Princípios básicos de soldagem

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

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

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

O arco elétrico usado na soldagem é uma descarga de alta corrente e baixa tensão, geralmente na faixa de 10 a 2.000 amperes a 10 a 50 volts. Uma coluna de arco é complexa, mas, amplamente falando, consiste em um cátodo que emite elétrons, um plasma a gás para a condução atual e uma região do ânodo que se torna comparativamente mais quente que o cátodo devido ao bombardeio de elétrons. Um arco de corrente direta (CC) geralmente é usado, mas os arcos de corrente alternada (AC) podem ser empregados.

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

A maioria dos metais, quando aquecida, reage com a atmosfera ou outros metais próximos. Essas reações podem ser extremamente prejudiciais às propriedades de uma articulação soldada. A maioria dos metais, por exemplo, oxida rapidamente quando fundido. Uma camada de óxido pode impedir a ligação adequada do metal. As 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 na exposição ao ar que o metal depositado não possui a mesma composição que teve inicialmente. Esses problemas levaram ao uso de fluxos e atmosferas inertes.

Na solda de fusão, o fluxo tem um papel protetor na facilitação de uma reação controlada do metal e, em seguida, impedindo a oxidação, formando um cobertor sobre o material fundido. Os fluxos podem ser ativos e ajudar no processo ou inativos e simplesmente proteger as superfícies durante a união.

As atmosferas inertes desempenham um papel protetor semelhante ao dos fluxos. No arco de metal protegido por gás e na soldagem de tungsten-arco protegida por gás, um gás inerte-geralmente o argônio-flui de um anel que cercam a tocha em um riacho 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 no ar.

A metalurgia da união de metal é importante para as capacidades funcionais da articulação. A solda de 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 a zona de fusão, (2) a zona afetada pelo calor e (3) a zona não afetada. O metal de solda é a parte da articulação que foi derretida durante a soldagem. A zona afetada pelo calor é uma região adjacente ao metal de solda que não foi soldado, mas passou por uma alteração na microestrutura ou propriedades mecânicas devido ao calor da soldagem. O material não afetado é o que não foi aquecido o suficiente para alterar suas propriedades.

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

O metal base adjacente à solda, ou à zona afetado pelo calor, está sujeito a uma faixa de ciclos de temperatura, e sua mudança na estrutura está diretamente relacionada ao pico de temperatura em qualquer ponto, o tempo de exposição e as taxas de resfriamento. Os tipos de metal base são numerosos demais para serem discutidos aqui, mas podem ser agrupados em três classes: (1) materiais não afetados pela soldagem do calor, (2) materiais endurecidos por mudanças estruturais, (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 à contração da zona afetada pelo calor. O metal sem aquecimento impõe uma restrição ao exposto e, à medida que a contração predomina, o metal de solda não pode se contrair livremente e um estresse é construído na articulação. Isso geralmente é conhecido como estresse residual e, para algumas aplicações críticas, deve ser removido pelo tratamento térmico de toda a fabricação. O estresse residual é inevitável em todas as estruturas soldadas e, se não for controlado, curvar ou distorção do soldado ocorrerá. O controle é exercido pela técnica de soldagem, gabaritos e utensílios, procedimentos de fabricação e tratamento térmico final.