O que é soldagem, tipos de solda e as normas de soldagem no Brasil
O que é soldagem? Soldagem refere-se à união ou fusão de peças usando calor e / ou compressão de modo que as peças formem um continuum. A fonte de calor na soldagem é geralmente uma chama de arco produzida pela eletricidade da fonte de alimentação de soldagem. A soldagem com base em arco é chamada de soldagem com arco.
A fusão das peças pode ocorrer exclusivamente a partir do calor produzido pelo arco para que as peças soldadas se fundam. Este método pode ser usado em soldagem TIG, por exemplo.
Normalmente, um metal de adição é, no entanto, derretido na costura de soldagem, ou solda, usando um alimentador de arame através da pistola de soldagem (soldagem MIG / MAG) ou usando um eletrodo de soldagem de alimentação manual. Neste cenário, o metal de adição deve ter aproximadamente o mesmo ponto de fusão que o material soldado.
Antes de iniciar a soldagem, as bordas das peças de soldagem são moldadas em uma ranhura de soldagem adequada, por exemplo uma ranhura em V. Conforme a soldagem avança, o arco funde as bordas da ranhura e do enchimento, criando uma poça de fusão fundida.
Para que a solda seja durável, a poça de fusão fundida deve ser protegida da oxigenação e dos efeitos do ar circundante, por exemplo, com gases de proteção ou escória. O gás de proteção é alimentado na poça de fusão fundida com a tocha de soldagem. O eletrodo de soldagem também é revestido com um material que produz gás de proteção e escória sobre a poça de fusão fundida.
Os materiais soldados mais comumente são metais, como alumínio, aço-carbono e aço inoxidável. Além disso, os plásticos podem ser soldados. Na soldagem de plástico, a fonte de calor é o ar quente ou um resistor elétrico.
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Arco de soldagem
O arco de soldagem necessário na soldagem é uma explosão de eletricidade entre o eletrodo de soldagem e a peça de solda. O arco é gerado quando um pulso de tensão suficientemente grande é gerado entre as peças. Na soldagem TIG, isso pode ser realizado por ignição por gatilho ou quando o material soldado é atingido com o eletrodo de soldagem (ignição por disparo).
Assim, a tensão é descarregada como um raio, permitindo que a eletricidade flua através do entreferro, o que cria um arco com uma temperatura de vários milhares de graus centígrados, no máximo até 10.000 ⁰C (18.000 graus Fahrenheit). Uma corrente contínua da fonte de alimentação de soldagem para a peça de trabalho é estabelecida através do eletrodo de soldagem e, portanto, a peça de trabalho deve ser aterrada com um cabo de aterramento na máquina de solda antes do início da soldagem.
Na soldagem MIG / MAG, o arco é estabelecido quando o material de preenchimento toca a superfície da peça de trabalho e um curto-circuito é gerado. Então, uma corrente de curto-circuito eficiente derrete a extremidade do arame de enchimento e o arco de soldagem é estabelecido. Para uma soldagem suave e durável, o arco de soldagem deve ser estável. Portanto, é importante na soldagem MIG / MAG que uma tensão de soldagem e uma taxa de alimentação do arame adequadas aos materiais de solda e suas espessuras sejam utilizadas.
Além disso, a técnica de trabalho do soldador afeta a suavidade do arco e, consequentemente, a qualidade da solda. A distância do eletrodo de soldagem da ranhura e uma velocidade constante da tocha de soldagem são importantes para uma soldagem bem-sucedida. Avaliar a tensão correta e a velocidade de alimentação do arame são uma parte importante da competência do soldador.
As máquinas de solda modernas, no entanto, possuem várias características que facilitam o trabalho do soldador, como salvar configurações de soldagem usadas anteriormente ou usar curvas de sinergia predefinidas, que facilitam o ajuste dos parâmetros de soldagem para a tarefa em questão.
Normas e padrões em soldagem
Vários padrões e normas internacionais se aplicam aos processos de soldagem e à estrutura e recursos das máquinas e suprimentos de soldagem. Eles contêm definições, instruções e restrições de procedimentos e estruturas de máquinas para aumentar a segurança de processos e máquinas e para garantir a qualidade dos produtos.
No caso específico das operações de soldagem, a realização de soldas inadequadas durante a fabricação de certos tipos de estruturas ou equipamentos, tais como navios, pontes, oleodutos, componentes automotivos e vasos de pressão, pode resultar em sérios acidentes com perdas materiais e, eventualmente, humanas e danos ao meio ambiente. Para minimizar a chance destas ocorrências e garantir uma maior uniformidade, controle e rastreabilidade do processo, as operações de soldagem para diversas aplicações e diversos outros aspectos ligados à soldagem são regulados por diferentes códigos e especificações. Como exemplo de códigos e especificações importantes ligados à soldagem pode-se citar:
- ASME Boiler and Pressure Vessel Code (vasos de pressão)
- API STD 1104, Standard for Welding Pipelines and Related Facilities (tubulações e dutos na área de petróleo)
- AWS D1.1, Structural Welding Code - Steel (estruturas soldadas de aço carbono e de baixa liga)
- AWS D1.2, Structural Welding Code - Aluminum
- DNV, Rules for Design, Construction and Inspecion of Offshore Structures (estruturas marítimas de aço)
Especificações diferentes de associações como a International Organization for Standardization (ISO), American Welding Society (AWS), British Standard Society (BS), Deustches Institute fur Normung (DIN), Association Francaise de Normalisation (NF), Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), etc. Estes códigos e especificações podem cobrir as mais diferentes etapas de soldagem incluindo, por exemplo, a especificação de material (metal de base e consumíveis), projeto e preparação da junta, fabricação de estruturas e equipamentos, qualificações de procedimento e de operador, procedimentos de inspeção e avaliação de descontinuidades.
Para diversas aplicações, as normas relevantes exigem que, antes da execução da soldagem de produção, os procedimentos que serão adotados para a sua execução sejam especificados e testados (qualificados). Este processo visa demonstrar que, através do procedimento proposto, soldas adequadas, de acordo com os requisitos colocados pela norma ou estabelecidos em contrato, possam ser obtidas. Além disto, ele permite uniformizar e manter registro das condições especificadas de soldagem para controle do processo e eventual determinação de causas de falha.
A Especificação de Procedimento de Soldagem (EPS) é um documento no qual os valores permitidos de diversas variáveis do processo estão registrados para serem adotados, pelo soldador ou operador de soldagem, durante a fabricação de uma dada junta soldada. Em geral, os códigos separam as diferentes variáveis do processo em variáveis de qualificação (ou essenciais), cuja alteração além de limites determinados pela norma implica na necessidade de uma nova qualificação do procedimento. Veja aqui como elaborar um EPS.
Normal de soldagem no Brasil
No Brasil as qualificações dos procedimentos de soldagem são largamente realizadas tomando como base normas norte americanas como a AWS D1.1 para estruturas em de aço ao carbono e o ASME Seção IX para componentes pressurizados.
Com a globalização uma das normas que está ganhando destaque no Brasil é a norma internacional ISO 15614 (Especificação e qualificação de procedimentos de soldagem para materiais metálicos), que em sua parte 1 é dedicada a soldagem a arco para aços e ligas de níquel.
Assim como o ASME e o AWS, a ISO 15614 tem como objetivo principal na qualificação do procedimento de soldagem demonstrar que o processo de união é capaz de produzir juntas com as propriedades mecânicas necessárias para a aplicação pretendida.
A grande mudança apresentada na versão 2017 da ISO 15614-1 ficou para a divisão de dois níveis de qualificação, sendo que o Nível 1 foi baseado nos requisitos da Seção IX do ASME e o nível 2 se baseou nas questões das versões anteriores da ISO 15614-1. Esta mudança é um primeiro passo para se tentar reduzir o número de procedimentos de soldagem de uma empresa sem perder a qualidade e atender as exigências dos diferentes mercados.
Gás de proteção
O gás de proteção frequentemente desempenha um papel importante na produtividade e na qualidade da soldagem. Como o nome sugere, o gás de proteção protege a solda derretida de solidificação da oxigenação, bem como impurezas e umidade no ar, o que pode enfraquecer a tolerância à corrosão da solda, gerar resultados porosos e enfraquecer a durabilidade da solda, alterando a geometria características da junta. O gás de proteção também resfria a pistola de soldagem. Os componentes mais comuns do gás de proteção são argônio, hélio, dióxido de carbono e oxigênio.
O gás de proteção pode ser inerte ou ativo. Um gás inerte não reage com a solda fundida de forma alguma, enquanto um gás ativo participa do processo de soldagem, estabilizando o arco e assegurando a transferência suave do material para a solda. O gás inerte é usado na soldagem MIG (soldagem com gás inerte com arco metálico), enquanto o gás ativo é usado na soldagem MAG (soldagem com gás ativo com arco metálico).
Um exemplo de gás inerte é o argônio, que não reage com a solda derretida. É o gás de proteção mais comumente usado na soldagem TIG. O dióxido de carbono e o oxigênio, entretanto, reagem com a solda derretida da mesma forma que uma mistura de dióxido de carbono e argônio.
O hélio (He) também é um gás de proteção inerte. Misturas de hélio e hélio-argônio são usadas na soldagem TIG e MIG. O hélio oferece melhor penetração lateral e maior velocidade de soldagem em comparação ao argônio.
Dióxido de carbono (CO2) e oxigênio (O2) são gases ativos usados como o chamado componente oxigenante para estabilizar o arco e garantir a transmissão suave do material na soldagem MAG. A proporção desses componentes do gás no gás de proteção é determinada pelo tipo de aço.
Segurança na soldagem
Existem vários fatores de risco relacionados à soldagem. O arco emite luz extremamente brilhante e radiação ultravioleta, que pode causar danos aos olhos. Salpicos e faíscas de metal fundido podem queimar a pele e causar risco de incêndio, e os vapores gerados na soldagem podem ser perigosos quando inalados.
Esses perigos podem ser evitados, entretanto, preparando-se para eles e usando o equipamento de proteção adequado.
A proteção contra o risco de incêndio pode ser obtida verificando o ambiente do local de soldagem com antecedência e removendo materiais inflamáveis da proximidade do local. Além disso, suprimentos de extinção de incêndio devem estar prontamente disponíveis. Estranhos não podem entrar na zona de perigo.
Olhos, ouvidos e pele devem ser protegidos com equipamentos de proteção adequados. Uma máscara de soldagem com tela escurecida protege os olhos, cabelos e orelhas. Luvas de soldagem de couro e um equipamento de soldagem resistente e não inflamável protegem os braços e o corpo de faíscas e calor.
Os fumos de soldagem podem ser evitados com ventilação suficiente no local de trabalho.
Métodos de soldagem
Os métodos de soldagem podem ser classificados pelo método usado na produção do calor de soldagem e a forma como o material de enchimento é alimentado na solda. O método de soldagem usado é selecionado com base nos materiais a serem soldados e na espessura do material, a eficiência de produção necessária e a qualidade visual desejada da solda.
Os métodos de soldagem mais comumente usados são soldagem MIG / MAG, soldagem TIG e soldagem MMA (arco manual de metal). O processo mais antigo, mais conhecido e ainda bastante comum é a soldagem manual por arco de metal MMA, que é comumente usada em locais de trabalho de instalação e locais externos que exigem boa acessibilidade.
O método de soldagem TIG mais lento permite a produção de resultados de soldagem extremamente finos e, portanto, é usado em soldagens que serão vistas ou que requerem uma precisão particular.
A soldagem MIG / MAG é um método de soldagem versátil, no qual o material de enchimento não precisa ser alimentado separadamente na solda fundida. Em vez disso, o arame passa pela pistola de soldagem cercada pelo gás de proteção direto para a solda derretida.
Existem também outros métodos de soldagem adequados para necessidades especiais, como soldagem a laser, plasma, ponto, arco submerso, ultra-som e fricção.
Solda e usinagem
Por serem dois serviços que trabalham com peças metálicas, tanto a soldagem quanto a usinagem se completam. Em síntese, a usinagem trabalha removendo material das peças, já a soldagem trabalha adicionando material às peças, unindo e transformando duas ou mais peças em uma única estrutura. Não raro a usinagem é a operação que se segue à fundição ou solda, com o objetivo de eliminar rebarbas e excessos de metal na peça fundida e também ajustar as dimensões da peça às especificações do produto final.
Para a realização dos dois procedimentos, existem equipamentos que são mais utilizados. No caso da soldagem, a máquina de solda é a necessária. Já no caso da usinagem, o torno mecânico é o equipamento mais comum, mas também o uso de fresadoras, retíficas e outras máquinas operatrizes.
