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Seu parceiro em Soldagem e Corte

INTRODUÇÃO1
O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DOS ARAMES TUBULARES OK4
TIPOS DE ARAMES TUBULARES OK9
O PROCESSO DE SOLDAGEM COM ARAMES TUBULARES OK26
MODOS DE TRANSFERÊNCIA DO METAL DE SOLDA30
APLICAÇÕES DE ROBÓTICA37
QUALIDADE DO METAL DE SOLDA43
DICAS OPERACIONAIS52
TÉCNICAS DE SOLDAGEM71
RECOMENDAÇÕES79
DEFEITOS NA SOLDAGEM – CAUSAS E SOLUÇÕES81
DADOS PRÁTICOS DE SOLDAGEM84
ESPECIFICAÇÕES ASME / AWS90
BIBLIOGRAFIA101

Elaborado, traduzido (parte) e adaptado por Cleber Fortes – Engenheiro Metalúrgico, M.Sc. Assistência Técnica Consumíveis – ESAB BR

Revisado por Welerson Araújo – Engenheiro Metalurgista, M.Sc. Desenvolvimento e Pesquisa – ESAB BR

Última revisão em 7 de maio de 2004

Introdução

Os arames tubulares OK foram desenvolvidos principalmente para atender à necessidade de as empresas manterem sua competitividade, através do aumento da produtividade e da redução de custos.

Arames tubulares com gás de proteção para a soldagem de aços carbono foram desenvolvidos no início da década de 50, e tornaramse comercialmente disponíveis em 1957. Nas décadas de 60 e 70 foi observado um substancial crescimento desse processo nos Estados Unidos, o mesmo ocorrendo no Japão na década de 80. Em 1991 a ESAB Brasil incorporou em sua fábrica uma unidade de produção de arames tubulares OK, e em 2003 foi instalada sua terceira unidade.

Esse processo foi desenvolvido para combinar as melhores características da soldagem por arco submerso e a soldagem empre- gando o dióxido de carbono (CO2) como gás de proteção. A combinação dos ingredientes do fluxo no núcleo do arame tubular aliada à proteção externa proporcionada pelo CO2 produz soldas de alta qualidade e um arco estável com um baixo nível de respingos. Inicialmen- te esses arames estavam disponíveis somente em grandes diâmetros (2,0 m a 4,0 m) e eram empregados nas posições plana e horizontal na soldagem de peças pesadas. Em 1972 foram desenvolvidos arames tubulares de pequeno diâmetro, constituídos de fluxo não metálico (flux-cored wires), para a soldagem em todas as posições, e isso aumentou sobremaneira o campo de aplicações para os arames tubulares.

Arames tubulares autoprotegidos (self-shielded wires) tornaramse disponíveis logo após a introdução dos arames tubulares com gás de proteção externa, e ambos ganharam larga aceitação para aplicações específicas na indústria.

Na soldagem com arames tubulares são empregados invólucros metálicos com um pó em seu interior em vez de arames sólidos para unir metais ferrosos. O fluxo em seu interior pode conter minerais, ferros-liga e materiais que forneçam gases de proteção, desoxidantes e materiais formadores de escória. Os ingredientes do fluxo promovem estabilidade ao arco, influenciando nas propriedades mecânicas do metal de solda, bem como no perfil da solda. Muitos arames tubulares são desenvolvidos para serem usados com uma proteção exter- na adicional. Os gases ricos em CO2 são os mais comuns. O metal de solda pode ser depositado a taxas de deposição maiores, e os cor- dões de solda podem ser mais largos e com melhor perfil do que os produzidos com arames sólidos, mesmo tendo como gás de proteção o CO2.

O processo de soldagem empregando arames tubulares

OK Tubrod® com gás de proteção externa é utilizado principalmente na soldagem de aços carbono e de baixa liga, produzindo altas taxas de deposição, alta eficiência de deposição e altos fatores operacionais. Juntas soldadas com qualidade radiográfica são facilmente produzidas e o metal de solda, tanto para aços carbono, de baixa liga ou inoxidáveis, apresenta boa ductilidade e tenacidade. Esse processo de soldagem é adequado a uma grande variedade de juntas e para todas as posições de soldagem.

Outra família de arames tubulares OK é a autoprotegida. Esses arames foram desenvolvidos para gerar gases de proteção a partir de adições no fluxo, de modo similar aos eletrodos revestidos. Arames tubulares OK autoprotegidos não exigem proteção gasosa externa e podem ser aplicados tanto com corrente contínua eletrodo positivo (C+) como com corrente contínua eletrodo negativo (C-). Arames tubulares OK autoprotegidos podem ser empregados sob ventos moderados com perturbações mínimas na atmosfera protetora em torno do arco. Também estão disponíveis arames tubulares OK Tubrodur® para placagem, recuperação de equipamentos rodantes e manutenção de equipamentos.

Adicionalmente, os arames tubulares OK mais modernos apresentam um teor de hidrogênio difusível muito baixo e uma alta resistência à reabsorção de umidade, reduzindo, com isso, os custos com ressecagem.

Os fabricantes que utilizam arame sólido cobreado necessitam de argumentos mais convincentes, já que se concentram basicamente no maior preço do arame tubular. No entanto, empregando-se programas mais avançados e modernos de cálculo dos custos da soldagem, freqüentemente prova-se que a diferença de preço do consumível é mais do que compensada pelos ganhos de produtividade, especialmente quando predomina a soldagem nas posições plana e horizontal. Outros argumentos que suportam o uso de arames tubulares OK em substituição a arames sólidos são o risco reduzido de defeitos de falta de fusão lateral, maior penetração, menos respingos e uma menor probabilidade de ocorrência de porosidade.

Capítulo 1 O processo de fabricação dos arames tubulares OK

A matéria prima empregada para a fabricação dos arames tubulares OK constitui-se de uma fita metálica enrolada na forma de uma bobina e de um pó com formulações específicas, denominado fluxo. A fita metálica é alimentada continuamente, sendo deformada por roletes, fazendo com que sua seção reta tome o formato de uma canaleta ("U") para receber a adição do fluxo através de um silo de alimentação. Após a adição do fluxo, a fita passa pelos roletes de fechamento, onde a seção reta toma o formato de um tubo, com o fluxo em seu interior (veja a Figura 1).

O material da fita não precisa reproduzir exatamente a composição requerida para o metal de solda, já que os elementos de liga podem ser adicionados ao fluxo do arame tubular conforme a conveniência. Quando o teor total de elementos de liga for alto, entretanto, restrições de espaço no tubo podem obrigar ao uso de uma fita ligada.

A fabricação de arames tubulares requer controles precisos. Como o metal de solda é uma combinação da fita metálica e dos componentes do fluxo, ambos devem ser cuidadosamente verificados quanto às dimensões e à composição química antes do início da fabricação.

Como o espaço no interior do arame tubular é limitado, a granulometria dos componentes do fluxo torna-se muito importante, de tal modo que as partículas de pó se acomodem entre si. Os ingredientes do fluxo devem ser bem misturados para evitar segregação dos componentes antes da fabricação.

Figura 1 - Processo de fabricação de arames tubulares OK

Após passar pelas etapas iniciais de adição do fluxo e fechamento do tubo, o arame tubular OK é levado até sua dimensão final por meio de um processo mecânico de redução de diâmetro, ou seja, por laminação ou por trefilação (veja a Figura 2).

Arames tubulares OK trefilados requerem lubrificação de sua superfície, porém o lubrificante residual deve ser removido através de secagem num forno. O efeito colateral da secagem é o aparecimento de uma camada de óxido de coloração escura.

Por sua vez, arames tubulares OK laminados necessitam de uma quantidade mínima de lubrificante, de modo que não há necessidade de uma secagem posterior. Esses arames podem ter um aspecto superficial escuro ou brilhante, conforme tenham ou não sido secados no forno.

Figura 2 - Processos de conformação final de arames tubulares OK

Dessa forma, os arames tubulares OK podem ter um aspecto superficial brilhante ou escuro, conforme seu processo de fabricação. É importante destacar que a qualidade do metal depositado independe do aspecto superficial do arame tubular OK.

Durante a fabricação dos arames tubulares OK é realizado um controle preciso para assegurar que não ocorrerão espaços vazios ao longo de seu núcleo. Além disso, a superfície dos arames tubulares OK é lisa e livre de contaminantes que possam causar efeitos deletérios na alimentação do arame e na passagem da corrente elétrica para o arame tubular durante a soldagem.

Os arames tubulares OK são também cuidadosamente enrolados em carretéis ou barricas para que não ocorram excentricidades ou dobras. Os carretéis são normalmente embalados em sacos plásticos com um material dessecante para absorver a umidade que porventura possa estar no interior da embalagem. Esse conjunto é então colocado em uma caixa de papelão para proteção durante o transporte e para facilitar o empilhamento.

Seções transversais dos arames tubulares OK

Fechamento de topo

Este tipo de fechamento predomina na linha de arames tubulares

OK Tubrod® para aços carbono e aços de baixa liga, com percentuais de fluxo variando entre 18% e 3%, dependendo do diâmetro do arame tubular (veja a Figura 3).

Figura 3 - Fechamento de topo

Fechamento por sobreposição

Este tipo de fechamento predomina na linha de arames tubulares

OK Tubrod® para aços inoxidáveis e OK Tubrodur® para revestimento duro, com percentuais de fluxo variando entre 30% e 50%, dependendo do diâmetro do arame tubular, sendo o fluxo constituído principalmente por agentes formadores de escória, gases e elementos de liga (veja a Figura 4).

A parede mais fina da fita de metal tem a vantagem de apresentar densidades de corrente maiores e portanto maiores taxas de deposição.

Figura 4 - Fechamento por sobreposição

Capítulo 2 Tipos de arames tubulares OK

Na soldagem com gás de proteção empregando arames tubulares com fluxo não metálico (flux-cored wires), os agentes do fluxo ou formadores de escória que constituem a parte não metálica do pó têm que desempenhar diversas funções. Tem sido difundido que o fluxo proporciona uma proteção secundária adicionalmente à do gás de proteção. Na realidade, essa assertiva foi exagerada para materiais ferríticos, como mostram os mais recentes desenvolvimentos dos arames tubulares metálicos (metal-cored wires). O que o fluxo pode fazer é controlar 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, porém com a boa qualidade dos aços modernos essa capacidade tem sido menos necessária do que no passado. Mais importantes são as características da escória, que pode moldar e suportar o metal de solda ou ajudá-lo a molhar o metal de base. Dizemos que um consumível apresenta uma boa molhabilidade quando ele é capaz de se misturar facilmente à parcela do metal de base fundido, aumentando a diluição.

Alguns componentes não metálicos do pó não são formadores de escória, contudo servem para estabilizar o arco ou para controlar as características de queima do arame. Tais ingredientes podem estar presentes mesmo nos arame tubulares metálicos. Nos arames tubulares com fluxo não metálico os componentes estabilizadores do arco devem ser selecionados de tal modo que os resíduos remanescentes não prejudiquem a formação da escória.

Funções dos componentes do fluxo

Cada fabricante de arames tubulares possui suas fórmulas próprias para os componentes do fluxo. A composição do fluxo pode ser variada para proporcionar arames tubulares para aplicações específicas.

As funções básicas dos componentes do fluxo são:

desoxidante e formador de nitretos — como o nitrogênio e o oxigênio podem causar porosidade e fragilidade, são adicionados desoxidantes como o manganês e o silício. No caso de arames tubulares OK autoprotegidos, são adicionados formadores de nitretos como o alumínio. Ambos auxiliam na purificação do metal de solda; formadores de escória — compostos formadores de escória como óxidos de cálcio, potássio, silício, ou sódio, são adicionados para proteger a poça de fusão da atmosfera. A escória ajuda a melhorar o perfil do cordão de solda, e escórias de rápida solidificação ajudam a suportar a poça de fusão na soldagem fora de posição. A escória também reduz a taxa de resfriamento, ação especialmente importante quando se soldam aços de baixa liga; estabilizadores do arco — elementos como o potássio e o sódio auxiliam na obtenção de um arco suave e reduzem a quantidade de respingos; elementos de liga — elementos de liga como o molibdênio, cromo, carbono, manganês, níquel e vanádio são empregados para aumentar a resistência, a ductilidade, a dureza e a tenacidade; geradores de gases — minerais como a fluorita e o calcário são normalmente usados para formar uma atmosfera protetora nos arames tubulares OK autoprotegidos.

Tipos de escória

Os componentes do fluxo determinam a soldabilidade do arame tubular OK e as propriedades mecânicas do metal de solda. Arames tubulares OK que tenham uma preponderância de componentes do fluxo de natureza ácida produzem uma escória do tipo ácido. Analogamente, arames tubulares OK que sejam constituídos de grandes quantidades de componentes de natureza básica produzem uma escória do tipo básico.

Arames tubulares OK produzidos com um tipo ácido de escória possuem excelente soldabilidade. Isso significa que o arco é suave e a transferência é do tipo aerossol (veja detalhes desse modo de transferência na página 34) com muito poucos respingos, e esses arames tubulares possuem ótimos recursos operacionais. As propriedades mecânicas são boas e atendem ou excedem as especificações AWS.

Arames tubulares OK que geram um tipo básico de escória produzem um metal de solda com excelente ductilidade e tenacidade. A soldabilidade não é tão boa quanto a dos arames tubulares OK com escória do tipo ácido. O modo de transferência é mais globular (veja detalhes desse modo de transferência na página 3), resultando em um pouco mais de respingos.

Alguns arames tubulares OK para a soldagem de aços de baixa liga são produzidos empregando um outro conceito de tipo de escória, que combina a excelente soldabilidade dos tipos de escória ácida com as excepcionais propriedades mecânicas dos tipos de escória básica.

A ESAB produz arames tubulares OK rutílicos, básicos e metálicos. Para a fabricação em geral, o arame tubular OK metálico pode atender à maioria das aplicações e portanto a necessidade de três tipos pode ser questionada. Há uma série de fatores a serem considerados, que são expostos a seguir:

arames tubulares OK Tubrod® rutílicos (com fluxo não metálico — flux-cored wires) são fáceis de usar, com uma ação de arco suave, dando excelente aparência ao cordão de solda, com fácil destacamento da escória; quando aplicados com misturas ricas em Argônio, aplica-se na soldagem o modo de transferência por aerossol, sendo altamente atrativo para o operador; arames tubulares OK Tubrod® básicos (com fluxo não metálico — flux-cored wires) produzem um metal de solda com propriedades mecânicas em um nível melhor e mais consistente; também produzem depósitos de solda de padrão radiográfico com facilidade, quando comparados aos arames tubulares OK Tubrod® rutílicos e metálicos; arames tubulares OK Tubrod® metálicos (com fluxo metálico — metal-cored wire), quando aplicados em peças com boa qualidade de limpeza, produzem muito pouca escória vítrea, similar à dos arames sólidos.

Arames tubulares OK Tubrod® rutílicos

O rutilo, uma forma de dióxido de titânio (TiO2), tornou-se a base mais empregada nos eletrodos revestidos nos idos de 1930. Ele per- mitiu que o ponto de fusão e a viscosidade da escória fossem controlados por uma faixa muito mais larga que a disponível com escórias básicas, de tal modo que fosse possível fabricar eletrodos com escórias consistentes para a soldagem na posição vertical ou escórias fluidas para a soldagem a altas velocidades na posição plana. Adicionalmente, o titânio é um bom estabilizador do arco e é freqüentemente adicionado a sistemas básicos, na forma metálica ou mineral, para resultar num arco mais suave. As mesmas vantagens são observadas quando o rutilo é empregado em arames tubulares OK Tubrod® rutílicos, que são formados por um fluxo não metálico.

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