Apostila 3 para publicar

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Apostila de inspeção de soldagem parte 3, Segurança na soldagem, metalurgia de soldagem, tratamentos térmicos, distorção, metais de base

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  1. 1. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM TREINAMENTO COMPLETO EM INSPEÇÃO DE SOLDAGEM APOSTILA III Curso de inspetor de soldagem N1 SE GOSTAR CONTRIBUA: AGENCIA 00175 CONTA 173061 VAR 51
  2. 2. APOSTILA III SUMÁRIO 1 PROTEÇÃO NA SOLDAGEM ..................................................................................... 4 2 METALURGIA DE SOLDAGEM ............................................................................... 29 3 TRATAMENTOS TÉRMICOS.................................................................................... 59 4 DISTORÇÃO ............................................................................................................... 64 5 METAIS DE BASE ..................................................................................................... 85 6 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 97 WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 2
  3. 3. APOSTILA III Proteção na soldagem WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 3
  4. 4. APOSTILA III 1 PROTEÇÃO NA SOLDAGEM SAÚDE E SEGURANÇA NA SOLDAGEM E CORTE O presente documento, traduzido e adaptado e é destinado a proporcionar informações sobre saúde e segurança aos Usuários dos processos de soldagem, corte e goivagem ao arco elétrico e equipamentos relacionados. Estas informações podem ser usadas como subsídios para o treinamento dado nas Empresas a soldadores, operadores e demais técnicos. As regras apresentadas cobrem processos de soldagem e corte ao arco elétrico tais como:  Goivagem com grafite  Goivagem com plasma  Plasmacorte  Soldagem ao arco submerso  Soldagem a plasma  Soldagem com arame tubular  Soldagem com eletrodo revestido  Soldagem MIG/MAG  Soldagem TIG Estas regras não devem ser consideradas como substitutas ou alternativas à legislação ou às normas vigentes, inclusive às normas internas dos Usuários; ainda, elas completam, mas não substituem as informações contidas nos Manuais de Instruções específicos dos equipamentos de soldar ou cortar. As regras de segurança são apresentadas para a proteção dos operadores e demais pessoal envolvido na instalação, utilização e manutenção de equipamentos de soldar, cortar ou goivar ao arco e plasma elétricos. Elas resumem informações e práticas adotadas na indústria e são baseadas em literatura especializada de origem norte-americana. Antes de se instalar, operar ou reparar um equipamento de soldar, é necessário ter lido, compreendido e adotado as regras aqui apresentadas. A não observância destas regras de segurança pode resultar em acidentes com danos pessoais eventualmente fatais, sob a inteira responsabilidade do Usuário. Um treinamento adequado na operação e manutenção de qualquer equipamento elétrico é essencial para se evitar acidentes. REGRAS DE SEGURANÇA As regras de segurança são divididas em três grupos principais:    Regras de segurança relativas ao local de trabalho; Regras de segurança relativas ao pessoal; Regras de segurança relativas ao equipamento; WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 4
  5. 5. APOSTILA III REGRAS DE SEGURANÇA RELATIVAS AO LOCAL DE TRABALHO Incêndios e explosões O calor produzido por arcos elétricos e as suas irradiações, por escórias quentes e por faíscas podem ser causas de incêndios ou explosões. Conseqüentemente, toda área de soldagem ou corte deve ser equipada com sistema adequado de combate a incêndio e o pessoal de supervisão de área, operação ou manutenção do equipamento envolvido deve ser treinado no combate a incêndios. Todo e qualquer trabalhador deve ser familiarizado com as seguintes medidas de prevenção e proteção contra incêndios: Garantir a Segurança da Área de Trabalho: Sempre que possível, trabalhar em locais especialmente previstos para soldagem ou corte ao arco elétrico. Eliminar Possíveis Causas de Incêndios: Locais onde se solde ou corte não devem conter líquidos inflamáveis (gasolina, tintas, solventes, etc), sólidos combustíveis (papel, materiais de embalagem, madeira, etc) ou gases inflamáveis (oxigênio, acetileno, hidrogênio, etc). Situação inadequada situação adequada
  6. 6. APOSTILA III Instalar Barreiras Contra Fogo e Contra Respingos: Quando as operações de soldagem ou corte não podem ser efetuadas em locais específicos e especialmente organizados, instalar biombos metálicos ou proteções não inflamáveis ou combustíveis para evitar que o calor, as fagulhas, os respingos ou as escórias possam atingir materiais inflamáveis. Tomar Cuidado com Fendas e Rachaduras: Fagulhas, escórias e respingos podem "voar" sobre longas distâncias. Eles podem provocar incêndios em locais não visíveis ao soldador. Procurar buracos ou rachaduras no piso, fendas em torno de tubulações e quaisquer aberturas que possam conter e ocultar algum material combustível. Instalar Equipamentos de Combate a Incêndios: Extintores apropriados, baldes de areia e outros dispositivos anti-incêndio devem ficar a proximidade imediata da área de soldagem ou corte. Sua especificação depende da quantidade e do tipo dos materiais combustíveis que possam se encontrar no local de trabalho. Avaliar a Necessidade de uma Vigilância Especial contra Incêndios: Quando soldam ou cortam, os operadores podem não se dar conta da existência de algum incêndio, pois além da atenção exigida pelo próprio trabalho, eles ficam isolados do ambiente pela sua máscara de soldagem e os seus diversos equipamentos de proteção individual. De acordo com as condições do local de trabalho, a presença de uma pessoa especialmente destinada a tocar um alarme e iniciar o combate ao incêndio pode ser necessária. Conhecer os Procedimentos Locais para Casos de Incêndios em Soldagem ou Corte: Alem dos procedimentos de segurança da Empresa e das normas ou legislação em vigor, é recomendado que sejam conhecidas as regras enunciadas na norma NFPA No. 51B da National Fire Protection Association (USA), "Fire Protection in Use of Cutting and Welding Processes". Usar um Procedimento de "Autorização de Uso de Área": Antes de se iniciar uma operação de soldagem ou corte num local não especificamente previsto para esta finalidade, ele deve ser inspecionado por pessoa habilitada para a devida autorização de uso.
  7. 7. APOSTILA III Nunca soldar, cortar ou realizar qualquer operação a quente numa peça que não tenha sido adequadamente limpa: Substâncias depositadas na superfície das peças podem decompor-se sob a ação do calor e produzir vapores inflamáveis ou tóxicos. Não soldar, cortar ou goivar em recipientes fechados ou que não tenham sido devidamente esvaziados e limpos internamente: Eles podem explodir se tiverem contido algum material combustível ou criar um ambiente asfixiante ou tóxico conforme o material que foi armazenado neles. Proceder à inspeção da área de trabalho após ter-se completado a soldagem ou o corte: Apagar ou remover fagulhas ou pedaços de metal quente que, mais tarde, possam provocar algum incêndio. Ventilação O local de trabalho deve possuir ventilação adequada de forma a eliminar os gases, vapores e fumos usados e gerados pelos processos de soldagem e corte e que podem ser prejudiciais à saúde dos trabalhadores. Substâncias potencialmente nocivas podem existir em certos fluxos, revestimentos e metais de adição ou podem ser liberadas durante a soldagem ou o corte. Em muitos casos, a ventilação natural é suficiente, mas certas aplicações podem requerer uma ventilação forçada, cabines com coifas de exaustão, filtros de respiração ou máscaras com suprimento individual de ar. O tipo e a importância da ventilação dependem de cada aplicação específica, do tamanho do local de trabalho, do número de trabalhadores presentes e da natureza dos materiais trabalhados e de adição. Locais tais como poços, tanques, sótões, etc devem ser considerados como áreas confinadas: A soldagem ou o corte em áreas confinadas requer procedimentos específicos de ventilação e trabalho, com o uso eventual de capacetes ou máscaras especiais.
  8. 8. APOSTILA III Não soldar ou cortar peças sujas ou contaminadas por alguma substância desconhecida: Não se deve soldar, cortar ou realizar qualquer operação a quente numa peça que não tenha sido adequadamente limpa.Os produtos da decomposição destas substâncias pelo calor do arco podem produzir vapores inflamáveis ou tóxicos. Todos os fumos e gases desprendidos devem ser considerados como potencialmente nocivos. Remover toda e qualquer pintura ou revestimento de zinco de uma peça antes de soldá-la ou cortá-la. O soldador ou operador deve sempre manter a cabeça fora da área de ocorrência dos fumos ou vapores gerados por um arco elétrico de forma a não respirá-los: O tipo e a quantidade de fumos e gases dependem do processo, do equipamento e dos consumíveis usados. Uma posição de soldagem pode reduzir a exposição do soldador aos fumos. Nunca soldar perto de desengraxadores a vapor ou de peças que acabem de ser desengraxadas: A decomposição dos hidrocarbonetos clorados usados neste tipo de desengraxador pelo calor ou a irradiação do arco elétrico pode gerar fosgênio, um gás altamente tóxico, ou outros gases nocivos. Metais tais como o aço galvanizado, o aço inoxidável, o cobre, ou que contenham zinco, chumbo, berílio ou cádmio nunca devem ser soldados ou cortados sem que se disponha de uma ventilação forçada eficiente.Nunca se deve inalar os vapores produzidos por estes materiais. Uma atmosfera com menos de 18 % de oxigênio pode causar tonturas, perda de consciência e eventualmente morte, sem sinais prévios de aviso. Os gases de proteção usados em soldagem e corte são, quer mais leves, quer mais pesados que o ar; certos deles (argônio, dióxido de carbono-CO , nitrogênio) podem deslocar o oxigênio do ar ambiente sem serem detectados pelos sentidos do homem.
  9. 9. APOSTILA III O hidrogênio é um gás inflamável. Uma mistura deste gás com oxigênio ou ar numa área confinada explode se alguma faísca ocorrer. Ele é incolor, inodor e insípido. Ainda, sendo mais leve que o ar, ele pode acumular-se nas partes superiores de áreas confinadas e agir como gás asfixiante. Alguma irritação nos olhos, no nariz ou na garganta durante a soldagem ou o corte pode ser indício de uma contaminação do local de trabalho e de uma ventilação inadequada. O trabalho deve ser interrompido, as condições do ambiente devem ser analisadas e as providências necessárias para melhorar a ventilação do local devem ser tomadas. Cilindros de gás O manuseio inadequado dos cilindros dos gases usados em soldagem ou corte elétricos pode provocar a danificação ou ruptura da válvula de fechamento e a liberação repentina e violenta do gás que contêm com riscos de ferimento ou morte. Observar as características físicas e químicas dos gases usados e seguir rigorosamente as regras de segurança específicas indicadas pelo fornecedor.
  10. 10. APOSTILA III Somente usar gases reconhecidamente adequados ao processo de soldagem ou corte e à aplicação previstos. Somente usar um regulador de pressão específico para o gás usado e de capacidade apropriada à aplicação. Nunca usar adaptadores de rosca entre um cilindro e o regulador de pressão. Sempre conservar as mangueiras e conexões de gás em boas condições de trabalho. O circuito de gás deve estar isento de vazamentos. Os cilindros de gás devem sempre ser mantidos em posição vertical. Eles devem ser firmemente fixados no seu carrinho de transporte ou nos seus suportes ou encostos (em paredes, postes, colunas, etc.) por meio de correia ou de corrente isolada eletricamente. Nunca conservar cilindros ou equipamento relativo a gases de proteção em áreas confinadas. Nunca instalar um cilindro de gás de forma que ele possa, mesmo que acidentalmente, se tornar parte de um circuito elétrico: Em particular, nunca usar um cilindro de gás, mesmo que vazio, para abrir um arco elétrico. Quando não estiverem em uso, cilindros de gás devem permanecer com sua válvula fechada, mesmo que estejam vazios: Devem sempre ser guardados com o seu capacete parafusado. O seu deslocamento ou transporte deve ser feito por meio de carrinhos apropriados e deve-se evitar que cilindros se choquem. Sempre manter cilindros de gás distantes de chamas e de fontes de faíscas ou de calor, fornos, etc.
  11. 11. APOSTILA III Ao abrir a válvula do cilindro, manter o rosto afastado do regulador de pressão/vazão. REGRAS DE SEGURANÇA RELATIVAS AO PESSOAL Choques elétricos Choques elétricos podem ser fatais e devem ser evitados. Instalações elétricas defeituosas, aterramento ineficiente assim como operação ou manutenção incorretas de um equipamento elétrico são fontes comuns de choque elétricos. Nunca tocar em partes eletricamente "vivas": A rede de alimentação elétrica, o cabo de entrada e os cabos de soldagem (se insuficientemente isolados), o portaeletrodo, a pistola ou a tocha de soldar, os terminais de saída da máquina e a própria peça a ser soldada (se não adequadamente aterrada) são exemplos de partes eletricamente "vivas". A gravidade do choque elétrico depende do tipo de corrente envolvida (a corrente alternada é mais perigosa que a corrente contínua), do valor da tensão elétrica (quanto mais alta a tensão, maior o perigo) e das partes do corpo afetadas. As tensões em vazio das fontes de energia usadas em soldagem, corte ou goivagem podem provocar choques elétricos graves.Quando vários soldadores trabalham com arcos elétricos de diversas polaridades ou quando se usam várias máquinas de corrente alternada, as tensões em vazio das várias fontes de energia podem se somar; o valor resultante aumenta o risco de choque elétrico.
  12. 12. APOSTILA III Instalar o Equipamento de Acordo com as Instruções do Manual Específico Fornecido: Sempre usar cabos elétricos de bitola adequada às aplicações previstas e com a isolação em perfeito estado. Para o circuito de soldagem, respeitar a polaridade exigida pelo processo ou a aplicação. Aterrar os equipamentos e seus acessórios a um ponto seguro de aterramento: A ligação da estrutura das máquinas a um ponto seguro de aterramento próximo do local de trabalho é condição básica para se evitar choques elétricos. Ainda e de acordo com a figura abaixo, a peça a ser soldada ou o terminal de saída correspondente na fonte de energia deve ser aterrada, mas não ambos: "aterramentos duplos" podem fazer com que a corrente de soldagem circule nos condutores de aterramento, normalmente finos, e os queime. Garantir bons contatos elétricos na peça soldada e nos terminais de saída da máquina: Os terminais de saída, em particular aquele ao qual a peça soldada estiver ligada, devem ser mantidos em bom estado, sem partes quebradas ou isolação trincada. Nunca fazer contatos elétricos através de superfícies pintadas, notadamente na peça a ser soldada. Assegurar-se de que todas as conexões elétricas estão bem apertadas, limpas e secas: Conexões elétricas defeituosas podem aquecer e, eventualmente, derreter. Elas podem ainda ser a causa de más soldas e provocar arcos ou faíscas perigosas. Não se deve permitir que água, graxa ou sujeira se acumule em plugues, soquetes, terminais ou elementos de um circuito elétrico. Manter o local de trabalho limpo e seco: A umidade e a água são condutoras da eletricidade. Manter sempre o local de soldagem ou corte, os equipamentos e a roupa de trabalho secos. Eliminar de imediato todo e qualquer vazamento de água. Não deixar que mangueiras encostem-se a peças metálicas. Nunca ultrapassar os limites de pressão da água indicados nos Manuais de Instruções. Usar Roupa e Equipamentos de Proteção Individual Adequados, em bom estado, limpos e secos: Ver, abaixo, as regras específicas relativas à proteção corporal. Ao soldar ou cortar, não usar quaisquer adornos, acessórios ou objetos corporais metálicos: Para soldar, cortar ou goivar, é recomendado retirar anéis, relógios,
  13. 13. APOSTILA III colares e outros itens metálicos. Contatos acidentais de tais objetos com algum circuito elétrico podem aquecê-los, derretê-los e provocar choques elétricos. O soldador ou operador de uma máquina de soldar ou cortar deve trabalhar em cima de um estrado ou plataforma isolante. Campos eletro magnéticos A corrente elétrica que circula num condutor provoca o aparecimento de campos elétricos e magnéticos. A corrente elétrica utilizada em soldagem corte ou goivagem criam tais campos em torno dos cabos de solda e dos equipamentos. Ademais certas máquinas de soldar geram e usam para abrir o arco ou durante toda a operação de soldagem, um faiscamento do tipo "ruído branco," conhecido como "alta freqüência". Conseqüentemente, pessoas portadoras de marca-passo devem consultar um médico antes de adentrar uma área de soldagem ou corte: os campos elétricos e magnéticos ou as irradiações podem interferir no funcionamento do marca-passo. Não se deve permanecer entre os dois cabos eletrodo e obra e sim, sempre manter ambos do mesmo lado do corpo. Os dois cabos de soldagem (eletrodo e obra) devem correr juntos e, sempre que possível, amarrados um a o outro. Na peça a ser soldada, conectar o cabo obra tão perto quanto possível da junta. Manter os cabos de soldagem e de alimentação do equipamento tão longe quanto possível do corpo. Nunca se devem enrolar cabos de soldagem em torno do corpo. Regras para a proteção da visão Os arcos elétricos de soldagem ou corte emitem raios ultravioletas e infravermelhos. Exposições de longa duração podem provocar queimaduras graves e dolorosas da pele e danos permanentes na vista. Para soldar ou cortar, usar máscara com vidro ou dispositivo de opacidade adequado ao processo e à aplicação prevista:. A tabela abaixo orienta quanto à opacidade recomendada para a proteção em função do processo e da faixa de corrente usados. Como regra geral, iniciar com uma opacidade alta demais para que se veja a zona do arco; reduzir então a opacidade que se tenha uma visão adequada da área de soldagem, sem problema para os olhos.
  14. 14. APOSTILA III Radiações emitidas pelo arco elétrico. O arco elétrico emite radiações visíveis e invisíveis resultante da grande concentração de energia em forma de luz nos momentos de soldagens. Estes raios, conhecidos como infravermelho e ultravioleta, são nocíveis a saúde e provocam danos na pele e nos olhos enquanto os ultravioletas são quimicamente ativos ocasionando acidentes oculares como cegueira momentânea e futura conjuntivite, os infravermelhos secam completamente certas células líquidas do globo ocular causando complicações no cristalino levando em longo prazo a uma catarata profissional. Na pele, o efeito causado é idêntico ao ocasionado pelos raios solares e mesmo a uma exposição por mais rápida que seja sem o uso de equipamentos de proteção ocasiona queimaduras na pele e segueira momentânia. Raios ultravioletas São quimicamente ativos e podem ocasionar acidentes oculares, como cegueira momentânea, e principalmente conjuntivite. Raios infravermelhos Secam completamente certas células líquidas do globo ocular, causando complicações no cristalino, levando em longo prazo a uma catarata profissional. Na pele, o efeito causado é idêntico ao ocasionado pelos raios solares. Geralmente, uma exposição, mesmo sendo rápida a estes raios, pode provocar conjuntivite, que se manifestam algumas horas após a exposição. Proteção dos olhos das radiações Os olhos devem ser cuidadosamente protegidos contra os efeitos danosos do arco elétrico. Para isso, utiliza-se o filtro de proteção (norma DIN 4647). Os níveis de caracterização de segurança para a soldagem a arco elétrico são os seguintes: Escala progressiva do nível de segurança:
  15. 15. APOSTILA III Usar Óculos de Segurança com Protetores Laterais: Quando se solda, corta ou goiva, quando se remove a escória de um cordão de solda ou quando se esmerilha alguma peça partículas metálicas, respingos e fagulhas podem atingir os olhos sob ângulos quaisquer de incidência. Nos processos semi-automáticos ou automáticos, pontas de arame podem ferir gravemente. Usar os óculos de segurança inclusive por baixo da máscara de soldar ou de qualquer protetor facial. Qualquer pessoa dentro de uma área de soldagem ou corte, ou num raio de 20 m, deve estar adequadamente protegida: A irradiação de um arco elétrico tem grande alcance e partículas metálicas e respingos podem voar sobre distâncias relativamente grandes. Regras para a proteção da pele Devido à emissão de raios ultravioletas e infravermelhos, arcos elétricos queimam a pele da mesma maneira que o sol, porem muito mais rapidamente e com maior intensidade. Os operadores, e em particular aqueles sensíveis à exposição ao sol podem sofrer queimaduras na pele após breve exposição a um arco elétrico. Os respingos de solda e as fagulhas são outras fontes de queimaduras. A seguir as recomendações abaixo para garantir uma proteção segura contra a irradiação de um arco elétrico e os respingos. Não deixar nenhuma área de pele descoberta: Não arregaçar as mangas da camisa ou do avental. Usar roupa protetora resistente ao calor: gorro, jaqueta, avental, luvas e perneiras: Roupa de algodão ou similares constitui uma proteção inadequada, pois além de ser inflamável, ela pode se deteriorar em função da exposição às radiações dos arcos elétricos. Usar calçado de cano longo e estreito: Não usar sapatos baixos e folgados nos quais respingos e fagulhas possam penetrar.
  16. 16. APOSTILA III Usar calças sem bainha: Bainhas podem reter fagulhas e respingos. As pernas das calças devem descer por cima das botas ou dos sapatos para evitar a entrada de respingos. Sempre usar roupa, inclusive de proteção, limpa: Manchas de óleo ou graxa ou sujeira em excesso podem inflamar-se devido ao calor do arco. Manter os bolsos, mangas e colarinhos abotoados: Fagulhas e respingos podem penetrar por tais aberturas e queimar pelos e/ou pele. Os bolsos não devem conter objetos ou produtos combustíveis tais como fósforos ou isqueiros. Todas as regras acima se aplicam integralmente às manutenções preventivas e corretivas dos equipamentos: Manutenções ou reparações somente devem ser feitas por elementos habilitados devidamente protegidos e isolados do ponto de vista elétrico; somente usar ferramentas isoladas, específicas para eletricidade. Proceder à reparação de máquinas elétricas em local apropriado e devidamente isolado.
  17. 17. APOSTILA III Regras para a Proteção da Audição Usar Protetores de Ouvido: Certas operações de soldagem e corte ou goivagem produzem ruídos de intensidade elevada e, eventualmente, longa duração. Protetores de ouvido adequados, além de protegerem contra estes ruídos excessivos, impedem que respingos e fagulhas entrem nos ouvidos. REGRAS DE SEGURANÇA RELATIVAS AOS EQUIPAMENTOS Sempre instalar e operar um equipamento de soldar ou cortar de acordo com a orientação do seu Manual de Instruções. Alem da proteção ao pessoal de operação e manutenção, o aterramento constitui uma proteção fundamental dos equipamentos. Sempre ligar uma máquina de soldar ou cortar à sua linha de alimentação através de uma chave de parede: Esta chave deve ter fusíveis ou disjuntor de capacidade adequada e poder ser trancada. Instalar um plugue na extremidade do cabo de entrada da máquina. Se for necessário fazer manutenção da máquina no local de trabalho, colocar uma etiqueta de aviso na chave geral para evitar que ela venha a ser usada. Sempre instalar e operar uma máquina de soldar ou cortar de acordo com as orientações contidas no Manual de Instruções: Além da proteção ao pessoal de operação e manutenção, o aterramento constitui uma proteção fundamental dos equipamentos. Operar os equipamentos estritamente dentro das características anunciadas pelo fabricante: Nunca sobrecarregá-los. Nunca usar uma máquina de soldar ou cortar com parte do seu gabinete removida ou mesmo aberta: Além de tal situação ser potencialmente perigosa para o soldador ou operador, a falta de refrigeração pode resultar em danos a componentes internos. Nunca operar equipamentos defeituosos: Conservá-los em perfeito estado de funcionamento, procedendo à manutenção preventiva periódica recomendada pelo fabricante e à manutenção corretiva sempre que necessário. Em particular, todos os dispositivos de segurança incorporados a um equipamento devem ser mantidos em boas condições de trabalho. Sempre manter um equipamento de soldar ou cortar afastado de fontes externas de calor (fornos, por exemplo). Máquinas de soldar ou cortar não devem ser utilizados em locais alagados ou poças de água: Salvo quando projetados especialmente ou adequadamente protegidos (a critério do fabricante), máquinas de soldar ou cortar não devem ser operadas em ambientes corrosivos ou que tenham matérias oleosas em suspensão, ou nas intempéries. Depois de usar um equipamento de soldar ou cortar, sempre desligá-lo e isolá-lo da sua linha de alimentação. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 17
  18. 18. APOSTILA III SEGURANÇA EM PROCESSOS DE SOLDAGEM E CORTE OXI-GÁS Geralmente todas as regras de segurança aplicadas aos processos de soldagem a arco elétrico também são aplicadas aos processos de soldagem e corte oxi – gás com algumas diferenças no que diz respeitos aos equipamentos utilizados nos processos e fatores de proteção com relação à visão. As operações de soldagem e corte envolve muito calor, emitem uma quantidade de luz considerável e frequentemente são projetados respingos de metal quente. Os soldadores necessitam então de proteção para o corpo, a cabeça e especialmente para os olhos. Estas podem variar de acordo com o tipo de trabalho a ser realizado, mas geralmente devem permitir liberdade de movimentos e ao mesmo tempo cobrir adequadamente contra queimaduras e faíscas, respingos de solda, e da radiação do arco. As roupas que usamos no dia a dia podem protegê-lo da exposição à radiação ultra-violeta, que aparecem na forma de uma queimadura de pele, como por exemplo, as queimaduras de sol. Sob condições severas, entretanto, podem resultar em queimaduras sérias e câncer de pele, quando se permanece exposto a radiação excessiva. Devido a sua maior durabilidade e resistência ao fogo, roupas de couro são as mais apropriadas para serem usadas. Tecidos sintéticos ( que podem derreter ou pegar fogo quando expostos a calor extremo) ou algodão não devem ser usadas a não ser que tenham sido especialmente tratadas para resistirem ao fogo. Se possível, mantenha suas roupas limpas de graxa e óleo, pois estas substâncias podem pegar fogo e queimar incontroladamente na presença de oxigênio. Guia para seleção de lentes para proteção dos olhos dados obtidos ANSI/AWS Z49.1-88
  19. 19. APOSTILA III Cilindros de Gás São vasos de pressão especialmente confeccionados com a finalidade de acondicionar gases sob alta pressão. Devido às altas pressões contidas nos cilindros, deve-se dar atenção especial a sua identificação, transporte, armazenamento e uso. Tanto o cilindro de oxigênio quanto o cilindro de acetileno são feitos em aço especial, sendo que as paredes dos cilindros de oxigênio são mais espessas do que as paredes dos cilindros de acetileno. Os cilindros de gases como oxigênio, Co2, nitrogênio e misturas gasosas, são confeccionados sem costura (sem solda ). O acetileno é engarrafado em cilindros especiais com costura (são soldados), sendo que, em seu interior, existe uma “massa porosa” contendo acetona. O gás dissolvese na acetona e fica retido nos poros da massa, sem perigo de explosão. Com essa técnica, consegue-se engarrafar o acetileno em cilindros a uma pressão de 20kgf/cm2. Usar somente cilindros contendo o gás adequado para cada processo distinto. Transporte Os cilindros são vasos de pressão bastante resistentes, por isso pesam muito e dentro deles há uma pressão considerável. Quando um cilindro cai, pode atingir pessoas, causando-lhes sérios ferimentos. Se um cilindro cair de tal forma que a válvula quebre, a parte solta pode ser expelida como um projétil, semelhante a uma bala de arma de fogo, e pode atingir alguém em sua trajetória. O jato de gás, sob alta pressão, se atingir pessoas pode feri-las gravemente, podendo ainda atingir
  20. 20. APOSTILA III orifícios do corpo como boca, ouvido, nariz, etc. Ao transportar ou movimentar cilindros deve-se ter em mente as seguintes medias de segurança:     Mantenha as mãos limpas, livres de óleo ou graxa. Proteja os cilindros contra choques. Não os deixe cair ou sofrer impactos. Transporte os cilindros sempre com o capacete de proteção da válvula. Jamais transportá-los com ponte rolante presos a cabo de aço ou eletroimã, Armazenagem      Os cilindros devem ser armazenados em local bem ventilado, protegidos de chuva e raios solares. O local deve ser seco e as paredes devem resistir ao fogo. Cilindros de gases comburentes, como o oxigênio, não devem ser armazenados no mesmo local que gases combustíveis, como o acetileno e o hidrogênio. Na medida do possível, deve haver uma parede divisória entre eles. A área de armazenamento deve ser sinalizada com avisos de proibido fumar, produção de faíscas ou chama aberta. Junto à área de armazenamento não deve haver fios de alta tensão ou instalações elétricas precárias. Certifique-se que a válvula dos cilindros esteja bem fechada. Manuseio        Nunca permita que o eletrodo, porta eletrodo ou qualquer outra porta eletrodo ou qualquer outra parte eletricamente carregada toque o cilindro. Nunca tente transferir gases de um cilindro para outro. Esta prática envolve grandes riscos e inúmeros acidentes fatais têm ocorrido devido a essa prática. Não provoque aumento de pressão do cilindro por meio de calor ou chama. Não mantenha sobre o cilindro objetos que possam dificultar o rápido fechamento da válvula. Certifique-se de usar o gás certo, consultando o código de cores Conforme norma ABNT NB-46 (Tabela 3) e a conexão conforme norma PB588. Certifique-se que não haja sujeira no orifício de saída da válvula. Em
  21. 21. APOSTILA III   Caso de dúvida, abrir a válvula devagar, só para dar um jato de limpeza. Nunca dirija este jato contra si próprio ou qualquer outra pessoa Uso do cilindro de gás    Cilindros de gás somente devem ser usados estando na posição vertical presos a um suporte, ou em carro-suporte adequado. Não usar gases como ar comprimido para limpar peças ou locais de trabalho, partida de motores ou qualquer outro serviço onde se use ar comprimido. Não usar sobre o corpo para refrigerá-lo, pois o contato com qualquer mancha de óleo, graxa ou gordura pode provocar ignição, quando se tratar do oxigênio. O jato de qualquer gás dirigido para o corpo, quando sob pressão relativamente baixa pode causar penetração de partículas sólidas em alta velocidade. Quando se tratar de um gás inerte, pode causar asfixia. Reguladores de Pressão Os gases fornecidos em cilindros não podem ser utilizados à pressão que se encontram dentro do cilindro. Com efeito, um cilindro de oxigênio cheio tem uma pressão interior da ordem de 180Kgf/cm2, e o acetileno dissolvido na acetona tem pressão de 20Kgf/cm2.Para o uso normal desses dois gases, a pressão de trabalho é da ordem de: - 1,5kgf/cm2 a 6,0Kgf/cm2 para o oxigênio; - 0,3Kgf/cm2 a 1,0Kgf/cm2 para o acetileno. Há, portanto, necessidade de um dispositivo - o regulador - que transforme a pressão existente no interior do cilindro (alta pressão) em pressão adequada para Cilindros de gás somente devem ser usados na posição vertical ou em carro-suporte adequados o uso que se fizer do gás (baixa pressão). Os reguladores são semelhantes em seu sistema de funcionamento, diferenciandose apenas nas suas dimensões, formas e características, de acordo com:            O tipo de gás A pressão que vai ser reduzida A pressão que vai manter na saída O volume máximo a fornecer, mantendo a pressão constante Os seguintes cuidados devem ser tomados ao se manusear reguladores de pressão: Nunca use óleo ou graxa no regulador, na conexão ao cilindro ou qualquer outra peça que seja acoplada. Não troque a conexão de entrada de um regulador com objetivo de usar a válvula com um gás diferente Nunca tente lubrificar o parafuso de regulagem. Isso não é necessário. Não use reguladores com manômetros danificados. Afrouxe totalmente o parafuso do diafragma antes de abrir o cilindro. Limpe as conexões de entrada antes de acoplar o regulador em qualquer local. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 21
  22. 22. APOSTILA III Válvulas de segurança       É obrigatória a utilização de válvulas de segurança em equipamentos de solda e corte como medida de prevenção de acidentes. Há normalmente dois tipos de dispositivos de segurança: válvulas contra retrocesso de chama e válvulas de contra-fluxo. A válvula contra retrocesso de chama é um dispositivo para conexão aos cilindros de gases combustíveis (acetileno, propano e GLP) e comburentes (oxigênio). Seu funcionamento é previsto para baixas pressões e, portanto, deve ser conectada após o regulador de pressão (figura 09). Essas válvulas têm as seguintes funções: Evitar o Contra Fluxo de Gases: O contra fluxo de gases pode ser ocasionado por entupimento de bicos de maçaricos ou purga incorreta das mangueiras. Uma válvula unidirecional é ativada para bloqueio de contra fluxo do gás. Extinguir o Retrocesso de Chama: Um filtro sinterizado, normalmente em aço inoxidável, tem a função de extinguir a chama do retrocesso, enquanto que o fluxo de gás combustível é interrompido pela válvula unidirecional. A válvula de contra fluxo têm a função de evitar a entrada de gás de um sistema para outro, em caso de defeito no maçarico, ou mesmo por entupimento do bico de solda ou de corte. Esse tipo de válvula deve ser instalada nas conexões de entrada do maçarico. Deve ser salientado que a válvula de contra fluxo de gases não tem a função de evitar o retrocesso da chama entre o maçarico e o regulador de pressão. A tendência atual no mercado é a utilização de válvula contra fluxo equipada com um sinterizado de aço inoxidável, que tem a função de evitar o retrocesso de chama além de impedir o contra fluxo de gases. São mais seguras, pois evitam acidentes que poderiam ocorrer nas mangueiras de gases. É recomendado o uso simultâneo de válvulas contra fluxo e retrocesso de chama no maçarico e válvulas contra retrocesso de chama instalado junto aos reguladores de pressão. Mangueiras As mangueiras têm a finalidade de transportar os gases em baixa pressão dos reguladores de pressão até o maçarico de solda ou corte. As mangueiras para uso em soldagem, e corte são constituídas de camadas de borracha sobre uma trama interna. São ainda identificadas por cores de acordo com o seu uso, sendo:
  23. 23. APOSTILA III Os seguintes cuidados devem ser tomados ao manusear com as mangueiras:      Antes de sua instalação, purgá-las com gás para remover talco ou impurezas. Não usar mangueiras acidentadas ou danificadas. Não expô-las a óleo, graxa, peças aquecidas ou fogo. Use sempre braçadeiras adequadas para conectar as mangueiras ao maçarico e ao regulador de pressão. Proteja as mangueiras contra rodas de equipamentos. Maçaricos O maçarico consiste, essencialmente, de um conjunto de tubos de gás e válvulas de controle. Um dos tubos e uma das válvulas controla o suprimento de combustível e o outro tubo e válvula controla o suprimento de oxigênio. . Os seguintes cuidados devem ser tomados ao se manusear com o maçarico:       Não esfregue o bico sobre qualquer superfície para desobstruí-lo; use a agulha adequada para limpeza ou limpeza química. Não use o maçarico como ferramenta, alavanca, etc. Use as pressões recomendadas pelo fabricante. Não utilize o maçarico de corte para solda ou aquecimento e vice-versa. Não permita que pessoas não treinadas manuseiem o equipamento. Não use fósforo ou chama direta para acender o maçarico. Soldagem e Corte em Vasos e Containers Fechados Quem já não ouviu falar de um colega que ao cortar com maçarico um barril, este explodiu, projetando o soldador a metros de distância, e resultando em queimaduras de primeiro, segundo e terceiro graus por todo o corpo ou mesmo a perda de membros, principalmente mãos e braços. Infelizmente, este colega tornou-se um mutilado devido a um acidente de trabalho e a não observação das regras básicas de segurança.
  24. 24. APOSTILA III É muito perigoso soldar ou cortar containers fechados em que foram armazenados líquidos inflamáveis sem que precauções adequadas sejam tomadas. Uma explosão dos vapores pode ser cauado pelo arco elétrico ou chama usada para soldagem ou corte. O perigo está presente não somente em containers em que foram armazenados líquidos voláteis como gasolina, querosene, como também outros materiais tipo óleo de lubrificação, óleo diesel, parafina, amônia e muitos outros. Se é necessário trabalhar em um vaso e não se tem conhecimento do seu conteúdo interior, este deve ser tratado como se contivesse uma substância inflamável, mesmo quando permaneceu vazio por um longo tempo. Os métodos de prevenir acidentes deste tipo são:   Tornar o material não explosivo e não inflamável; Remoção do material inflamável. Tornar o Material não Explosivo e não Inflamável Neste método, o ar do interior do container é trocado por um gás inerte ou por água durante o tempo em que se desenvolve o trabalho. O gás inerte pode ser vapor, nitrogênio ou dióxido de carbono. Este procedimento deve ser verificado e certificado por pessoal competente e para trabalhos de longa duração, verificado em intervalos regulares. Aberturas no container devem ser fechadas de forma tal que o ar externo não possa entrar em seu interior rapidamente e evitando que se forme excesso de pressão em seu interior O método de substituir o ar do interior do container por água é aplicável quando for possível soldar abaixo da linha d'água ou for seguro deixar um pequeno espaço de ar imediatamente, abaixo da parte que será aquecida. O espaço de ar ainda conterá vapores inflamáveis, e este método deve ser usado somente quando o espaço de ar é livre para ventilar com a atmosfera externa. Uma aplicação típica deste método é o reparo de uma junta entre um tubo de alimentação e um tanque de combustível. Como mostrado na Figura abaixo.
  25. 25. APOSTILA III Os métodos que se seguem NUNCA devem ser usados:    Lavagem do vaso com água fria ou quente, ou permitir um jato d'água dentro do vaso; Limpeza do vaso com ar comprimido; Limpeza do vaso com solventes tipos tricloretileno ou tetracloreto de carbono. Remoção do Material Inflamável Se não for possível encher o vaso com substância inerte, a alternativa é remover o material inflamável por lavagem com vapor ou por imersão em água fervente. Na lavagem com vapor, as tampas de entrada e saída e o plugue de drenagem devem ser removidos do vaso. As ferramentas a serem usadas devem ser do tipo que não produzem faíscas, como as que são feitas de bronze. O vaso deve ser então esvaziado e colocado em posição tal que o vapor condensado possa escoar de seu interior. A lavagem deve ser feita com vapor de baixa pressão interna. Uma montagem antes para evitar aumento da pressão interna. Uma montagem típica é mostrada na figura abaixo. A lavagem com vapor deve ser continuada até que a atmosfera no vaso torne-se não explosiva. Outro método é a imersão do vaso em água fervente. O vaso deve ser totalmente aberto (usando ferramentas que não produzam faíscas), esvaziando tanto quanto possível, e então imerso em água fervente. É recomendável o uso de um desengraxante alcalino, mas este deve ser do tipo que não produza corrosão no vaso. A imersão deve durar pelo menos meia hora, e períodos maiores quando necessário. Após a lavagem com vapor ou imersão em água quente, o vaso deve ser cuidadosamente examinado e testado por pessoal qualificado. Soldagem em containers fechados. Lavagem de um vaso com vapor de baixa pressão.
  26. 26. APOSTILA III Soldagem e corte e aquecimento, principais ricos dos fumos e gases e medidas de precaução PROCEDIMENTOS DE PRONTO SOCORRO E EMERGÊNCIA O pronto socorro consiste em um tratamento provisório aplicado em caso de acidente ou doença. Um socorro imediato (dentro de quatro minutos) e adequado pode ser a diferença entre uma recuperação completa, uma invalidez permanente ou a morte. Inalação de Gases Trabalhadores com sintomas de exposição a fumos e gases devem ser levados para uma área não contaminada e inalar ar fresco ou oxigênio. Caso a vítima esteja inconsciente, quem prestar socorro deve eliminar os gases venenosos ou asfixiantes da área ou usar equipamento apropriado de respiração antes de adentrá-la.
  27. 27. APOSTILA III Remover a vítima para uma área não contaminada e chamar um médico. Administrar oxigênio por meio de uma máscara se a vítima estiver respirando. Caso contrário, praticar a reanimação cardiopulmonar, de preferência com administração simultânea de oxigênio. Conservar a vítima aquecida e imobilizada. Olhos Afetados Caso a vítima use lentes de contato, removê-las. Irrigar os olhos com grande quantidade de água por 15 min. Ocasionalmente, levantar as pálpebras para assegurar uma irrigação completa. Aplicar um curativo protetor seco.Chamar um médico.Requerer assistência médica para remover ciscos ou poeira. Em caso de ferimento por irradiação de arco elétrico, aplicar repetidamente compressas frias (de preferência geladas) durante5a10 min. Aplicar um curativo protetor seco. Chamar um médico. Não esfregar os olhos.Não usar gotas ou colírio salvo se receitados por um médico. Irritação da Pele Para os casos de contato da pele com produtos irritantes, molhar as regiões afetadas com grandes quantidades de água e depois, lavar com água e sabão. Retirar a roupa contaminada. Se as mucosas estiverem irritadas, molhar com água. Lavar cortes e arranhões com água e sabão neutro. Aplicar um curativo seco e esterilizado. Queimaduras Para queimaduras por calor, aplicar água fria numa bolsa de borracha ou similar. Se a pele não estiver rompida, imergir a parte queimada em água fria limpa ou aplicar gelo limpo para aliviar a dor. Não furar bolhas.Enfaixar sem apertar com faixa seca e limpa.Chamar um médico. Choques Elétricos Quem prestar socorro deve primeiramente proteger a si mesmo com materiais isolantes tais como luvas. Desligar o equipamento para eliminar o contato elétrico com a vítima. Usar equipamento ou objetos isolantes se a pessoa que prestar socorro tiver que tocar a vítima para retirá-la. Se a vítima não estiver respirando, praticar reanimação cardiopulmonar assim que o contato elétrico for removido. Chamar um médico. Continuar com a ressuscitação cardiopulmonar até que a respiração espontânea tenha sido restaurada ou até que o médico tenha chegado. Administrar oxigênio e manter a vítima aquecida. Queimaduras por Eletricidade Tratar queimaduras por eletricidade como queimaduras por calor. Aplicar compressas frias ou geladas. Cobrir as feridas com curativo seco limpo.Chamar um médico. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 27
  28. 28. APOSTILA III Metalurgia de soldagem WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 28
  29. 29. APOSTILA III 2 METALURGIA DE SOLDAGEM INTRODUÇÃO A soldagem causa alterações bruscas e localizadas de temperatura no material sendo soldado. Estas alterações podem provocar mudanças estruturais e, consequentemente, nas propriedades do material. A Degradação nas propriedades, com implicações na futura utilização da peça soldada tem influencia determinante na qualidade do produto soldado. Duas maneiras de se enfrentar este problema são:  Desenvolver materiais que sejam menos sensíveis à soldagem, isto é, melhorar a "soldabilidade" dos materiais.  Controlar a operação de soldagem (e, possivelmente, executar operações complementares) de modo a minimizar ou remover a degradação de propriedades da peça. Sendo assim metalurgia de soldagem consiste em estudar o efeito da operação de soldagem sobre a estrutura e propriedades dos materiais para:    Obter informações que auxiliem no desenvolvimento de novos materiais menos sensíveis à soldagem. Determinar os parâmetros operacionais de soldagem de maior influência nas alterações da estrutura e propriedades do material. Desenvolver operações complementares, para minimizar a degradação de propriedades, ou para reverter esta degradação. ESCOPO DA METALURGIA DA SOLDAGEM Parametros Operacionais : Corrente tensão velocidade, etc. consumiveis, gás, fluxos etc Ciclo termico, velocidade de aquecimentoe de resfriamento, temperatura de pico, propriedades do material Tensões e Deformações Geometria da solda largura, penetração, área diluição etc. Microestrutura: zonas fundida e termicamente afetada etc. Propriedades mecanicas, quimicas, eletricas
  30. 30. APOSTILA III RELAÇÃO ESTRUTURA E PROPRIEDADES As Características dos metais têm grande influência de sua estrutura em várias de suas propriedades. A estrutura é determinada pelos “processamentos” sofridos pelo metal durante sua fabricação – sua história. Exemplo: Variação do LE com a velocidade de resfriamento para um aço SAE 1080. (préaquecido a 900ºC por uma hora.) A soldagem, sob certos aspectos:    Considerada como um violento tratamento térmico e mecânico. Pode causar alterações localizadas na estrutura da junta soldada. Capaz de afetar localmente as propriedades do material. Comprometimento do desempenho em serviço da peça soldada deve ser minimizado por:   Adequação do processo de soldagem ao material a ser soldado. Escolha de um material (metal base e/ou consumíveis) pouco sensível a alterações estruturais pelo processo de soldagem. NÍVEIS ESTRUTURAIS Estrutura compreende detalhes grosseiros (macroestrutura) até a organização interna dos átomos (estrutura eletrônica). Metalurgia física: interessa-se   Pelo arranjo dos átomos que compõem as diversas fases de um metal (estrutura cristalina) Pelo arranjo dessas fases (microestrutura).
  31. 31. APOSTILA III ESTRUTURAS CRISTALINAS Os metais são sólidos cristalinos, onde seus átomos no estado solido estão arranjados numa ordem de longo alcance de maneira a formar uma estrutura cristalina. Isto ocorre, pois seus átomos se organizam em um arranjo espacial repetitivo e que surge de forma progressiva durante o processo de solidificação. Os átomos vibram e apenas em torno de suas posiçãoes de equilíbrio, posições fixas na rede cristalina. No estado liquido os metais não possuem arranjo atômico, porem a medida que a temperatura do metal liquido em dado processo de resfriamentos se aproxima do ponto de solidificação vai se formando um certo arranjo atômico numa ordem de curta distância em que a estrutura apresenta-se bastante similar a do solido. Então o metal começa a solidificar-se e a formar um arranjo atômico especifico para aquele metal ou liga metálica que naquela temperatura e velocidade de resfriamento lhe é peculiar. Esse aspecto será mais detalhado quando do estudo dos diagramas de fase e equilíbrio. Dessa maneira a estrutura cristalina é formada por repetição ou formação periódica de um arranjo de átomos, ainda que distantes uns dos outros – distância interatômica. As estruturas cristalinas mais comuns e seus respectivos metais estão listados na tabela abaixo. CFC Ferro γ Alumínio Chumbo Cobre Níquel Ouro Platina Cobalto β CCC Cromo Ferro α Molibdênio Tungstênio Tântalo Vanádio Titânio Nióbio HC Titânio α Zinco Cobalto α Cádmio Zircônio Magnésio ---------------------------
  32. 32. APOSTILA III O estudo das estruturas cristalinas dos metais é facilitado através da configuração e células unitárias apresentadas em forma do menor paralelepípedo referenciado a três eixos coordenados que representam a simetria da estrutura. Os átomos são apresentados como esferas rígidas cujo os centros coincidem com os vértices/faces deste outro paralelepípedo, chamado célula unitária. Alguns átomos podem também ocupar outras posições, também de equilíbrio na estrutura cristalina. Entre as diversas, as principais estruturas cristalinas são:     Cúbica de face centrada (CFC) Cúbica de corpo centrado (CCC) Hexagonal compacta (HC) Tetragonal de corpo centrado (TCC) Cúbica de face centrada (CFC) Na estrutura cristalina cúbica de face concentrada, a célula unitária possui formato de um cubo e os átomos estão organizados localizados no centro de cada uma das faces deste cubo (um átomo por face) e um átomo por vértice do cubo conforme as figuras abaixo. Possui 4 atomos por celula unitaria (1/8 x 8) + (1/2 x 6) = 4. Apresenta o maior numero de planos de maior densidade atomica , de tal modo que os metais que apresentam esse sistema tem maior tenacidade que os metais do sistema CCC Cubica de corpo centrado Na estrutura cristalina cubica de corpo centrado, a celula unitaria possui formato de um cubo eos atomos estão localizados nos vertices do cubo ( um atomo por vertice ) e um atomo localizado no centro do cubo conforme figura a seguir. Possui dois átomos por célula unitária: ( 1/8 x 8 ) + 1 = 2
  33. 33. APOSTILA III Hexagonal compacta (HC) Na estrutura cristalina hexagonal compacta, a célula unitária possui um formato de um prisma hexagonal e os átomos estão localizados nos vértices deste hexágono(um átomo por vértice ), um átomo localizado no centro de cada uma das duas bases ( superior e inferior ) do prisma hexagonal, e três átomos localizados no centro de cada prisma triangular alternados ( formando um plano entre as faces superior e inferior do prisma hexagonal), conforme figura abaixo: Possui 6 átomos por célula unitária [ ( 1/6 x 12) + ( 1/2 x 2 ) + (1 + 3)] = 6 Tetragonal de corpo concentrado ( TCC ) Na estrutura cristalina tetragonal de corpo concentrado a célula unitária possui formato tetraédrico ( prisma reto de base quadrada), onde os átomos estão localizados nos vértices deste tetraedro ( um átomo por vértice ) e um átomo localizado no centro do tetraedro conforme figura abaixo. A célula unitária tetraédrica se difere da estrutura cúbica. A Martensita, uma microestrutura obtida através do resfriamento rápido da Austenita (Fe γ ) apresenta esta configuração da célula unitária ALOTROPIA DO FERRO A alotropia é a característica de um elemento químico apresentar duas ou mais estruturas cristalinas, dependendo da temperatura e pressão.
  34. 34. APOSTILA III Transformação alotrópica é a mudança de uma variedade alotrópica em outra que envolve ganho ou perda de energia. Constituintes Alotrópicos Do Elemento Fe Constituinte Ferrita Austenita Ferrita Delta Temperatura Ate 910º c De 910ºc a 1390ºc De 1390ºc a 1534ºc Forma alotrópica Ferro α Ferro γ Ferro δ Estrutura cristalina CCC CFC CCC DIAGRAMA DO FERRO ANALISANDO A FIGURA ACIMA LIQUIDO ---------------- SOLIDO ( AUSTENITA OU FERRITA DELTA ) FERRITA DELTA----- AUSTENITA AUSTENITA ----------- FERRITA AUSTENITA------------ FERRITA E CEMENTITA AUSTENITA------------ CEMENTITA + PERLITA
  35. 35. APOSTILA III LIGAS METALICAS FASES Quando os elementos químicos, metálicos ou não são adicionados ao metal puro ( elemento solvente ), temos uma liga metálica. É o caso, por exemplo, do carbono no ferro. As ligas ferrosas com ate 2,06% de carbono são denominadas aços as ligas ferrosas com 2,06 % de carbono ou mais se denominam ferros fundidos. O elemento puro ferro é o solvente enquanto o carbono é o elemento soluto. A estrutura cristalina principal é a do ferro puro, já que é o elemento de maior teor. Uma conseqüência imediata de adição de átomos de soluto (carbono), isto é, átomos de natureza diferente da estrutura cristalina do metal puro ( ferro ) é a distorção da estrutura cristalina. Caso esta distorção torne mais difícil o deslocamento dos átomos, a liga metálica formada estará mais resistente. Por definição, fase é toda porção física ou quimicamente homogênea de um sistema delimitado por uma superfície de separação chamada interface; por exemplo, gelo e água. Em metalurgia, no entanto esta definição e extremamente rígida, já que na ausência de equilíbrio podem ocorrer variações de composição química no domínio da fase. As fases podem ser:    Solução solida Composto químico Mistura mecânica SOLUÇÃO SOLIDA Temos uma solução solida quando o elemento soluto adicionado passa a fazer parte integrante da fase sólida, respeitando o limite de solubilidade cristalina do solvente mistura homogênea. Analogamente os metais considerados como puros,( metal comercia ), na realidade contem elementos residuais ou impurezas que tendem a alterar suas características originais. Solução Solida Substitucional Ocorre quando um átomo do soluto substitui um átomo do solvente na estrutura cristalina ate atingir o limite de solubilidade solida sem alterar significativamente o arranjo cristalino. Os átomos apresentam dimensões semelhantes e os elementos possuem normalmente a mesma estrutura cristalina. O limite de solubilidade solida varia com a temperatura e essa variação pode ser vista através de diagramas de equilíbrio ou de fase. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 35
  36. 36. APOSTILA III Solução Solida Intersticial Ocorre quando pequenos átomos do soluto se localizam nos interstícios entre átomos maiores do solvente. Um exemplo bem conhecido é a solução solida de carbono C no Ferro Gama ( Fe γ)estrutura CFC – denominado AUSTENITA, com máxima solubilidade de 2,06%de C a 1147º c e estável acima de 723º c, com teor de C variando conforme a composição da liga (Fe – C) ou (Fe – Fe3C) e com a temperatura. É tenaz, apresentando boa resistência mecânica e ductilidade. Da mesma forma a solução solida de C no (Fe α) denominada FERRRITA apresenta máxima solubilidade de 0,025% de C a 723º c apresenta baixa dureza e resistência a tração e boa ductilidade podendo ser prejudicado por um tamanho excessivo do grão bem como pela sua morfologia. COMPOSTO QUÍMICO É a fase constituída por átomos entre dois ou mais elementos químicos numa proporção constante a qualquer temperatura e no domínio da fase. Nas ligas ferrosas temos a CEMENTITA (Fe3C) com 6,67% de C, estrutura cristalina ortorrômbica com 12 átomos de Fe e 4 átomos de C, por célula unitária. Apresenta dureza de aproximadamente 800 HB e é bastante frágil. Capaz de dissolver outros elementos ( Mn, Cr, Mo etc. ) dando origem a carbonetos complexos. MISTURA MECÂNICA E o constituinte formado por duas fases que se interagem mecanicamente segundo o processo de cinética de sua formação. Cada fase permanece com suas características individuais enquanto que as do constituinte são proporcionais a fase mais preponderante. Vista ao microscópio metalográfico apresenta-se geralmente na forma de lamelas. A PERLITA no aço é no caso dos aços uma mistura mecânica de 88% de Ferrita ( Fe α ) e 12% de CEMENTITA (Fe3C) formada a partir da decomposição da AUSTENITA (Fe γ ) com 0,8% de C. Em condições de equilíbrio resfriamento bem lento essa transformação se dá a temperatura EUTETÓIDE correspondendo a 723º c no diagrama de fase Fe – Fe3C. NUCLEAÇÃO Como já comentado anteriormente os metais líquidos, não possuem estrutura cristalina, seus átomos estão distribuídos aleatoriamente, em função do seu estado físico ( temperatura e pressão ). Para que ocorra o processo de solidificação é necessário que haja um super resfriamento do metal. A partir daí a solidificação ocorre em duas etapas: nucleação e crescimento de cada núcleo cristalino. A solidificação de um metal ou liga a partir do estado liquido Pode ser descrito como um processo embrionário, pois é a partir desses embriões sólidos que os primeiros núcleos ou germes cristalinos são formados. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 36
  37. 37. APOSTILA III Os embriões sólidos aparecem no meio liquido a medida que o metal que o metal ou liga se aproxima da temperatura de solidificação. A partir dos embriões estáveis os núcleos são formados; é a etapa da nucleação homogênea. Todavia, na pratica, os núcleos se formam preferencialmente nas superfícies mais exteriores do metal, que estão juntas na parede do molde ou lingoteira; assim como sobre substancias puras não metálicas ou metálicas de mais alto ponto de fusão. Para um dado volume de metal a medida que a porção solidificada aumenta, a porção liquida diminui de forma proporcional, então passo a passo novos átomos da fase liquida vão se agregando ao metal solidificado. É a etapa de crescimento. Formam-se as Dentritas com seus eixos principal e secundário. CONTORNO DO GRÃO Contorno de grão é o limite ou fronteira entre grãos. Os grãos são formados a partir dos núcleos iniciais que ao crescerem encontram outros núcleos iniciais, que também cresceram então é criado um limite entre eles, o qual é denominado contorno do grão. Os contornos de grão são considerados imperfeições cristalinas, porque eles representam interrupções no arranjo uniformes dos átomos. Os átomos ao longo do contorno apresentam um maior nível energético,-energia potencial- que os átomos do interior de cada grão tornando-os mais reativos e com maior poder de difusão. Tamanho Do Grão e Propriedades Mecânicas As propriedades mecânicas dependem fortemente do tamanho do grão do metal. Um metal que apresenta tamanho do grão pequeno terá melhor resistência à tração a temperatura ambiente, pois os contornos do grão tendem a inibir a deformação de grãos individuais quando o material esta submetido a esforços de tensão. Porem em temperaturas elevadas, sendo a movimentação atômica favorecida principalmente nos contornos de grão e em áreas tensionadas a resistência do material será menor. Como resultados são preferidos materiais com o tamanho do grão pequeno para aplicações em baixas temperaturas e temperatura ambiente. Por outro lado materiais com o tamanho do grão grande ( grosseiro ) são desejáveis para serviço em temperaturas elevadas. Metais e ligas metálicas com tamanho do grão pequeno, geralmente possuem melhor resistência a tração, melhor tenacidade e melhor resistência a fadiga. IMPERFEIÇÕES CRISTALINAS A estrutura cristalina não é tão perfeita quanto possa parecer a primeira vista; ela apresenta uma serie de imperfeições. a) Defeitos localizados: átomos deslocados, falta de átomos ( lacunas ) etc. b) Defeitos em linha: quando envolve a aresta de um plano extra de átomos; são as discordâncias. Estas têm grande importância no mecanismo de formação plástica das estruturas sujeitas a fadiga. Decorrem principalmente do processo de solidificação do metal, bem como de deformações e tensões residuais impostas ao metal. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 37
  38. 38. APOSTILA III c) Imperfeições de contorno: superfície externa e contorno do grão – quando ocorrem entre cristais (grãos adjacentes ou na superfície externa dos cristais ou da peça) Apesar de um material possuir uma ou mais fases presentes, ele contem muitos grãos com diferentes tamanhos, orientações e formatos mais ou menos irregulares devido ao processo de solidificação e pela presença dos grãos vizinhos. Portanto grãos são cristais individuais, onde os átomos do metal estão arranjados segundo um único modelo e uma única orientação caracterizada pela célula unitária. Cada grão resulta de um processo de nucleação e crescimento dos primitivos embriões cristalinos, processo esse que ocorre durante a solidificação do metal, mudança de fase ou refino do grão. Nos contornos de grão podem ser encontrada elevada concentração de impurezas, prejudicando certas propriedades mecânicas, por exemplo: ductilidade e tenacidade. Isto cria condições favoráveis a nucleação de uma nova fase, nas transformações no estado solido da mesma, forma que favorece a difusão. DICORDANCIAS Como já citado os defeitos em linha são chamados de discordâncias. Estas podem ser em cunha, em hélice, etc. e se caracterizam pela falta de planos atômicos no reticulado cristalino. Existe um campo de tensões elásticas ao redor das discordâncias, ocorrendo o seu movimento( deslocamento ) quando são aplicados esforços externos. Desse modo no processo de deformação as discordâncias podem se movimentar na estrutura cristalina ate atingir a superfície do cristal, onde pode ocorrer o seu aniquilamento ou empilhamento. DIFUSÃO Difusão é o fenômeno que ocorre no estado solido em etapas, através do transporte de matéria ( energia massa ) pela movimentação dos átomos na estrutura cristalina. É um processo ativado termicamente. Para que este transporte ocorra, é necessária a existência de interstícios e energia suficiente para que o átomo possa movimentar para uma nova posição de equilíbrio. Esta energia decorre da maior vibração dos átomos obtida por exemplo pelo aumento de temperatura ou aplicação de um campo magnético. Para que a difusão ocorre é necessário que tenha átomos de soluto em solução solida numa matriz de átomos solvente ( soluto material que esta sendo dissolvido na matriz ), essa solução pode ser considerada substitucional ou intersticial como já visto anteriormente. Quando o átomo deixa sua posição de estabilidade no reticulado cristalino e desloca-se para a posição em seu lugar pode ficar vazio ( lacuna ) ou sua posição pode ser ocupada por qualquer outro átomo. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 38
  39. 39. APOSTILA III Como o aumento da temperatura do metal no estado solido gera um aumento da vibração dos átomos na sua posição de equilíbrio, quanto maior a temperatura maior será a difusão, ou seja é um processo ativado termicamente. FASES PRESENTES NOS AÇOS Os aços são ligas de Fe e C (até 2%) contendo outros elementos como:   Impurezas: Resultantes do processo de fabricação. Elementos de liga: intencionalmente adicionados. De acordo com o teor de elementos de liga, os aços são subdivididos:     Aços carbono. Aços baixa-liga (teor de elementos de liga inferior a 5%). Aços média-liga (entre 5 e 10%). Aços alta-liga (acima de 10%). FASES PRESENTES NO AÇO RESFRIADO LENTAMENTE. Altas temperaturas:   AUSTENITA: solução sólida de C, Fe e outros elementos. Estrutura tipo CFC. Durante o resfriamento: (aços < 0,8%C):   AUSTENITA transforma-se em FERRITA. FERRITA: solução sólida C,Fe, estrutura CCC. Abaixo de 727 Célsius:   AUSTENITA transforma-se em PERLITA. PERLITA: mistura de FERRITA E CEMENTITA. FERRITA:     Constituinte macio, dútil, e em geral, tenaz. Tenacidade depende da temperatura. Frágil a baixas temperaturas. Transição dútil-frágil depende da composição e morfologia (tamanho de grão) WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 39
  40. 40. APOSTILA III PERLITA:    Constituinte mais duro e de menor tenacidade. Quantidade aumenta com o teor de carbono. Aço com 0,8%C, resfriado lentamente, é 100% PERLÍTICO (a) Aço Hipoeutetóide, com 0,45%C. 500X. FERRITA mais PERLITA. (b) Aço Eutetóide, com 0,8% C. 500X. PERLITA. (c) Aço Hipereutetóide, com 0,95% C. 1000X. CEMENTITA mais PERLITA. FASES METAESTÁVEIS Quando as transformações ocorrem em condições de equilíbrio (resfriamento lento). Quando se aumenta a velocidade de resfriamento:     Transformações se afastam do equilíbrio e a granulação se torna mais fina. Reduz a temperatura de transformação da Austenita. Menor mobilidade atômica e maior dificuldade para formação da Perlita. Fases não previstas no diagrama de equilíbrio serão formadas.
  41. 41. APOSTILA III Microestrutura de um aço Hipoeutetóide em função de sua velocidade de resfriamento a partir do campo Austenítico. Microestrutura de um aço baixo carbono resfriado rapidamente, constituída de Martensita. Martensita: Fase metaestável, não prevista no diagrama Fe-C. Estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado. Morfologia de lâminas ou agulhas. Maior dureza e mais frágil que os aços comuns. Ataque: Nital. Aumento: 200x. OUTRO MICROCONSTITUINTE DOS AÇOS A BAINITA Aspecto morfológico da Bainita – formada em temperaturas inferiores à Perlita, constitui-se de finos agregados de placas ou agulhas de Ferrita com partículas de Fe3C.
  42. 42. APOSTILA III Bainita superior(550 - 400°C) Bainita inferior(400 - 250°C) A morfologia acicular da Bainita é facilmente confundida com a Martensita na observação por Microscopia Ótica Ataque: picral 4% + nital 2% EFEITO DA VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO As transformações do item anterior pressupõem velocidades de resfriamento bastante baixas, de forma que todos os rearranjos atômicos possam se completar. Mudanças significativas podem acontecer se o aço, sob temperatura acima de 727°C, for bruscamente resfriado. As transformações podem não se completar e outras podem ocorrer, afetando sensivelmente as propriedades mecânicas. O gráfico abaixo é um exemplo típico, para um aço eutetóide, considerado inicialmente em temperatura na região da austenita (acima de 727°C) e bruscamente resfriado. Exemplo: se rapidamente resfriado para 500°C e mantido nesta temperatura, a transformação da austenita começará em t0 e terminará em t1. Ou melhor, a curva vermelha marca o início da transformação e a azul, o término.
  43. 43. APOSTILA III De 700 até cerca de 560°C há formação de perlita, tanto mais fina (e dura) quanto menor a temperatura. De 560 até cerca de 200°C há formação de bainita (ferrita mais carboneto de ferro fino), de dureza maior que a perlita anterior e, de forma similar, mais dura em temperaturas mais baixas. Entretanto, na faixa de 200°C, há formação de uma nova estrutura, a martensita, em forma de agulhas e bastante dura (superior às anteriores). A formação da martensita é o princípio básico da têmpera dos aços, isto é, o tratamento térmico para aumentar a dureza. Entretanto, nem todos os aços admitem têmpera. Em geral, somente com teor de carbono acima de 0,3% e velocidade de resfriamento alta. NA SOLDAGEM POR FUSÃO A velocidade de resfriamento será função: Da energia usada por unidade de comprimento (aporte de calor). Da temperatura inicial da peça. Da espessura e geometria da chapa.  Muito maior que as consideradas em diagramas de equilíbrio.  Muito provável a formação de fases frágeis. EFEITO DA ADIÇÃO DE ELEMENTOS DE LIGA A adição balanceada de elementos de liga permite a obtenção de uma variedade de tipos de aços com diferentes propriedades mecânicas, químicas, magnéticas, elétricas e térmicas. Estruturalmente, pode-se considerar que os elementos de liga atuam em dois aspectos fundamentais: termodinâmico e cinético. No primeiro aspecto, um elemento de liga pode alterar a estabilidade relativa das fases do aço ou mesmo tornar estável outra fase. a maioria dos elementos de liga reduz a velocidade de transformação da austenita ou, em outras palavras, aumenta a sua temperabilidade. Este efeito pode ser diferente para os diversos constituintes e, portanto a adição de elementos de liga pode favorecer a formação de um constituinte, em prejuízo de outro. Ao entrar em solução sólida em uma fase, um elemento de liga pode alterar as propriedades desta fase. Em particular, a resistência mecânica é em geral aumentada e sua ductilidade diminuída. MECANISMOS DE AUMENTO DA RESISTÊNCIA MECÂNICA A resistência mecânica dos aços pode variar enormemente, de cerca de 200 ate 2000 MPa. Como em outros metais, existem para os aços diversos mecanismos de endurecimento, dos quais podemos citar: deformação a frio, formação de solução sólida e refino de grão. Destes o refino de grão é particularmente importante por produzir, simultaneamente, uma melhoria de ductilidade e tenacidade. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 43
  44. 44. APOSTILA III CONSIDERAÇÕES DURANTE A SOLDAGEM FLUXO DE CALOR A maioria dos processos de soldagem por fusão é caracterizada pela utilização de uma fonte de calor intensa e localizada. Por exemplo, na soldagem a arco, têm-se uma intensidade da ordem de 5 x 108 W/m2. Esta energia concentrada pode gerar, em pequenas regiões, temperaturas elevadas, altos gradientes térmicos (102 a 103 oC/mm), variações bruscas de temperatura (de ate 103 oC/s) e, conseqüentemente, extensas variações de microestrutura e propriedades, em um pequeno volume de material. O fluxo de calor na soldagem pode ser dividido, de maneira simplificada, em duas etapas básicas: fornecimento de calor a junta e dissipação deste calor pela peça. Na primeira etapa, para soldagem a arco, pode-se considerar o arco como uma única fonte de calor, definido por sua energia de soldagem, isto é: E=?.V.I/v, Onde: E = Energia de soldagem, em J/mm; ? = Eficiência elétrica do processo; V = Tensão no arco, em V; I = Corrente de soldagem, em A; v = Velocidade de soldagem, em mm/s A energia de soldagem é uma medida da quantidade de calor cedida a peça, por unidade de comprimento da solda. Na segunda etapa, a dissipação do calor ocorre principalmente por condução na peça, das regiões aquecidas para o restante do material. A evolução de temperatura em diferentes pontos, devido à soldagem, pode ser estimada teórica ou experimentalmente. Um ponto localizado próximo à junta experimentará uma variação de temperatura, devido à passagem da fonte de calor, como mostra a figura abaixo, esta curva é chamada de "ciclo térmico de soldagem”.
  45. 45. APOSTILA III São características importantes do ciclo térmico de soldagem: a) (Temperatura de pico (Tp)), temperatura máxima atingida no ponto. Tp diminui com a distancia ao centro da solda, e indica a extensão das regiões afetadas pelo calor de soldagem; b) Tempo de permanecia (tp) acima de uma temperatura critica, tempo em que o ponto fica submetido a temperaturas superiores a uma temperatura mínima para ocorrer uma alteração de interesse, chamada temperatura critica (Tc); c) Velocidade de resfriamento, definida pelo valor da velocidade de resfriamento a uma determinada temperatura T, ou pelo tempo necessário (?t) para o ponto resfriar de uma temperatura (T1) a outra (T2). Os ciclos térmicos de soldagem e a repartição térmica dependem de diversas variáveis entre elas:  Tipo de metal de base: quanto maior a condutividade térmica do material maior a velocidade de resfriamento;  Geometria da junta soldada: considerando todos os outros parâmetros idênticos, uma junta em T possui três direções para o fluxo de calor, enquanto uma junta de topo possui apenas duas, as juntas em T tendem a resfriar mais rapidamente.
  46. 46. APOSTILA III  Espessura da junta: até uma espessura limite, a velocidade de resfriamento aumenta com a espessura da peça. Acima deste limite, a velocidade de resfriamento independe da espessura.  Energia de soldagem e temperatura inicial da peça: a velocidade de resfriamento diminui com o aumento destes dois parâmetros e a repartição térmica torna-se mais larga. Direções para escoamento do calor em juntas (a) de topo (b) em T MACROESTRUTURA DE SOLDAS POR FUSÃO A figura abaixo mostra que uma solda por fusão apresenta três regiões básicas: a) Zona Fundida (ZF): região onde o material fundiu-se e solidificou-se durante a operação de soldagem. As temperaturas de pico nesta região foram superiores a temperatura de fusão do material (Tf); b) Zona Termicamente Afetada (ZTA) ou Zona Afetada pelo Calor (ZAC): região não fundida do metal base que teve sua microestrutura e/ou propriedades alteradas pelo ciclo térmico de soldagem. As temperaturas de pico foram superiores a temperaturas criticas para o material em questão; c) Metal de Base (MB): região mais afastada do cordão de solda e que não foi afetada pelo processo de soldagem. As temperaturas de pico são inferiores a temperaturas criticas para o material. O ciclo térmico de soldagem determina, em grande parte, as alterações estruturais que uma dada região do material pode sofrer devido ao processo de soldagem.
  47. 47. APOSTILA III CARACTERÍSTICAS DA POÇA DE FUSÃO Nos processos de soldagem por fusão, a zona fundida pode ser formada sob as mais diversas condições. Nos processos mais comuns, isto é, na soldagem a arco com eletrodo consumível, o metal de adição fundido é transferido para a poça de fusão na forma de gotas, aquecidas a temperaturas muito elevadas, acima de 2.000 oC, no caso dos aços. Nas partes mais quentes da poça de fusão, localizadas logo abaixo do arco, o metal de adição é misturado, sob intensa agitação, ao metal base fundido. Na parte posterior da poça, a temperatura cai e ocorre a solidificação. Nas regiões superaquecidas ocorre uma intensa interação do metal fundido com os gases e escorias presentes na região do arco. Estas interações envolvem a absorção de gases (por exemplo, hidrogênio pelo aço, alumínio ou cobre), a redução de óxidos, com a transferência de oxigênio para o metal, a transferência de elementos de liga e impurezas do metal fundido para a escoria ou vice-versa e a volatilização de elementos de maior pressão de vapor (por exemplo, Zn, Cr e Al). A composição química final da ZF depende da intensidade destas interações, das composições químicas do metal de base e de adição e da participação relativa destes na formação da ZF. Esta participação relativa é conhecida como "coeficiente de diluição" ou, simplesmente, como "diluição" (D), como definida abaixo: A diluição pode ser medida em macrografias de seção transversal de soldas, como mostra a figura abaixo. Seu valor pode vaiar entre 100% (soldas sem metal de adição) e 0% (brasagem). O controle da diluição é importante na soldagem de metais dissimilares, na deposição de revestimentos especiais sobre uma superfície metálica, na soldagem de metais de composição química desconhecida, caso muito comum em soldagem de manutenção e na soldagem de materiais que tenham altos teores de elementos prejudiciais à zona fundida, como carbono e o enxofre. Na parte posterior da poça de fusão, a temperatura cai até a temperatura de inicio de solidificação do material. Esta queda de temperatura faz com que diversas reações que ocorreram nas regiões mais quentes ocorram agora em sentido contrario, o material pode ficar supersaturado de gases em solução, como hidrogênio e o nitrogênio, devido à redução de sua solubilidade com a queda de
  48. 48. APOSTILA III temperatura e a solidificação, a evolução destes gases pode gerar porosidade na solda. A solubilidade do oxigênio também cai com a temperatura e este passa a reagir com outros elementos. O produto destas reações pode ser um gás (por exemplo, C + O CO(g), no aço), que pode causar porosidade; um sólido ou um líquido insolúvel na poça que, se for capturado pela frente de solidificação, resultara em inclusões na solda. A formação de porosidades devido a reações do oxigênio com o carbono e a formação de inclusões, sua forma, tamanho e quantidade, dependem do processo e do procedimento de soldagem, da composição do meio de proteção da poça de fusão e do arco (gases e escoria) e das composições do metal de base e adição. SOLIDIFICAÇÃO DA POÇA DE FUSÃO Em soldagem o fenômeno de solidificação, embora seja semelhante ao de um lingote ou peça fundida, guarda características que lha são próprias: CRESCIMENTO EPITAXIAL A formação de novos grãos não é um evento na solidificação em soldagem. Ao contrario do lingote ou peça fundida, a solda se forma pelo crescimento de grãos do metal de base que estão na interface sólido-líquido. Este fenômeno, chamado de “crescimento epitaxial”, assegura a continuidade metálica entre a ZF e o metal de base. CRESCIMENTO COMPETITIVO Como a “facilidade de crescimento” de um cristal dependente de sua orientação em relação ao fluxo de calor, a solidificação de vários cristais aleatoriamente orientados causa uma seleção, isto é, os cristais orientados desfavoravelmente tendem a para de crescer. Este fenômeno ocorre em soldagem e pode ser responsável por um certo grau anisotropia da ZF. SEGREGAÇÃO Devido às elevadas velocidades de solidificação em soldagem, a segregação ocorre em menor escala do que em um lingote. Esta segregação, contudo, é suficiente para causar variações localizadas de microestrutura, propriedades e mesmo problemas de fissuração, particularmente no centro do cordão. Como As peças fundidas em geral, a ZF é caracterizada por uma estrutura primaria de grãos colunares e grosseiros. Este tipo de estrutura confere baixa tenacidade ao material. FORMAÇÃO DA ESTRUTURA SECUNDARIA Após a sua solidificação, a ZF pode sofrer ainda alterações até o resfriamento final à temperatura ambiente. Estas alterações podem incluir, por exemplo, o crescimento do grão, a formação de carbonetos, nitretos, fases intermetálicas, etc. e a transformação de uma fase em outra(s). Nos aços doces e aços de baixa-liga, por exemplo, a poça de fusão normalmente se solidifica como ferrita delta, que logo se transforma em austenita. Por sua vez, esta pode se transformar em uma única fase ou em uma mistura complexa de constituintes, em função de fatores como tamanho WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 48
  49. 49. APOSTILA III do grão austenitico, composição química, velocidade de resfriamento e composição, tamanho e quantidade de inclusões. Em soldagem com vários passes, a microestrutura é mais complexa devido ao efeito refinador (em aços transformáveis) de um passe sobre os imediatamente anteriores. As propriedades finais da ZF dependerão de sua estrutura final, incluindo as microestruturas de solidificação e a secundaria, e a presença de descontinuidades. CARACTERÍSTICAS DA ZONA AFETADA TERMICAMENTE As características da ZTA dependem fundamentalmente do tipo de metal de base e do processo e procedimento de soldagem, isto é, do ciclo térmico e da repartição térmica. De acordo com o tipo de metal que esta sendo soldado, os efeitos do ciclo térmico,poderão ser os mais variados. No caso de metais não transformáveis (por exemplo, alumínio), a mudança estrutural mais marcante será o crescimento do grão. Em metais transformáveis, a ZTA será mais complexa. No caso de aços carbono e aços baixa-liga, está apresentará regiões características. REGIÃO DE CRESCIMENTO DE GRÃO Compreende a região do metal de base, mais próxima da solda, que foi submetida a temperaturas próximas da temperatura de fusão. Nesta situação, a estrutura austenistica sofre um grande crescimento de grão. Este crescimento dependerá do tipo de aço a da energia de soldagem (processos de maior energia resultarão em granulação mais grosseira). A estrutura final de transformação dependerá do teor de carbono e de elementos de liga em geral, do tamanho de grão austenistico e da velocidade de resfriamento. Aumentando-se qualquer um dos fatores a temperabilidade da região aumentará. De um modo geral, esta região é caracterizada por uma estrutura grosseira, com placas de ferrita, podendo conter perlita, bainita ou martensita. Esta região é a mais problemática da ZTA de um aço, podendo ter menor tenacidade e ate apresentar problemas de fissuração. REGIÃO DE REFINO DE GRÃO Compreende a porção de junta aquecida a temperaturas comumente utilizadas na normalização dos aços (900 a 1000 oC). Após o processo de soldagem, esta região é caracterizada, geralmente, por uma estrutura fina de ferrita não sendo problemática na maioria dos casos. REGIÃO INTERCRÍTICA Nesta região, a temperatura de pico varia entre 727ºC sendo caracterizada pela transformação parcial da estrutura original do metal de base. Regiões mais afastadas do cordão de solda, cujas temperaturas de pico foram inferiores a 727ºC, apresentam mudanças microestruturais cada vez mais imperceptíveis. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 49
  50. 50. APOSTILA III DIAGRAMAS DE FASE Os diagramas de fases são representações gráficas que indicam, para diferentes temperaturas, pressões e composições, quais as fases presentes num sistema material. A maior parte dos diagramas de fases são construídos admitindo condições de equilíbrio e são utilizados para compreender e prever muitos aspectos do comportamento dos materiais. As ligas ferro-carbono ainda hoje representam os materiais de maior utilização prática. Isto se deve ao fato de que estas ligas podem apresentar uma grande variação nas suas propriedades pela simples variação na quantidade de carbono e ainda possibilitam que se tenha uma gama maior de propriedades se considerarmos a possibilidade de deformação plástica e os tratamentos térmicos. A base para que este material tenha estas características está principalmente atrelado ao fato de que o ferro puro apresenta transformação alotrópica e que o carbono forma uma solução sólida intersticial com o ferro. Isto conduz a uma série de possibilidades de transformações, cada uma com suas microestruturas típicas, resultando na grande variação das propriedades. As transformações em uma liga ferro-carbono são influenciadas basicamente pela temperatura e pelo teor de carbono. Se considerarmos apenas este dois fatores poderemos montar um mapa das transformações que irão ocorrer, o qual será chamado de diagrama de equilíbrio. Nesta representação podemos ver as fases que estarão presentes para cada temperatura e composição e também os pontos que são fundamentais para a compreensão das transformações. A seguir faremos algumas considerações a respeito do diagrama.
  51. 51. APOSTILA III Em primeiro lugar deve ser observado que o diagrama vai somente até 6,69% de carbono. Isto se deve ao fato de que as ligas acima deste teor não têm qualquer importância comercial. Em segundo lugar deve ficar claro que as ligas comerciais não são constituídas apenas por ferro e carbono, mas podem ter em sua composição outros elementos de liga além de pequenas quantidades de impurezas que são inerentes ao processo de obtenção do material. Assim sendo, o diagrama não representa fielmente o que sucede na prática, mas como pequenas quantidades de outros elementos não produzem grandes alterações, podemos utilizá-lo como base para o nosso estudo. O diagrama ferro-carbono utilizado na prática na realidade é um falso diagrama de equilíbrio, isto é, ele representa o equilíbrio metaestável entre ferro e um carboneto de ferro chamado Cementita que tem fórmula estequiométrica Fe3C. O fato é que a forma mais estável da liga ferro carbono seria ferro e grafita mas como a grafita
  52. 52. APOSTILA III pode levar até mesmo anos para se formar, o diagrama estável não possui aplicação prática. No diagrama estável ferro-grafita está representado pelas linhas tracejadas e o diagrama metaestável ferro-cementita está representado por linhas contínuas. Em um diagrama de equilíbrio as fases são sempre representadas por letras gregas mas no caso das ligas ferro carbono estas fases além de serem identificadas por letras gregas também receberam um nome. Desta forma teremos as fases denominadas ferrita, austenita e cementita, que podem ou não estar presentes na microestrutura do material, dependendo do teor de carbono e da temperatura. Observando-se o diagrama nota-se que este apresenta vários pontos que merecem ser destacados. O primeiro deles é o que corresponde a uma composição de 2,11% de carbono a 1148 C. Este ponto representa uma fronteira entre as ligas ferrocarbono que são caracterizadas como aços e as ligas que são caracterizadas como ferro fundido. Assim, aço é uma liga com menos de 2,11% de carbono e ferro fundido é uma liga com mais de 2,11% de carbono. A escolha deste ponto deve-se ao fato de que, quando resfriamos um aço desde o estado líquido, este sempre passará por uma faixa de temperaturas em que a sua microestrutura será composta de uma única fase chamada austenita, o que não acontece para os ferros fundidos que possuem teores de carbono acima deste valor. A austenita, também chamada fase γ, é uma fase derivada do ferro que como se sabe é formado por uma estrutura cúbica de faces centradas. Quando combinamos o ferro com o carbono forma-se uma solução sólida intersticial em que é mantida a estrutura cristalina original do ferro. Para temperaturas inferiores, o fato de o ferro passar para ferro produz o aparecimento de uma nova fase chamada fase a ou Ferrita. A ferrita também é uma solução sólida intersticial de ferro e carbono e, a exemplo da fase, é mantida a estrutura cristalina cúbica de corpo centrado do ferro. Devido ao fato de que as duas fases citadas acima possuem diferenças em sua estrutura cristalina, existe também uma grande diferença de solubilidade do carbono entre elas. Como já foi visto os interstícios da estrutura CFC são maiores do que os interstícios da estrutura CCC. Isto conduz a uma solubilidade do carbono que pode chegar a 2,11% (aproximadamente 9% em átomos) na temperatura de 1148 C para a austenita e somente 0,025 % (aproximadamente 0,1% em átomos) a 727 C para a ferrita. Como pode ser observado no diagrama, a solubilidade do carbono não é fixa para estas fases, podendo variar com a temperatura. Desta maneira a austenita e a ferrita só apresentarão a sua solubilidade máxima nas temperaturas indicadas acima, variando tanto para temperaturas superiores como para temperaturas inferiores. Além disso, o carbono é um elemento estabilizador da austenita, e como podemos ver no diagrama, quando tivermos ferro puro a temperatura mínima em que a austenita é estável é de 912 C mas à medida que o teor de carbono cresce esta temperatura vai diminuindo até que, para 0,77% de carbono chegamos ao mínimo de 727 C. A partir daí a temperatura aumenta novamente até atingirmos o máximo de 2,11% para 1148 C. No caso da ferrita ela é estável até 912 C na ausência de carbono e à medida em que aumenta o teor a temperatura diminui até que se atinja a solubilidade máxima de 0,025% C a 727 C. Abaixo desta temperatura a solubilidade diminui novamente chegando praticamente a zero na temperatura ambiente. Como existe um limite de solubilidade do carbono tanto na austenita quanto na ferrita, o excesso de carbono poderá propiciar a formação de uma terceira fase que é chamada de cementita e que possui estrutura cristalina ortorrômbica, ainda em solução sólida intersticial com 6,69% de carbono. Isto acontece para teores de WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 52
  53. 53. APOSTILA III carbono maiores do que 0,77% acima de 727 C e abaixo de 1148 C e, para teores maiores do que 0,025%, abaixo de 727 C. Desta maneira teremos no diagrama regiões em que o aço é monofásico e regiões em que é bifásico. As regiões monofásicas podem ser formadas por austenita ou por ferrita e as regiões bifásicas podem ser formadas por austenita e ferrita, austenita e cementita ou ferrita e cementita. Outro ponto importante que deve ser observado é o que ocorre para a composição de 0,77% de carbono a 727 C. Este ponto, chamado ponto eutetóide, é o lugar do diagrama em que temos a convivência simultânea das três fases citadas acima, isto é, quando resfriamos o aço teremos a transformação da austenita em ferrita e cementita. Especificamente para esta composição a temperatura permanece constante enquanto a transformação não se completar totalmente. Quando tivermos outros elementos fazendo parte da composição do aço, o teor de carbono correspondente ao ponto eutetóide será deslocado mais para a esquerda ou para a direita e a temperatura em que ocorre esta reação irá aumentar ou diminuir. Esta é uma das influências dos elementos de liga dos aços. DIAGRAMAS TTT (TEMPO, TEMPERATURA E TRANSFORMAÇÃO) Definição Diagrama tempo-temperatura-transformação que apresentam curvas de início e término da transformação austenítica para uma determinada temperatura e tempo. O tratamento térmico é um processo que permite alterar as propriedades físicomecânicas do aço, utilizando ciclos de aquecimento e resfriamento, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento. Tal processo é empregado quando se deseja adequar as características do material a uma etapa do processo de fabricação ou à condição de produto final. Para determinadas aplicações pode existir o interesse de alterar parcialmente características especificas, nestes casos é preciso combinar as etapas de aquecimento e resfriamento sob determinadas atmosferas e/ou meios que permitam atender esta alteração. Estes tratamentos são conhecidos como termoquímicos. Assim o tipo de atmosfera ou meio exerce um papel fundamental no tratamento térmico, alterando, parcialmente, a composição química do aço ou evitando que ela ocorra na forma de uma descarbonetação. Outra influência, tão importante quanto à citada, é auxiliar no processo de transferência de calor e na forma de evitar a oxidação do aço. Há vários meios para aquecer e resfriar o material. O banho de sal fundido é uma maneira de transportar calor para o aço e protegê-lo contra oxidação e descarbonetação. Para o resfriamento, as alternativas consistem em transferir o aço aquecido para óleo, água ou mesmo outro banho de sal em temperaturas mais baixas. Para auxiliar metalurgistas nos processos de tratamento térmico existe a curva TTT. Trata-se de uma espécie de diagrama que descreve o que acontece com o aço, por meio de um resfriamento a diferentes velocidades, em diversas temperaturas abaixo de 723 0C, observando a transformação isotérmica da austenita em perlita. Diferentemente do diagrama de equilíbrio, a curva TTT considera o fator tempo. Isso significa que o aço passará por transformações de acordo com o tempo em que permanecer em determinada temperatura. O diagrama é composto por duas linhas. A primeira representa o início da transformação e a segunda, o fim. Com elas, é possível identificar que a velocidade de transformação do aço é variável. É mais WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 53
  54. 54. APOSTILA III baixa para temperaturas próximas da eutetóide (0,77% de carbono), cresce para temperaturas intermediárias e volta a cair para as temperaturas mais baixas. Esses dados formam a característica básica desse diagrama, que se assemelham a um joelho quando se aproxima dos 500° (austenita se transforma em perlita). Quando a temperatura cai para menos de 200° um novo constituinte aparece instantaneamente, que é a martensita. Sua formação não deveria ser representada na curva TTT, pois independe do tempo. A queda de temperatura é a única responsável pela formação da martensita. Alguns fatores têm influência direta na posição das linhas de início e fim de transformação das curvas TTT. Um deles é o teor de carbono. O tamanho dos grãos e a homogeneidade da austenita também podem influenciar no diagrama. Além disso, os elementos de liga (com exceção do cobalto), que são adicionados nos aços, deslocam as curvas de início e fim da transformação para a direita, o que significa que o processo será mais demorado Material resfriado rapidamente do campo austenítico até a temperatura de interesse. Muito úteis para previsão de tratamentos térmicos. Uso dos diagramas TTT limitado: prevê fases formadas a uma temperatura constante.    Tratamentos térmicos: feitos através de resfriamento contínuo. A soldagem idem. Principalmente o que ocorre na ZTA. Registram o desenvolvimento de transformações à medida que a temperatura decresce, para diferentes taxas de resfriamento. Exemplos de curva TTT Aço AISI 5140 com 0,43% C, 0,68% Mn e 0,93% Cr
  55. 55. APOSTILA III Aço AISI 4340 com 0,42% C, 0,78% Mn, 1,79 Ni, 0,80% Cr e 0,33% Mo DIAGRAMAS TRC (TRANSFORMAÇÃO EM RESFRIAMENTO CONTÍNUO) Identifica as taxas de resfriamento necessárias para a transformação de fase fora das condições de equilíbrio termodinâmico. A maioria dos tratamentos térmicos para os aços envolve o resfriamento contínuo de uma amostra até a temperatura ambiente. Um diagrama de transformação isotérmica só é válido para temperatura constante e tal diagrama deve ser modificado para transformações com mudanças constantes de temperaturas.
  56. 56. APOSTILA III No resfriamento contínuo o tempo exigido para que uma reação tenha seu início e o seu término é retardado e as curvas são deslocadas para tempos mais longos e temperaturas menores. A transformação tem início após um período de tempo que corresponde à intersecção da curva de resfriamento com a curva de início da reação, e termina com o cruzamento da curva com o término da transformação Normalmente, não irá se formar bainita para aços ferro-carbono resfriados continuamente, pois toda a austenita se transformará em perlita Para qualquer curva de resfriamento que passe por AB a austenita não reagida transforma-se em martensita. Para o resfriamento contínuo de uma liga de aço existe uma taxa de têmpera crítica que representa a taxa mínima de têmpera para se produzir uma estrutura totalmente martensítica Para taxas de resfriamento superiores à crítica existirá apenas martensita. Além disso, existirá uma faixa de taxas em que perlita e martensita são produzidos e finalmente uma estrutura totalmente perlítica se desenvolve para baixas taxas de resfriamento.
  57. 57. APOSTILA III A (FORNO)= Perlita grossa B (AR)= Perlita + fina (+ dura que a anterior) C(AR SOPRADO)= Perlita + fina que a anterior D (ÓLEO)= Perlita + martensita E (ÁGUA)= Martensita
  58. 58. APOSTILA III Tratamento térmico WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 58
  59. 59. APOSTILA III 3 TRATAMENTOS TÉRMICOS Conforme estudado os aquecimentos e resfriamentos de aços podem provocar mudanças nas estruturas dos mesmos e, por conseqüência, nas propriedades físicas. Tais processos são empregados quando se deseja adequar as características do aço a alguma etapa do processo de fabricação ou à condição de produto final. Existem vários tipos de tratamento térmico para aços e outros metais, mas aqui estão colocados apenas os mais comuns. RECOZIMENTO Muitas vezes, devido ao próprio processo de produção ou a trabalhos anteriores como deformações a quente ou a frio, o aço apresenta dureza excessiva ou pouca maleabilidade e ductilidade, inadequadas para operações como usinagem, dobra e outras. O recozimento tem por finalidade modificar estes aspectos (reduzir dureza, melhorar ductilidade, etc) e também outros como remover gases dissolvidos, homogeneizar estrutura dos grãos, etc. A figura abaixo é o diagrama de transformação da austenita versus tempo da página anterior, acrescido da curva de resfriamento típica do recozimento (verde). O processo consiste no aquecimento até temperatura acima da transformação da austenita (linha tracejada preta) e resfriamento lento no próprio forno. A transformação da austenita se dá na parte superior das linhas de início e fim da transformação e, portanto, conforme visto na página anterior, haverá formação de perlita de menor dureza (o exemplo é para um aço eutético. Para um aço hipoeutético, haverá também ferrita e, para um hipereutético, cementita). NORMALIZAÇÃO Tem por finalidade regularizar e refinar a estrutura granular de peças forjadas, laminadas ou fundidas. É geralmente usada como tratamento prévio à têmpera, propiciando também menores empenamentos e deformações. O processo é similar ao recozimento, com a diferença no resfriamento ao ar e não no forno. Assim, ele será mais rápido, conforme curva verde da figura ao abaixo.
  60. 60. APOSTILA III Dependendo do teor de carbono do aço, podem ser formados Perlita fina e Ferrita, Perlita fina e Cementita ou Bainita. REVENIMENTO É o tratamento usado para remover os problemas deixados pela têmpera, conforme citado no tópico anterior. Depois de temperada, a peça é aquecida e mantida por algum tempo a uma temperatura, em geral abaixo de 600°C. Ocorre assim, um alívio das tensões internas e mudanças na estrutura da martensita e outras transformações. O resultado é uma redução da dureza (normalmente excessiva após a têmpera) e da fragilidade do aço. A dureza final diminui com o aumento da temperatura do revenido. AUSTÊMPERA Consiste no aquecimento até temperatura acima da de transformação, resfriamento por imersão em um sal fundido a uma temperatura constante entre 300 e 400°C, manutenção nesta temperatura pelo tempo necessário para transformar toda a Austenita em Bainita e resfriamento ao ar. Desde que a formação da Bainita se dá sob temperatura mais alta do que a da formação da Martensita no processo têmpera/revenido e é seguida por um resfriamento lento no ar, as tensões internas são menores. Assim, as peças tratadas por este meio quase não apresentam empenamentos ou tendência de trincas. Entretanto, nem todos os tipos de aço e geometrias de peças produzem bons resultados com a austêmpera. Em geral, somente para peças pequenas. Outro fator limitante é o longo tempo para a transformação de toda a Austenita em Bainita (cerca de 24 horas). MARTÊMPERA Neste processo, o aço é aquecido até temperatura superior à da formação da Austenita, resfriado em um meio sob temperatura um pouco acima do início da formação da Martensita, mantido neste meio que é resfriado lentamente até completar a formação da Martensita, resfriado ao ar e Revenido.

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