Princípios básicos de soldagem

Uma solda pode ser definida como uma coalescência de metais produzida por aquecimento a uma temperatura adequada com ou sem aplicação de pressão e com ou sem o uso de um material de adição.

Na soldagem por fusão, uma fonte de calor gera calor suficiente para criar e manter uma poça de metal fundido do tamanho necessário.O calor pode ser fornecido por eletricidade ou por uma chama de gás.A soldagem por resistência elétrica pode ser considerada soldagem por fusão porque algum metal fundido é formado.

Os processos de fase sólida produzem soldas sem derreter o material de base e sem a adição de metal de adição.A pressão é sempre empregada e geralmente algum calor é fornecido.O calor de fricção é desenvolvido na junção ultrassônica e por fricção, e o aquecimento do forno é geralmente empregado na ligação por difusão.

O arco elétrico usado na soldagem é uma descarga de alta corrente e baixa voltagem, geralmente na faixa de 10 a 2.000 amperes a 10 a 50 volts.Uma coluna de arco é complexa, mas, em termos gerais, consiste em um cátodo que emite elétrons, um plasma de gás para condução de corrente e uma região anódica que se torna comparativamente mais quente que o cátodo devido ao bombardeio de elétrons.Um arco de corrente contínua (CC) é geralmente usado, mas arcos de corrente alternada (CA) podem ser empregados.

A entrada total de energia em todos os processos de soldagem excede a necessária para produzir uma junta, porque nem todo o calor gerado pode ser efetivamente utilizado.As eficiências variam de 60 a 90 por cento, dependendo do processo;alguns processos especiais se desviam amplamente dessa figura.O calor é perdido por condução através do metal base e por radiação para o ambiente.

A maioria dos metais, quando aquecidos, reagem com a atmosfera ou outros metais próximos.Essas reações podem ser extremamente prejudiciais para as propriedades de uma junta soldada.A maioria dos metais, por exemplo, oxida rapidamente quando fundido.Uma camada de óxido pode impedir a ligação adequada do metal.Gotículas de metal fundido revestidas com óxido ficam presas na solda e tornam a junta quebradiça.Alguns materiais valiosos adicionados para propriedades específicas reagem tão rapidamente à exposição ao ar que o metal depositado não tem a mesma composição que tinha inicialmente.Esses problemas levaram ao uso de fundentes e atmosferas inertes.

Na soldagem por fusão, o fluxo tem um papel protetor ao facilitar uma reação controlada do metal e então prevenir a oxidação formando uma manta sobre o material fundido.Os fluxos podem ser ativos e auxiliar no processo ou inativos e simplesmente proteger as superfícies durante a união.

As atmosferas inertes desempenham um papel protetor semelhante ao dos fluxos.Na soldagem com arco de metal com proteção de gás e arco de tungstênio com proteção de gás, um gás inerte – geralmente argônio – flui de um anel ao redor da tocha em um fluxo contínuo, deslocando o ar ao redor do arco.O gás não reage quimicamente com o metal, mas simplesmente o protege do contato com o oxigênio do ar.

A metalurgia da união de metais é importante para as capacidades funcionais da junta.A solda a arco ilustra todas as características básicas de uma junta.Três zonas resultam da passagem de um arco de soldagem: (1) o metal de solda, ou zona de fusão, (2) a zona afetada pelo calor e (3) a zona não afetada.O metal de solda é a porção da junta que foi derretida durante a soldagem.A zona afetada pelo calor é uma região adjacente ao metal de solda que não foi soldado, mas sofreu uma alteração na microestrutura ou nas propriedades mecânicas devido ao calor da soldagem.O material não afetado é aquele que não foi suficientemente aquecido para alterar suas propriedades.

A composição do metal de solda e as condições sob as quais ele congela (solidifica) afetam significativamente a capacidade da junta de atender aos requisitos de serviço.Na soldagem a arco, o metal de solda compreende material de adição mais o metal de base que foi fundido.Após a passagem do arco, ocorre um resfriamento rápido do metal de solda.Uma solda de um passe tem uma estrutura fundida com grãos colunares que se estendem da borda da poça de fusão até o centro da solda.Em uma solda multipasse, essa estrutura fundida pode ser modificada, dependendo do metal específico que está sendo soldado.

O metal de base adjacente à solda, ou a zona afetada pelo calor, é submetido a uma gama de ciclos de temperatura, e sua mudança na estrutura está diretamente relacionada ao pico de temperatura em qualquer ponto, ao tempo de exposição e às taxas de resfriamento. .Os tipos de metais básicos são muito numerosos para serem discutidos aqui, mas podem ser agrupados em três classes: (1) materiais não afetados pelo calor da soldagem, (2) materiais endurecidos por mudança estrutural, (3) materiais endurecidos por processos de precipitação.

A soldagem produz tensões nos materiais.Essas forças são induzidas pela contração do metal de solda e pela expansão e depois contração da zona afetada pelo calor.O metal não aquecido impõe uma restrição ao exposto e, à medida que a contração predomina, o metal de solda não pode se contrair livremente e uma tensão é acumulada na junta.Isso geralmente é conhecido como tensão residual e, para algumas aplicações críticas, deve ser removido por tratamento térmico de toda a fabricação.A tensão residual é inevitável em todas as estruturas soldadas e, se não for controlada, ocorrerá curvatura ou distorção da soldagem.O controle é exercido pela técnica de soldagem, gabaritos e acessórios, procedimentos de fabricação e tratamento térmico final.