (soldagem com eletrodos consumíveis),
existindo, porém, processos em que o eletrodo (em geral, de tungstênio ou grafite)
não se funde de forma apreciável (soldagem com eletrodos não consumíveis).
Nos processos de soldagem a arco, a quantidade de calor fornecida à junta e,
portanto, as dimensões e o formato do cordão de solda dependem da corrente e
tensão elétricas fornecidas ao arco e, na grande maioria dos processos da
velocidade de soldagem (isto é, a velocidade com que o arco é deslocado ao longo
da junta).
A corrente de soldagem pode variar de valores inferiores a 1A (na soldagem
microplasma) a valores superiores a 1000 ou 2000A (em processos como a
soldagem ao arco submerso). Esta variável afeta, de forma importante, a penetração
do cordão e solda e a velocidade de fusão do eletrodo (e, portanto, a taxa de
deposição). A tensão de soldagem varia tipicamente de menos de 10 v a valores que
podem superar 100 v (na soldagem a plasma). Esta, em geral, controla o
comprimento do arco (isto é, a separação entre o eletrodo e o metal base ou entre
os eletrodos que mantêm o arco) e a largura do cordão de solda. Por fim, quando a
fonte de calor se desloca ao longo da junta, a velocidade de soldagem controla a
quantidade de calor que é fornecida ao longo da junta. Quanto maior for a
velocidade de soldagem, menor será a quantidade de energia recebida por unidade
de comprimento da junta e, em geral, menores serão as dimensões do cordão.
Finalmente, deve se deixar claro que, para se garantir uma estabilidade e controle
adequados do processo e se obter um cordão de solda com um formato adequado,
não se pode selecionar valores de corrente, tensão e velocidade de soldagem de
forma independente. Além disto, cada processo de soldagem a arco possui uma
extensa lista de variáveis adicionais que devem ser levadas em consideração ao se
determinar as condições de soldagem para uma dada aplicação. Algumas destas
variáveis serão apresentadas e discutidas na descrição suscita abaixo dos principais
processos de soldagem a arco.


Página 35

APOSTILA 2
A SOLDAGEM A ARCO COM ELETRODOS REVESTIDOS (SHIELDED METAL
ARC WELDING - SMAW)
É um processo no qual a coalescência (união) dos metais é obtida pelo aquecimento
destes com um arco estabelecido entre um eletrodo especial revestido e a peça. O
eletrodo é formado por um núcleo metálico ("alma"), com 250 a 500 mm de
comprimento, revestido por uma camada de minerais (argila, fluoretos, carbonatos,
etc.) e/ou outros materiais (celulose, ferro ligas, etc.), com um diâmetro total típico
entre 2 e 8mm. A alma do eletrodo conduz a corrente elétrica e serve como metal de
adição. O revestimento gera escória e gases que protegem da atmosfera a região
sendo soldada e estabilizam o arco. O revestimento pode ainda conter elementos
que são incorporados à solda, influenciando sua composição química e
características metalúrgicas.

O seu equipamento usual consiste de fonte de energia (ou máquina de soldagem),
porta-eletrodo e cabos, além de equipamentos de segurança para o soldador
(máscara, luvas, avental, etc.) e para a limpeza do cordão e remoção de escória
(picadeira e escova de aço). Para soldagem, a parte não revestida do eletrodo é
fixado no porta eletrodo e o arco é iniciado tocando-se rapidamente a ponta do
eletrodo na peça (que estão conectados, por cabos, aos terminais da máquina de
soldagem). O calor do arco funde a ponta do eletrodo e um pequeno volume do
metal de base formando a poça de fusão. A soldagem é realizada manualmente,
com o soldador controlando o comprimento do arco e a poça de fusão (pela
manipulação do eletrodo) e deslocando o eletrodo ao longo da junta. Quando o
eletrodo é quase todo consumido, o processo é interrompido para troca do eletrodo
e remoção de escória da região onde a soldagem será continuada. A figura abaixo
ilustra o equipamento e o processo de soldagem.

APOSTILA 2
A tabela abaixo apresenta as suas vantagens, limitações e aplicações principais.

SOLDAGEM GTAW
A Soldagem a Arco Gás-Tungstênio (Gas Tungsten Arc Welding - GTAW) ou, como
é mais conhecida no Brasil, TIG (Tungsten Inert Gas) é um processo no qual a união
é obtida pelo aquecimento dos materiais por um arco estabelecido entre um eletrodo
não consumível de tungstênio e a peça. A proteção do eletrodo e da zona da solda é
feita por um gás inerte, normalmente o argônio, ou mistura de gases inertes (Ar e
He). Metal de adição pode ser utilizado ou não. A figura mostra esquematicamente o
processo.

A soldagem GTAW pode ser usada na forma manual ou mecanizada e é
considerada como um dos processos de soldagem a arco que permite um melhor
controle das condições operacionais.
Permite a execução de soldas de alta qualidade e excelente acabamento,
particularmente em juntas de pequena espessura (inferior a 10 mm e mais
comumente entre 0,2 e 3 mm). Seções de maior espessura podem ser soldadas,
mas, neste caso, considerações econômicas tendem a favorecer processos com
eletrodo consumível. A soldagem GTAW é mais utilizada para aços ligados, aços
inoxidáveis e ligas não ferrosas. Um uso comum, para aços estruturais, é a
execução de passes de raiz na soldagem de tubulações, com os outros passes
sendo realizados com outro processo (SMAW ou GMAW). A tabela 3 apresenta as
vantagens, limitações e aplicações principais da soldagem GTAW.
O seu equipamento básico consiste de uma fonte de energia (CC e/ou CA), tocha
com eletrodo de tungstênio, fonte de gás de proteção (Ar ou He) e um sistema para

APOSTILA 2
a abertura do arco (geralmente um ignitor de alta frequência). Este ignitor ioniza o
meio gasoso, dispensando a necessidade de tocar o eletrodo na peça para a
abertura do arco (o que pode causar a mútua contaminação do eletrodo e do metal
base). O equipamento para GTAW é mais caro e complicado do que o usado na
soldagem com eletrodos revestidos (SMAW).
A fonte de energia é similar à utilizada em SMAW, mas, devido às características do
processo GTAW, deve apresentar uma melhor precisão no ajuste da corrente e
permitir a soldagem com menores níveis de corrente (até cerca de 5A). O processo é
mais utilizado com corrente contínua e o eletrodo de W no pólo negativo (CC-). Esta
configuração garante uma fusão mais eficiente do metal base e um menor
aquecimento do eletrodo. Contudo, na soldagem de ligas de alumínio e de
magnésio, que são recobertos por uma camada de óxido de elevado ponto de fusão,
é importante que o metal base esteja ligado ao pólo negativo da máquina, pois,
nesta polaridade, a emissão de elétrons da peça para o arco permite a quebra e
remoção da camada de óxido. Para garantir este efeito sem aquecer
excessivamente o eletrodo, é comum se trabalhar com CA na soldagem desses
materiais. Neste caso, como o arco tende a se apagar a cada inversão de polaridade
de corrente, o ignitor de alta frequência deve operar continuamente para manter o
arco aceso.

Equipamentos modernos de soldagem GTAW apresentam recursos como o uso de
corrente contínua pulsada e de corrente alternada com onda retangular (não
senoidal). Na primeira técnica, a cada pulso de corrente, a poça de fusão cresce
para as suas dimensões esperadas e se contrai ao final do pulso. Este efeito permite
um melhor controle da poça de fusão na soldagem de peças de pequena espessura
ou fora da posição plana. A segunda técnica é usada na soldagem de ligas de Al ou
de Mg e dispensa a necessidade de se manter o ignitor de alta freqüência operando
continuamente para manter o arco funcionando a cada inversão de polaridade.
Os eletrodos são varetas de W sintetizado puro ou com adições de óxido de Th, Zr
ou de outros metais. A faixa de corrente utilizável para um eletrodo depende de seu
tipo e diâmetro e, também, do tipo e polaridade da corrente de soldagem.
Eletrodos “toriados”, isto é, com adições de óxido de tório, podem conduzir uma
maior corrente sem fundir parcialmente a sua ponta como ocorre com os de W puro

APOSTILA 2
e tendem a apresentar um menor desgaste do que estes. A extremidade desses
eletrodos pode ser apontada com um esmeril, ocasionando um arco mais estável e
rígido quando se trabalha com menores densidades de corrente. A extremidade de
eletrodos de W puro tende a se fundir se tornando hemisférica, não sendo estes, em
geral, apontados. Os eletrodos de tungstênio puro são usados principalmente na
soldagem de alumínio com corrente alternada. A forma da ponta do eletrodo, assim
como o seu diâmetro, influencia o formato do cordão de solda, sendo, portanto, uma
variável do processo, particularmente importante na soldagem mecanizada ou
automática.
Faixas de corrente e bocais para a soldagem GTAW.

SOLDAGEM GMAW (MIG/MAG)
A Soldagem a Arco Gás-Metal (Gas Metal Arc Welding - GMAW) é um processo de
soldagem a arco que produz a união dos metais pelo seu aquecimento com um arco
elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico contínuo (e consumível) e a peça.

A proteção do arco e poça de fusão é obtida por um gás ou mistura de gases. Se
este gás é inerte (Ar/He), o processo é também chamado MIG (Metal Inert Gas). Por
outro lado, se o gás for ativo (CO2 ou misturas Ar/O2/CO2), o processo é chamado
MAG (Metal Active Gas). Gases inertes puros são, em geral, usados na soldagem de
metais e ligas não ferrosas, misturas de gases inertes com pequenas quantidades
de gases ativos são usadas, em geral, com aços ligados, enquanto que misturas
mais ricas em gases ativos ou CO2 puro são usados na soldagem de aços carbono.
O processo é normalmente operado de forma semi-automática, podendo ser,
também, mecanizado ou automatizado. É o processo de soldagem a arco mais
usado com robôs industriais. Como trabalha com um (ou mais) arame(s) contínuo(s),
o que permite um alto fator de ocupação, com elevadas densidades de corrente no
eletrodo (elevada taxa de deposição) e, assim, tende a apresentar uma elevada
produtividade. Estes aspectos têm levado a uma utilização crescente deste processo

APOSTILA 2
(e da soldagem com arames tubulares) em países desenvolvidos, onde o
decréscimo do número de soldadores e a necessidade de maior produtividade
causaram a substituição da soldagem com eletrodos revestidos em várias
aplicações.
O equipamento básico para a soldagem GMAW consiste de fonte de energia, tocha
de soldagem, fonte de gás e alimentador de arame (figura 12). A fonte de energia
tem, em geral, uma saída de tensão constante, regulável entre 15 e 50V, que é
usada em conjunto com um alimentador de arame de velocidade regulável entre
cerca de 1 e 20 m/min. Este sistema ajusta automaticamente o comprimento do arco
através de variações da corrente, sendo mais simples do que sistemas alternativos.
Na soldagem GMAW, utiliza-se, em praticamente todas as aplicações, corrente
contínua com o eletrodo ligado ao pólo positivo (CC+). Recentemente, o processo
tem sido utilizado com corrente alternada (CA) para a soldagem de juntas de
pequena espessura de alumínio.
A tocha possui um contato elétrico deslizante (bico de contato), que transmite a
corrente elétrica ao arame, orifícios para passagem de gás de proteção, bocal para
dirigir o fluxo de gás e interruptor para acionamento do processo. O alimentador de
arame é composto basicamente de um motor, sistema de controle da velocidade do
motor e rolos para impulsão do arame.

Neste processo de soldagem, mais do que em qualquer outro, a forma como o metal
de adição se transfere do eletrodo para a poça de fusão pode ser controlada e
determina várias de suas características operacionais. A transferência de metal
através do arco se dá, basicamente, por três mecanismos: aerossol (spray), globular
e curto-circuito, dependendo de parâmetros operacionais, tais como o nível de
corrente, sua polaridade, diâmetro e composição do eletrodo e a composição do gás
de proteção. Uma quarta forma de transferência (pulsada) é possível com
equipamento especial.
Na transferência por spray, o metal se transfere como finas gotas sob a ação de
forças eletromagnéticas do arco e independentemente da ação da gravidade. Esta
forma de transferência ocorre na soldagem com misturas de proteção ricas em
argônio e com valores elevados de corrente. Ela é muito estável e livre de respingos.
Infelizmente, a necessidade de correntes elevadas torna difícil, ou impossível, a sua
aplicação na soldagem fora da posição plana (a poça de fusão tende a ser muito
grande e de difícil controle) ou de peças de pequena espessura (excesso de
penetração).
Na transferência globular, o metal de adição se destaca do eletrodo basicamente por
ação de seu peso (gravidade), sendo, portanto, similar a uma torneira gotejando. É
típica da soldagem com proteção de CO2 para tensões mais elevadas e uma ampla
faixa de correntes. Na soldagem com misturas ricas em Ar, a transferência globular
ocorre com corrente baixa e tensão elevada. Com esta forma de transferência, um

APOSTILA 2
elevado nível de respingos e grande flutuação da corrente e tensão de soldagem
são comuns e a operação está restrita à posição plana.
Na transferência por curto circuito, o eletrodo toca a poça de fusão periodicamente
(de 20 a 200 vezes por segundo), ocorrendo a transferência de metal de adição
durante estes curtos por ação da tensão superficial e das forças eletromagnéticas. É
a forma de transferência mais usada na soldagem de aços (particularmente com
proteção de CO2) fora da posição plana e de peças de pequena espessura (até 6
mm) devido às pequenas correntes de operação e à sua independência da ação da
gravidade. Elevado nível de respingos e uma tendência à falta de fusão da junta
(principalmente para juntas de grande espessura) são problemas típicos desta forma
de operação.
A transferência pulsada é conseguida com fontes especiais que impõem uma forma
especial à corrente de soldagem, caracterizada por pulsos periódicos de alta
corrente. Esta pulsação permite uma transferência spray com valores médios de
corrente inferiores aos valores nos quais esta forma de transferência ocorre
normalmente. Assim, obtêm-se as vantagens desta transferência com baixos valores
de corrente o que permite a sua aplicação na soldagem de juntas de pequena
espessura e, também, fora da posição plana. As maiores limitações desta forma de
operação são a sua maior complexidade de operação e a necessidade de
equipamentos especiais (de maior custo e mais complexos).

ARAMES TUBULARES
O processo de soldagem com arames tubulares (Flux Cored Arc welding) é
fundamentalmente um processo de soldagem GMAW ( Gás Metal Welding), pois é
baseado nos mesmos princípios e utiliza basicamente os mesmos equipamentos. As
principais diferenças entre ambos os processos estão relacionadas a versatilidade ,
produtividade e integridade do metal depositado.

APOSTILA 2

Flux Cored
São arames empregados na soldagem utilizando
gás de proteção e são
constituídos de metal de adição com fluxo interno não metálico proporcionando uma
proteção secundaria adicionalmente ao gás de proteção.
Metal Cored
São arames empregados na soldagem onde o fluxo pode fazer e controlar e ou
ajustar o teor de oxigênio do metal de solda aumentando-o ou diminuindo-o
conforme as necessidades de cada aplicação.
Da mesma forma que nas escórias resultantes da fabricação dos aços,
algumas escórias de solda são capazes de remover certas impurezas como o
enxofre do metal fundido.
Funções dos componentes do fluxo





Estabilização do arco elétrico
Formação de escoria
Estabilizar o arco elétrico
Melhorar as propriedades mecânicas do metal depositado das aplicações, na
forma semi-automática, utilizando basicamente o mesmo equipamento do
processo GMAW.

Seção transversal de um arame tubular. Observar o fluxo interno contendo
diferentes materiais inclusive adições metálicas.

APOSTILA 2

SOLDAGEM AO ARCO SUBMERSO
A Soldagem ao Arco Submerso (Submerged Arc Welding, SAW) é um processo no
qual a coalescência dos metais é produzida pelo aquecimento destes com um arco
estabelecido entre um eletrodo metálico contínuo e a peça. O arco é protegido por
uma camada de material fusível granulado (fluxo) que é colocado sobre a peça
enquanto o eletrodo, na forma de arame, é alimentado continuamente. O fluxo na
região próxima ao arco é fundido, protegendo o arco e a poça de fusão e formando,
posteriormente, uma camada sólida de escória sobre o cordão. Este material pode
também ajudar a estabilizar o arco e desempenhar uma função purificadora sobre o
metal fundido. Como o arco ocorre sob a camada de fluxo, ele não é visível, daí o
nome do processo.

Este processo é muito usado na soldagem de estruturas de aço, na fabricação de
tubulações e na deposição de camadas de revestimento tanto na fabricação como
na recuperação de peças desgastadas. Trabalha frequentemente com correntes de
soldagem elevadas, que podem ser superiores a 1000A, o que pode levar a taxas de
deposição de até 45kg/h. Sua maior utilização é na forma mecanizada ou
automática, existindo equipamentos para soldagem semi-automática.
Devido à camada de fluxo e às elevadas correntes de soldagem, este processo tem
de ser utilizado na posição plana ou horizontal (para soldas de filete), o que torna
importante o seu uso conjunto com dispositivos para o deslocamento e
posicionamento das peças.
O equipamento necessário consiste normalmente de fonte de energia do tipo tensão
constante alimentador de arame e sistema de controle, tocha de soldagem, porta
fluxo e sistema de deslocamento da tocha.

APOSTILA 2

Vantagens, limitações e aplicações principais do processo SAW.

SOLDAGEM A PLASMA
A soldagem a plasma (PAW - Plasma Arc Welding) é um processo que utiliza o arco
operando em condições especiais que atua como uma fonte extremamente estável
de calor que permite a soldagem da maioria dos metais com espessuras de 0,02 a 6
mm. Esta fonte especial de calor garante maior concentração de energia, maior
estabilidade e maior capacidade de penetração do que os processos GTAW, SMAW
e GMAW. Esse processo é baseado no processo GTAW, apresentando, como
diferença fundamental, a utilização de um bocal extra (bocal constritor) que causa a
concentração (constrição) do arco elétrico. A figura abaixo ilustra o princípio de
operação do processo PAW.

APOSTILA 2
Um pequeno fluxo de argônio passa através bocal constritor para formar a chama de
plasma. A proteção do plasma e da poça de fusão é feita por um gás (normalmente
argônio ou hélio) fornecido pelo bocal externo. O arco de soldagem é iniciado com o
auxílio de um arco piloto de baixa corrente mantido entre o eletrodo e o bocal.
Quando a peça é parte do circuito elétrico de soldagem, o processo é denominado
de plasma “transferido”; quando a peça não faz parte do circuito elétrico (o arco é
mantido entre o eletrodo e o bocal) tem-se plasma “não transferido”. Este último
permite pode ser aplicado em materiais não condutores de eletricidade. No processo
PAW, metal de adição, quando utilizado, é fornecido de forma similar ao processo
GTAW.
Duas formas de operação são usadas na soldagem PAW, a operação convencional
(“melt-in”) e a operação em “keyhole”. A operação convencional é normalmente
usada na soldagem de juntas de pequena espessura (0,02 a 3mm) com correntes,
em geral, inferiores a 100A. Para a soldagem das menores espessuras, com
correntes de cerca de 1A, o processo é comumente denominado de soldagem
“Microplasma”.
A operação em keyhole é caracterizada pela formação de um furo que atravessa a
poça de fusão o metal líquido escoa em torno deste furo e solidifica na parte
posterior da poça de fusão. Soldas obtidas com esta forma de operação têm
penetração total na espessura da junta e apresentam uma elevada relação
penetração/largura o que reduz problemas de distorção. Esta forma de operação
permite soldar, em um único passe, juntas de até 10 mm, ou mesmo mais.
A soldagem a plasma é aplicável à maioria dos metais e a muitos materiais não
metálicos. Entretanto, seu custo relativamente elevado e a maior complexidade do
processo (em comparação com GTAW) limitam o seu uso principalmente para
aplicações críticas em indústrias de alta tecnologia (indústria aeronáutica e
aeroespacial, por exemplo) para as quais a utilização do processo é justificável. Por
outro lado equipamentos de plasma desenvolvidos para o corte de materiais estão
se tornando cada vez mais usados industrialmente.
SOLDAGEM DE PINOS
Pinos metálicos, ou componentes similares podem ser soldados a uma peça
metálica de diversas maneiras, incluindo por arco elétrico, resistência, fricção e
percussão (descarga de capacitores).
O presente item apresenta o processo de soldagem a arco de pinos (Stud Welding,
SW) que trabalha com equipamentos desenvolvidos especificamente para este tipo
de aplicação. Assim, na soldagem de pinos, este é unido a uma peça pelo seu
aquecimento e da peça por um arco estabelecido entre ambos. Quando as
superfícies a serem unidas estão adequadamente aquecidas, elas são colocadas em
contato com uma leve pressão. Bocais cerâmicos são comumente usados entre o
pino e a peça para concentrar o calor do arco e limitar a entrada de ar na região
aquecida.
O processo é muito rápido, apresentando tempo de operação inferior a um segundo,
e simples, utilizando, em geral, pistolas semi-automáticas.


Página 45

APOSTILA 2

Este processo é muito usado em construção metálica, com os pinos ajudando a
prender conectores em geral, tubulações, caixas de interruptores, etc. à estrutura
metálica. Podem ser também usados como pontos de ancoramento de outros
materiais (madeira ou concreto, por exemplo) ao aço. Em maquinário, servem para a
fixação de tampas.

SOLDAGEM POR ELETROESCÓRIA
A soldagem por eletroescória (Eletroslag Welding, ESW) é um processo de
soldagem por fusão que utiliza a passagem de uma corrente elétrica através de uma
escória condutora fundida para gerar o calor necessário à fusão localizada da junta e
do metal de adição. Esta escória também protege a poça de fusão e o metal de
adição da contaminação pelo ambiente. O processo é usado primariamente para a
união de duas ou mais peças (em geral, de grande espessura) em um único passe
com a soldagem sendo feita na posição vertical ascendente. O metal e a escória
fundidos são mantidos em posição com o auxílio de sapatas, em geral de cobre e
refrigeradas a água.

Existem duas variações básicas do processo: o método tradicional que utiliza um
tubo guia não consumível e o segundo método no qual o tubo guia é consumido
juntamente com o arame. No primeiro caso, o cabeçote move-se progressivamente
durante o processo, mantendo uma distância constante à poça de fusão. Na
soldagem ESW com guia consumível, o cabeçote permanece estacionário no alto da

APOSTILA 2
junta. Assim, o tubo guia feito de um material compatível com o metal de adição, é
progressivamente fundido com o arame a medida que a solda é depositada. Essa
configuração é mais simples dispensando o uso de dispositivos para a
movimentação do cabeçote. Para juntas de grande espessura, é comum a utilização,
para ambos os processos, de sistemas de múltiplos arames podem ser usados e, no
caso da soldagem ESW com guia não consumível, os eletrodos podem sofrer um
movimento de oscilação ao longo da junta para garantir uma distribuição mais
uniforme de temperaturas na junta. Taxas de deposição de até 13kg/h por eletrodo
podem ser conseguidas com este processo.
A soldagem ESW é usada na fabricação de peças pesadas, principalmente de aço
estrutural. O processo é usado tipicamente em juntas de 13 a 500 mm de espessura,
competindo de forma favorável com processos de soldagem a arco quanto maior for
a espessura da junta. Entretanto, como a velocidade de soldagem deste processo
tende a ser muito baixa (cerca de 0,5 mm/s), a solda e regiões do metal de base
adjacentes são aquecidas a temperaturas muito elevadas por períodos de tempos
relativamente longos e resfriadas lentamente. Assim, a solda e o metal de base
adjacente tendem a apresentar uma estrutura de granulação grosseira e de
tenacidade baixa, exigindo, para algumas aplicações, um tratamento térmico de
normalização após a soldagem, para o refino da estrutura. Uma vez iniciado, o
processo não deve ser interrompido até o término da soldagem, pois o reinício deste
processo sobre uma solda interrompida é difícil e resulta, em geral, em grandes
descontinuidades na solda.
Soldagem Oxi-Gás
A soldagem oxi-gás (Oxifuel Welding, OFW) compreende um grupo de processos de
soldagem que utilizam o calor produzido por uma chama de combustível gasoso e
oxigênio para fundir o metal de base e, se usado, o metal de adição. O processo é
usado principalmente na forma manual, mas existem aplicações mecanizadas,
particularmente quando o processo é utilizado com a aplicação de pressão, sendo,
neste caso, denominado de soldagem a gás por pressão (Pressure Gás Welding,
PGW).
Diferentes gases combustíveis podem utilizados, mas o mais comum para a
soldagem dos aços e de outras ligas metálicas é o acetileno (C2H2). Durante a
operação, a chama resultante da mistura gás-oxigênio na ponta do maçarico é
usada para a fusão localizada do metal de base e a formação da poça de fusão. O
soldador movimenta a tocha ao longo da junta para conseguir a sua fusão uniforme
e progressiva, adicionando, se for o caso, metal de adição processo.

APOSTILA 2
Este processo é mais usado na soldagem de chapas finas (em geral, com uma
espessura inferior a 6mm) e de tubos de pequeno diâmetro e na soldagem de
reparo, podendo ser usado para aços, em particular aços carbono, e para ligas não
ferrosas. Dependendo do material a ser soldado, é preciso usar um fluxo para
garantir a escorificação de impurezas. A qualidade da solda tende a ser inferior à da
soldagem a arco devido à menor eficiência da proteção.
O equipamento básico para soldagem manual consiste de fontes de oxigênio e gás
combustível, reguladores de vazão, mangueiras e do maçarico. O oxigênio é, em
geral, fornecido em cilindros de gás comprimido (200atm). Em locais onde este gás
é muito utilizado, ele pode ser fornecido a partir de instalações centralizadas. O
acetileno é fornecido em geral dissolvido em acetona dentro de cilindros próprios.
Geradores de acetileno, onde este é produzido pela reação de carbureto de cálcio e
água também podem ser usados. Os maçaricos são dispositivos que recebem o
oxigênio e o gás combustível, fazem a sua mistura na proporção correta e liberam
esta mistura, no seu bico, com uma velocidade adequada para a sua queima. O
equipamento para soldagem OFW é muito versátil, podendo ser utilizado, através de
mudanças de regulagem ou troca de bicos do maçarico, para corte a oxigênio,
tratamento térmico de pequenas peças e para brasagem.
Principais características e aplicações deste processo são:







Equipamento portátil e muito versátil,
Baixo custo,
Baixa intensidade do calor transferido à peça implica em baixa velocidade de
soldagem,
Necessita de fluxo para a soldagem de alguns metais,
Usado em manutenção e reparo,
Usado na soldagem de peças finas, tubos de pequeno diâmetro.

SOLDAGEM COM FEIXE DE ELÉTRONS
A soldagem com feixe de elétrons (Electron Beam Welding, EBW) é um processo de
união baseado na fusão localizada da junta através de seu bombardeamento por um
feixe de elétrons de alta velocidade. O feixe de elétrons é emitido por um canhão
eletrônico e focalizado, através de lentes eletromagnéticas, em uma região muito
pequena da junta (diâmetro da ordem de 10-1 mm) o que permite uma elevada
concentração de energia. Durante o bombardeamento, parte da energia cinética dos
elétrons é convertida em calor, fundindo e vaporizando parte do material da junta e
criando um furo (keyhole) através do material. Quando este furo é movido ao longo
da junta, o material líquido flui em torno do mesmo e se solidifica na parte posterior
da poça formando a solda. Esta forma de operação permite obter cordões de solda
com uma elevada razão penetração/largura (de até 30:1) e com velocidades de até
200 mm/s. A baixa energia de soldagem resultante minimiza problemas de distorção
e contração da junta e permite trabalhar com peças já usinadas. Permite também
soldar mais facilmente metais dissimilares de condutividade térmica diferente desde
que estes tenham compatibilidade metalúrgica. O feixe de elétrons pode atravessar
uma junta de menor espessura, soldando-a e, ainda, atingir uma outra junta abaixo
da primeira, permitindo, assim, a soldagem de juntas não acessíveis por outros
processos. Com um feixe menos focalizado pode-se obter menor concentração de
energia e operar o processo de forma similar à soldagem a arco.

Página 48

APOSTILA 2
A soldagem EBW é geralmente feita em alto vácuo (0,13 a 133 MPA), embora
existam variações do processo, que trabalham com menores penetrações, que
podem operar com um vácuo médio (0,13 a 3000Pa) ou à pressão ambiente. Um
equipamento típico para a soldagem EBW inclui a câmara de vácuo, uma fonte de
energia e canhão eletrônico (operando tipicamente com 30 a 175kV e 50 a 1000mA),
dispositivos de focalização do feixe, um sistema para observação ou rastreamento
do feixe e um sistema para manipulação da peça e/ou do canhão eletrônico.
O equipamento de soldagem EBW é relativamente caro (pode custar mais de US$
1.000.000) e complexo. O processo é extremamente rápido e pode soldar, em um
único passe, peças de grande espessura (aço, até 100 mm e alumínio, até 150 mm).
Por outro lado, a necessidade de um alto vácuo, reduz a produtividade do processo.
Este problema pode ser reduzido pelo uso de câmara auxiliares para o
estabelecimento de um pré-vácuo nas peças antes de sua soldagem ou pelo uso de
equipamentos que trabalham com menor vácuo. A desaceleração de elétrons na
peça gera radiação penetrante (raios X) o que implica em cuidados especiais para a
proteção de pessoal. O cordão estreito e de elevada penetração exige um ajuste
perfeito dos componentes sendo soldados (abertura de junta inferior a 0,13mm) o
que necessária a usinagem cuidadosa dos componentes. A soldagem é
basicamente limitada a juntas de topo e sobrepostas.
SOLDAGEM A LASER
A soldagem a laser (Laser Beam Welding, LBW) é um processo de união baseado
na fusão localizada da junta através de seu bombardeamento por um feixe de luz
concentrada coerente e monocromática de alta intensidade. De forma similar à
soldagem EBW, este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar
parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um
furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base.

Para a produção do laser podem ser usadas fontes contínuas a dióxido de carbono,
capazes de produzir laser de infravermelho e densidades de energia em torno de
1X1010W/m2, ou fontes pulsadas de YAG (Ytrium aluminum garnet) no estado
sólido. As primeiras são usadas para a soldagem laser de elevada penetração,
enquanto que os lasers de estado sólido são mais usados para a soldagem de ponto
e de costura em juntas de pequena espessura, soldagem em microeletrônica e em
outras aplicações que exijam um controle preciso da quantidade de energia
fornecida à peça. Em comparação com a soldagem EBW, a soldagem a laser
apresenta as seguintes características favoráveis:

APOSTILA 2






Laser pode ser transmitido no ar, não necessitando de um vácuo sobre a
peça. Contudo, o uso de uma proteção gasosa é recomendável,
particularmente para materiais reativos.
Não ocorre a geração de raios X com laser.
Feixe de laser pode ser facilmente direcionado e focalizado o que facilita a
automação do processo.
Devido à menor intensidade do feixe de laser, a poça de fusão deste
processo é menos sensível que a da soldagem EBW a problemas de
instabilidade (porosidade na raiz, fusão incompleta, respingos sob o cordão,
etc.).

De forma similar à soldagem EBW, a soldagem a laser é um processo de alta
velocidade, ideal para aplicações automatizadas, mas exigindo um perfeito ajuste
das peças.
O custo do equipamento de soldagem tende a ser elevado, em torno de US$
500.000, fazendo com que o processo seja tipicamente usado apenas em aplicações
com um grande volume de soldas ou em aplicações críticas que necessitem de
características especiais do cordão ou uma grande reprodutibilidade. O processo é
mais utilizado na soldagem de peças de menor espessura com uma elevada
velocidade de deslocamento. Por exemplo, um laser de CO2 de 5kW de potência
pode soldar chapas de 2,5mm de aço carbono ou inoxidável com velocidades acima
de 65mm/s.
A soldagem LBW tem substituído, em alguns casos, a soldagem de resistência por
pontos na fabricação da carroceria de veículos. A eficiência do equipamento LBW é
baixa, de 8 a 15%, necessitando de grandes unidades de refrigeração para
aplicações de alta potência.
Embora o equipamento seja muito sofisticado, ele é projetado para ser usado por
operadores, não necessitando de soldadores altamente treinados. Vários
equipamentos LBW podem, com pequenas modificações, ser usados para
operações de corte ou de tratamento térmico superficial.
PROCESSOS HÍBRIDOS DE SOLDAGEM
A combinação de mais de um processo de soldagem (em geral, um processo a arco
e algum outro) permite a obtenção de um nosso processo que pode apresentar
vantagens sobre cada um dos processos iniciais. Os processos híbridos mais
conhecidos são os que envolvem o uso conjunto da soldagem GMAW e a soldagem
laser ou a plasma. O uso em conjunto dos processos afeta o funcionamento de cada
um (por exemplo, a interação do laser com o material gera um plasma que pode
estabilizar o arco e a poça de fusão gerada pelo arco facilita a penetração do laser
no material) e o formato final do cordão de solda.

APOSTILA 2
Nos processos híbridos as fontes de calor atuam sobre a mesma poça de fusão ao
contrário de outra opção muito comum, que seria a combinação de processos, na
qual cada processo cria a sua própria poça de fusão e atua de forma separada.

PROCESSOS DE SOLDAGEM POR DEFORMAÇÃO

SOLDAGEM POR RESISTÊNCIA
A soldagem por resistência (Resistance Welding, RW) compreende um grupo de
processos de soldagem nos quais o calor necessário à formação da junta soldada é
obtido pela resistência à passagem da corrente elétrica através das peças sendo
soldadas. O aquecimento da região da junta pela passagem da corrente elétrica
abaixa a resistência mecânica do material permitindo, através da aplicação de
pressão, a deformação localizada e, assim, a soldagem por deformação da junta.
Em alguns casos, ocorre uma fusão localizada na região da junta. Assim, neste
processo de soldagem pode ocorrer a formação da solda tanto por fusão como por
deformação.
Contudo, por razões puramente didáticas, a soldagem RW será considerada como
um processo de soldagem por deformação.
Existem quatro processos principais de soldagem por resistência: (a) soldagem por
ponto (Resistance Spot Welding, RSW), (b) soldagem de projeção (Resistance
Projection Welding, RPW), (c) soldagem por costura (Resistance Seam Welding,
RSEW) e (d) soldagem de topo por resistência (Upset Welding, UW).

Na soldagem por ponto, dois eletrodos cilíndricos aplicam pressão e permitem a
passagem de uma alta corrente elétrica em um ponto concentrado de uma junta
sobreposta. Em condições adequadas de soldagem, o aquecimento por efeito Joule
da região entre os eletrodos permite a fusão localizada da região de contato entre as
peças. A pressão aplicada pelos eletrodos no metal de base, causa a deformação
plástica do material sólido em torno da “lente” de material fundido, o que impede, em
condições adequadas de soldagem, o vazamento (“expulsão”) deste material fundido
e, ainda, o protege do contato com o ar atmosférico. Com a interrupção da corrente,

APOSTILA 2
a temperatura cai rapidamente com difusão do calor para eletrodos (em geral,
refrigerados a água) e para o restante do metal de base, formando-se, assim, um
ponto de solda. A formação de um ponto de solda é muito rápida, por exemplo, na
soldagem de duas chapas de 1,6mm de espessura com uma corrente de cerca de
12.000A necessita-se de um tempo de aproximadamente 0,25s. O processo é mais
usado na união de peças com espessura inferior a 3 mm, em juntas sobrepostas
quando a estanqueidade da junta não é muito importante. Encontra larga aplicação,
por exemplo, na fabricação de carrocerias de veículos.
O processo de soldagem por costura é muito similar à soldagem RSW, as principais
diferenças sendo a utilização de eletrodos na forma de disco, que podem se
deslocar ao longo da junta com uma dada velocidade, e a aplicação de uma
sequência de pulsos de corrente enquanto os eletrodos se movem. Desta forma
obtêm-se uma sequência de pulsos que se sobrepõem e formam a solda de costura.
Este processo permite, assim, a soldagem rápida de chapas finas, podendo as
soldas obtidas ser, diferentemente daquelas obtidas com RSW, estanques.
Velocidades típicas de soldagem são 25 mm/s para chapas de aço de 1,6mm e 17
mm/s para chapas de 3 mm.
A soldagem por projeção é, também, muito similar à soldagem RSW. A maior
diferença reside na conformação, ou usinagem, em uma das peças, de projeções
por onde a corrente passará preferencialmente e, portanto, onde o ponto de solda
será formado. Como conseqüência, eletrodos grandes e planos podem ser usados e
mais de um ponto de solda pode ser formado de cada vez. Pinos, parafusos e outros
tipos de apêndices podem ser facilmente soldados a chapas finas por este processo.

Os processos descritos acima são usados na forma semi-automática (na qual o
operador posiciona as peças entre os eletrodos do cabeçote de soldagem, que pode
ser estacionário ou portátil, aperta o gatilho que inicia a sequência de soldagem e,
depois, libera a peça do cabeçote de soldagem) ou automática (na qual todas as
operações são controladas pelo equipamento). Na soldagem por pontos em
particular, observa-se o uso crescente de robôs industriais para a sua automação.
Na soldagem de topo por resistência (UW), ao contrário dos processos anteriores,
trabalha-se com juntas de topo, sendo esta comumente usada para a união de
arames, tubos, anéis e tiras de mesma seção transversal.
Neste processo as duas peças são colocadas em contato e pressionadas uma
contra a outra. A seguir, a corrente de soldagem é ligada, passando das garras para
as peças e através destas. A região de contato entre as peças, onde a resistência
elétrica é maior, é aquecido por efeito Joule, o que causa uma redução de sua
resistência mecânica. Como resultado, esta região passa a ser deformada
plasticamente por ação da força de compressão aplicada inicialmente, a qual pode

APOSTILA 2
ser aumentada quando a junta estiver adequadamente aquecida. A deformação
plástica leva à formação da solda e de uma rebarba lateral entre as peças para onde
as impurezas da região da junta tendem a migrar. Ao final do processo, a corrente é
desligada, permitindo o resfriamento da solda. Em alguns casos, é possível aplicar,
ainda, um tratamento térmico após a soldagem pela passagem de uma corrente
menor que a usada na soldagem.
Um contato uniforme entre as peças na região a ser soldada é fundamental para
garantir uma união isenta de descontinuidades com o processo UW. Assim, este
processo não é adequado para a união peças com uma grande seção de contato ou
com um formato complicado. Para estes casos, o processo de soldagem por
centelhamento (FW) tem um melhor desempenho.
SOLDAGEM POR CENTELHAMENTO
A soldagem por centelhamento (Flash Welding, FW) é muitas vezes classificado
como um processo por resistência pois apresenta diversas características e
aplicações similares à soldagem de topo por resistência (UW). Na soldagem FW, as
peças a serem soldadas são aproximadas sem, contudo, as suas superfícies
entrarem em contato. A energia elétrica é ligada e, então, as peças são colocadas
em movimento relativo de forma a se aproximarem com uma velocidade constante.
Este movimento causa o contato elétrico das superfícies a serem soldadas das
peças, inicialmente em poucos pontos onde ocorre a formação de um arco elétrico
(centelhamento). Por ação do centelhamento, ocorre a vaporização dos pontos em
contato, permitindo, desta forma, que novos pontos entrem em contato e o
centelhamento se espalhe por toda a superfície da junta. Após certo tempo de
centelhamento, quando todas as superfícies a serem unidas estiverem
suficientemente aquecidas, a corrente de soldagem é desligada e as peças são
fortemente pressionadas uma contra a outra, sofrendo considerável deformação
plástica nas superfícies da junta o que leva à formação da solda.
A soldagem por centelhamento tem aplicações similares ao processo UW, contudo,
como a ação de centelhamento permite um aquecimento mais uniforme da junta,
mesmo com condições piores de preparação superficial, o processo FW pode ser
utilizado para peças de maior espessura e de formato mais complicado. O processo
é muito usado na fabricação de tubulações e de rodas de carros e caminhões e na
união de trilhos. Por outro lado, o processo é mais complexo e o seu equipamento
tende a ser mais caro e complicado.

APOSTILA 2
SOLDAGEM POR ALTA FREQUÊNCIA
Na soldagem por alta frequência (High Frequency Induction Welding, HFIW), são
utilizadas bobinas por onde passa uma corrente de alta frequência que causa o
aparecimento de correntes induzidas na região da junta das peças que estão sendo
soldadas. Estas correntes aquecem a junta por efeito 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 soldagem RW, sendo
considerado, por diversos autores, como um processo de soldagem por resistência.
O processo é bastante usado na fabricação (soldagem longitudinal) de tubos e perfis
de aço de parede de pequena espessura (de cerca de 0,13 mm) podendo ser usado,
também, para tubos de grande espessura de parede (até 25 mm), com uma grande
velocidade de soldagem (até cerca de 300 m/min), sendo adequado para aplicações
mecanizadas ou automatizadas onde um grande volume de produção é necessário.
O aquecimento da junta tende a ser bem localizado minimizando alterações no metal
de base. O processo pode ser usado para diferentes metais e ligas, incluindo aços
carbono e de baixa liga, aços inoxidáveis e ligas de alumínio, cobre, titânio e níquel.

SOLDAGEM POR FRICÇÃO
A soldagem de fricção (Friction Welding, FW) é um processo que 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, a peças
são pressionadas para a formação da junta.

APOSTILA 2
O processo é, em geral, usado para a soldagem de peças de simetria cilíndrica
(tubos e barras), que podem ser de metais dissimilares. O processo pode também
ser aplicado, através da rotação e pressão de uma barra contra a superfície de uma
peça, para a deposição de revestimentos especiais sobre essa peça ou a soldagem
de um pino no interior desta. Na década de 90 foi desenvolvido um processo de
soldagem por fricção ("Stir Friction Welding”) que utiliza a passagem de uma
ferramenta em rotação entre as faces da junta para realizar a união das peças. Este
processo tem sido aplicado principalmente na soldagem de ligas de alumínio.
SOLDAGEM POR DIFUSÃO
A soldagem por difusão (Diffusion Welding, DFW) é um processo de união no estado
sólido que produz a solda pela aplicação de pressão a elevada temperatura sem a
deformação macroscópica das peças. Um metal de adição pode ser colocado entre
as superfícies da junta.
A soldagem por difusão é um processo especializado de soldagem de aplicação
restrita quando se deseja: (a) evitar problemas metalúrgicos associados com a
soldagem por fusão, (b) fabricar componentes de dimensões e forma próximas das
desejadas no produto final (“net shape”), e (c) 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 uma grande exigência quanto às dimensões da peça soldada, tendo suas
aplicações sidas, até o presente, limitadas, em geral, a indústria eletrônica e
aeroespacial.

SOLDAGEM POR EXPLOSÃO
A soldagem por explosão (Explosive Welding, EXW) 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 pela 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 resultante 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 romper durante a explosão e tem
sido utilizado industrialmente para a fabricação de revestimentos, de chapas

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