PMR-2202 Introdução a Manufatura Mecânica

Processos de Junção e Corte

Prof. Dr. Gilberto F. M. de Souza Agosto de 2004

1. Introdução zProcessos de junção são empregados para unir dois ou mais componentes, de forma que estes passem a apresentar um movimento de corpo rígido.

zO termo “processo de junção” é utilizado para definir um conjunto de métodos empregados para união de duas ou mais peças, tais como os diversos tipos de soldagem, rebitagem, fixação por parafusos e com o uso de adesivos.

zEmpregam-se processos de junção tendo em vista os seguintes pontos:

yMuitos produtos são impossíveis de serem fabricados como uma peça única; yÉ economicamente viável a manufatura de um produto a partir de vários componentes unidos entre

yNecessidade de execução de atividades de manutenção; yVariação de propriedades mecânicas dos materiais que constituem os componentes de um produto dados os requisitos das tarefas a serem executadas.

zNeste texto emprega-se a classificação empregada pela AWS - American Welding

Society para definir os processos de junção, os quais são classificados em três categorias:

y Soldagem; y Adesivos; yParafusos e Rebites.

zNesta aula serão analisados com maior profundidade os processos de soldagem, apresentados nos capítulos 27, 28, 29 e 30 do livro texto.

zRecomenda-se a leitura das seções associadas com o projeto e execução das uniões por adesivos e com o uso parafusos, apresentadas no Capítulo 30.

2. Soldagem zDefinição: “técnica empregada para a união de dois ou mais componentes de um sistema mecânico ou estrutural, conservando a continuidade física do material e portanto suas propriedades físicas e químicas.” zAplicações: componentes mecânicos, estruturas navais e oceânicas, tubulações, vasos de pressão, chassis e carrocerias de automóveis entre outros.

Trinca Roda AutomotivaVaso de Pressão Embarcado z Histórico:

yentre 3000 e 4000 AC - união cobre-ouro e chumboestanho; yapós a descoberta da energia elétrica tem-se o impluso para o desenvolvimento da soldagem:

1885 Eletrodo de carvão - Bernardos

1886 Soldagem por resistência elétrica - Thomson

1892 Soldagem de chapas de aço com eletrodo

metálico - Slavianoff

1905 Soldagem com eletrodo revestido - Kjellberg

zImportância da soldagem como processo de junção:

yprojetos de uniões simplificadas; yredução do peso da estrutura soldada em relação ao peso de estruturas rebitadas e parafusadas; yobtenção de estruturas estanques; yeficiência mecânica da junta.

2.1. Classificação dos Processos de Soldagem zClassificação segundo o processo físico: toma por base o mecanismo físico envolvido na soldagem:

ySoldagem por fusão: processo no qual as partes são fundidas por meio de energia elétrica ou química, sem aplicação de pressão; ySoldagem por pressão: processo no qual as duas partes são coalescidas e pressionadas uma contra a outra; yBrasagem: processo no qual as partes são unidas por meio de uma liga metálica de baixo ponto de fusão, não havendo fusão do metal base.

3. Soldagem a Arco Elétrico zO calor necessário para a execução da soldagem é obtido por meio de energia elétrica. O arco elétrico é formado entre o eletrodo e o metal- base, através de uma alimentação de corrente e tensão, contínua ou alternada.

zA soldagem a arco elétrico é sub-dividida em uma série de processos, descritos na sequência deste texto.

3.1. Soldagem a Arco Elétrico com Eletrodos Revestidos zO eletrodo consiste em um arame de material com propriedades mecânicas, físicas e químicas compatíveis com as do metal base a ser soldado, coberto com um revestimento fundente, e que é consumido através de um arco gerado entre sua extremidade livre e o metal que se deseja soldar. O arco representa a fonte de energia que é utilizada para promover a fusão das partes.

zO revestimento transforma-se em escória, após a fusão, recobrindo e protegendo a poça de fusão da contaminação atmosférica. As principais funções do revestimento são:

yEstabilizar o arco e promover a transferência das gotas de metal fundente de modo estável; ypromover a formação de escória e de gases para proteger a poça de fusão; yadicionar elementos de liga ao metal depositado, caso necessário.

zCapacidade do processo: relativamente simples e versátil, podendo ser empregado com uma grande variedade de tipos de eletrodos.

zO equipamento é simples, constituindo-se de uma fonte de energia, cabos, porta-eletrodos e do eletrodo propriamente dito. O custo do mesmo é da ordem de $ 150,0.

zMuito empregado na fabricação de componentes soldados em geral.

3.2. Soldagem por Arco Submerso zProcesso em que o arco elétrico gerado entre um arame de enchimento e o metal-base permanece sob uma camada de um material fundente, denominado fluxo, o qual tem a função de proteger a poça de fusão dos efeitos da atmosfera.

zComo o arco e a poça de fusão são totalmente protegidos pelo fluxo, obtém-se um metal depositado de alta qualidade, com poucos respingos.

zCapacidade do processo: tendo em vista que o fluxo é adicionado por efeito da gravidade, o processo é limitado ao uso na posição horizontal ou plana. Como os arames de enchimento normalmente apresentam grandes diâmetros, as correntes de soldagem são de elevada magnitude, o que proporciona penetração bastante profunda, associada a uma alta eficiência de deposição.

3.3. Soldagem a Arco Elétrico com Proteção Gasosa zA região do arco elétrico e da poça de fusão são protegidas da contaminação atmosférica pelo gás alimentado pela tocha de solda.

zOs gases mais utilizados para esta finalidade são o hélio, o argônio, o dióxido de carbono (CO2) ou uma mistura destes gases.

zOs processos de soldagem com proteção gasosa podem utilizar os eletrodos consumíveis e os eletrodos não-consumíveis.

zNo método que utiliza o eletrodo não consumível, o arco elétrico é gerado entre o metal-base e um eletrodo de tungstênio, e a soldagem é executada com ou sem emprego de um metal de enchimento, o qual deve ser introduzido na poça de fusão.

zO método que utiliza o eletrodo consumível, tem o arco gerado entre o próprio eletrodo e o metal-base.

Soldagem com Eletrodo Consumível Soldagem com Eletrodo Consumível

Soldagem com Eletrodo Não-Consumível Soldagem com Eletrodo Não-Consumível

zO processo MIG, que emprega gás inerte na proteção da poça de fusão, pode ser empregado na soldagem de qualquer tipo de material metálico, incluindo ligas nãoferrosas. Devido ao uso do gás inerte o custo é mais elevado.

zO processo MAG tem menor custo que o MIG, devido ao uso do CO2, sendo bastante empregado na soldagem de componentes de aço.

zPode ter alimentação automática do arame e também do movimento da tocha.

zCusto do equipamento entre $1000 e $3000.

zO processo TIG emprega gás inerte para proteção da poça de fusão, usualmente hélio ou argônio (este é empregado preferencialmente), podendo ser utilizada uma mistura destes gases.

zA soldagem com o processo TIG pode ser executada sem material de enchimento, no caso de chapas finas.

zGera uniões soldadas de elevada qualidade e com bom acabamento superficial, sendo recomendado para uniões soldadas em juntas estruturais críticas, com grande variedade de espessura.

zEmpregado na soldagem do alumínio, magnésio e titânio entre outros.

3.4. Variáveis Influentes na Soldagem a Arco Elétrico zAs variáveis mais influentes no processo de soldagem a arco elétrico são: corrente, tensão e velocidade de soldagem.

A: condições ideais de soldagem;

B: baixa magnitude de corrente;

C: alta magnitude de corrente;

D: arco muito longo; E: arco muito curto;

F: velocidade de soldagem baixa;

G: velocidade de soldagem elevada.

3.5. Nomenclatura dos Eletrodos Revestidos zOs eletrodos revestidos são designados pelo seguinte código:

Indicam o limite de resistência à tração do material do eletrodo

Indicação da posição de soldagem

Indicação do tipo de revestimento e de corrente

4. Soldagem por Eletroescória

A soldagem por eletroescória é um processo no qual o coalescimento do metal-base e do metal de enchimento é provocado pelo calor gerado pelo efeito de resistência elétrica no interior de um escória em fusão. A mistura do metal-base com o material do eletrodo vai-se depositando no fundo da junta, delimitada pelas paredes do metal base e por duas sapatas de cobre, resfriadas a água.

O processo é empregado para soldagem de seções de grandes espessuras na posição vertical. A eficiência do processo eletroescória é superior ao arco submerso, principalmente para chapas espessas, sendo muito usado na soldagem de equipamentos para a indústria química e naval.

5. Soldagem por Eletrogás

Neste processo a escória utilizada na soldagem eletroescória é substituída pela blindagem de dióxido de carbono, que tem a função de proteger o arco elétrico, que é gerado entre o arame de enchimento e a poça de fusão, bem como esta última. O gás é introduzido na região de solda por meio de orifícios apropriados existentes na sapata de cobre.

Empregado na soldagem de chapas de até 30 m de espessura, podendo a junta ser executada em um só passe.

As tolerâncias no contato das sapatas de cobre são mais brandas, pois elas não têm a função específica de vedar o banho de escória.

6. Soldagem por Resistência

A soldagem por resistência é um processo no qual as peças a serem unidas são coalescidas pelo calor gerado por efeito de resistência elétrica, quando se passa uma corrente através de um circuito elétrico do qual fazem parte as peças em referência.

As partes a serem unidas são mantidas em contato sob pressão.

O processo é bastante utilizado na soldagem de chapas finas, sendo subdividido em dois métodos: soldagem por pontos e soldagem por costura.

6.1. Soldagem por Pontos zChapas sobrepostas são mantidas em contato por

meio de dois eletrodos de cobre, e uma corrente bastante intensa percorre o circuito elétrico em um reduzido intervalo de tempo.

zPassagem de corrente provoca liberação de calor na interface das chapas.

zAs superfícies são fundidas e a pressão entre elas implica na formação do ponto de solda.

eletrodos

Ponto de solda

6.2. Soldagem por Costura zUtiliza-se um par de discos que rolam sobre as chapas.

zMediante descargas elétricas intermitentes executa-se a

costura desejada. Modificando-se a frequência da descarga elétrica (da ordem de 450 Hz), executa-se a fabricação dos denominados tubos com costura.

zObtenção de uma junta totalmente estanque.

7. Soldagem a Gás zA soldagem a gás, ou com fonte química, é um processo no qual um gás combustível é misturado ao oxigênio e, pela queima da mistura assim formada, consegue-se coalescer o metal-base e o metal de enchimento, executando-se a soldagem.

zOs gases mais empregados são acetileno, propano e hidrogênio, com nítida predominância do primeiro, sendo que, neste caso, o método é conhecido como soldagem oxiacetilênica.

zComo o método dispensa o uso da energia elétrica, este é muito empregado em trabalhos de campo, principalmente em atividades de reparo.

zAs características da chama oxiacetilênica variam com a relação da mistura oxigênio- acetileno, sendo classificada em três tipos:

carburizante ou carbonetante (excesso de acetileno), neutra (relação 1:1) e oxidante (excesso de oxigênio).

Tipos de Chama Oxiacetilênica Tipos de Chama Oxiacetilênica

zNa combustão do acetileno, supondo-se a formação de chama neutra, ocorrem as seguintes reações no cone interno e no invólucro externo:

Cone interno

Invólucro externo zAs temperaturas atingidas em uma chama neutra são inferiores àquelas atingidas na soldagem a arco elétrico, bem como a concentração da chama é menor.

zA velocidade de soldagem deve ser mais baixa, podendo causar grandes distorções nas peças soldadas.

zUtiliza-se de material de enchimento, que pode ser revestido, para fornecer proteção adicional à poça de fusão.

zOs equipamentos básicos para a soldagem oxiacetilênica constituem-se de maçarico de soldagem, garrafas de oxigênio e acetileno, mangueiras, reguladores de pressão e manômetros. O custo destes equipamentos é muito baixo em comparação com o empregado no processo do eletrodo revestido.

zCapacidade do processo: O processo é basicamente manual, sendo portátil, e economicamente atrativo para lotes de reduzido número de peças. Aplicável na soldagem de um grande número de materiais metálicos, tais como aço carbono, níquel, cobre, bronze, latão e ferro fundido. Deve-se regular o tipo de chama em função do material a ser soldado.

8. Brasagem zProcesso de soldagem no qual a união é excutada por meio de uma liga metálica, de ponto de fusão mais baixo que o do metal-base, sendo a junta preenchida por efeito capilar.

zO metal-base não se funde no processo de soldagem.

zPara que a ação capilar seja eficiente é necessário que o metal de enchimento tenha uma boa fluidez e que a folga existente na junta seja reduzida, entre 0,05 e 0,13 m.

zUtilizam-se dois tipos de metal de enchimento:

ypara brasagem propriamente dita, cuja fusão ocorre a temperaturas superiores a 450 0C, também conhecida como solda forte.

ypara a soldagem fraca ou branca, cuja fusão ocorre a temperaturas inferiores a 450 0C.

yO metal de enchimento deve apresentar propriedades mecânicas compatíveis com a do metal- base.

yAs ligas de Ag-Cu, o latão e o cobre são utilizadas na brasagem zExistem sete formas de execução da brasagem, classificadas conforme o método de aquecimento da junta:

yBrasagem a arco: emprega o calor gerado por um eletrodo de carvão ou por uma tocha TIG; yBrasagem com maçarico: utiliza o calor gerado por um maçarico; yBrasagem em forno: utiliza o calor gerado no interior de um forno; yBrasagem por indução: utiliza o calor gerado por indução a alta frequência

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