A história da soldagem remonta a vários milênios, com os primeiros exemplos de soldagem datando da Idade do Bronze e da Idade do Ferro na Europa e no Oriente Médio. A soldagem foi utilizada na construção do Pilar de Ferro de Delhi, na Índia, erguido por volta do ano 310 e pesando 5,4 toneladas. A Idade Média trouxe avanços na soldagem de forja, com a qual os ferreiros batiam e aqueciam repetidamente o metal até ocorrer uma união. Em 1540, Vannoccio Biringuccio publicou De la pirotechnia, que inclui descrições da operação de forjamento. Os artesãos da Renascença eram habilidosos no processo e a indústria continuou a se desenvolver ao longo dos séculos seguintes.[2] No entanto, a soldagem foi transformada durante o século XIX. Em 1800, Sir Humphry Davy descobriu o arco elétrico, e os avanços na soldagem a arco continuaram com as invenções de eletrodos de metal pelo russo Nikolai Slavyanov e pelo americano C. L. Coffin no final do século XIX. Até a soldagem a arco de carbono, que usava eletrodo de carbono, ganhou popularidade. Por volta de 1900, A. P. Strohmenger" lançou um eletrodo de metal revestido na Grã-Bretanha, que proporcionou um arco mais estável, e em 1919, a soldagem por corrente alternada foi inventada por C. J. Holslag"), mas só se tornou popular por mais uma década.

A soldagem por resistência também foi desenvolvida nas últimas décadas do século XIX, com as primeiras patentes no setor detidas por Elihu Thomson" em 1885, que produziu novos avanços nos 15 anos seguintes. A soldagem termite foi inventada em 1893, e nessa época, outro processo, a soldagem a gás, foi estabelecido. O acetileno foi descoberto em 1836 por Edmund Davy"), mas seu uso na soldagem não era prático até cerca de 1900, quando um conveniente tocha foi desenvolvida.[4] No início, a soldagem a gás era um dos métodos de soldagem mais populares devido à sua portabilidade e custo relativamente baixo. No entanto, à medida que o século XX avançava, as preferências por aplicações industriais diminuíram. Ela foi amplamente substituída pela soldagem a arco, à medida que as coberturas metálicas para o eletrodo (conhecidas como fluxo) continuaram a ser desenvolvidas, o que estabilizou o arco e protegeu o material de base de impurezas.[5]​.

A Primeira Guerra Mundial causou um grande aumento no uso de processos de soldagem, com diferentes forças militares buscando determinar qual dos vários novos processos de soldagem seria o melhor. Os britânicos usaram principalmente soldagem a arco, até construindo um navio, o Fulagar, com casco totalmente soldado. Os americanos estavam mais hesitantes, mas começaram a reconhecer os benefícios da soldagem a arco quando o processo lhes permitiu reparar rapidamente os seus navios após os ataques alemães no porto de Nova Iorque no início da guerra. A soldagem a arco também foi aplicada pela primeira vez em aviões durante a guerra, já que algumas fuselagens de aviões alemães foram construídas usando o processo.[6]​.

Durante a década de 1920, foram feitos avanços importantes na tecnologia de soldagem, incluindo a introdução da soldagem automática em 1920, na qual o fio eletrodo era alimentado continuamente. O gás de proteção tornou-se uma questão importante, à medida que os cientistas procuravam proteger as soldas contra os efeitos do oxigênio e do nitrogênio na atmosfera. Porosidade e fragilidade foram os problemas básicos decorrentes dessa troca, e as soluções que desenvolveram incluíram o uso de hidrogênio, argônio e hélio como gases de proteção de soldagem.[7] Durante a década seguinte, novos avanços permitiram a soldagem de metais reativos, como alumínio e magnésio. Isso, juntamente com o desenvolvimento da soldagem automática, soldagem por corrente alternada e fluxos, alimentou uma expansão significativa da soldagem a arco durante a década de 1930 e durante a Segunda Guerra Mundial.[8]​.

Em meados do século 20, muitos novos métodos de soldagem foram inventados. A década de 1930 viu o lançamento da soldagem de pinos, que logo se tornou popular na fabricação e construção naval. A soldagem por arco submerso foi inventada no mesmo ano e continua popular até hoje. Em 1941, após décadas de desenvolvimento, a soldagem a arco a gás com eletrodo de tungstênio foi finalmente aperfeiçoada, seguida em 1948 pela soldagem a arco a gás e metal, permitindo a soldagem rápida de materiais não ferrosos, mas exigindo gases de proteção caros. A soldagem a arco metálico blindado foi desenvolvida durante a década de 1950, usando um fluxo de eletrodo consumível coberto, e rapidamente se tornou a mais popular. Em 1957, estreou o processo de soldagem a arco fluxado), no qual o eletrodo de arame autoprotegido poderia ser usado com equipamentos automáticos, resultando em velocidades de soldagem bastante aumentadas, e nesse mesmo ano a soldagem a arco de plasma foi inventada. A soldagem por eletroescória foi introduzida em 1958 e seguida em 1961 por sua prima, a soldagem por eletrogás.

Outros desenvolvimentos recentes na soldagem incluem a importante conquista da soldagem por feixe de elétrons em 1958, tornando possível a soldagem profunda e estreita por meio da fonte de calor concentrada. Após a invenção do laser em 1960, a soldagem por feixe de laser estreou várias décadas depois e provou ser especialmente útil na soldagem automatizada de alta velocidade. No entanto, ambos os processos permanecem altamente caros devido ao alto custo dos equipamentos necessários, e isso limitou suas aplicações.[10]​.

soldagem em estado sólido

Tal como o primeiro processo de soldadura, a soldadura por forja, alguns métodos modernos de soldadura não envolvem a fusão dos materiais a serem unidos. Uma das mais populares, a soldagem ultrassônica, é usada para conectar folhas ou fios finos feitos de metal ou termoplásticos, fazendo-os vibrar em alta frequência e sob alta pressão. Os equipamentos e métodos envolvidos são semelhantes aos da soldagem por resistência, mas em vez da corrente elétrica, a vibração fornece a fonte de energia. Soldar metais com este processo não envolve a fusão dos materiais; Em vez disso, a solda é formada pela introdução de vibrações mecânicas horizontalmente sob pressão. Quando os plásticos estão sendo soldados, os materiais devem ter temperaturas de fusão semelhantes e as vibrações são introduzidas verticalmente. A soldagem ultrassônica é comumente usada para fazer conexões elétricas de alumínio ou cobre e também é um processo de soldagem de polímero muito comum.

Outro processo comum, a soldagem explosiva, envolve unir materiais pressionando-os sob pressão extremamente alta. A energia do impacto plastifica os materiais, formando uma solda, embora apenas uma quantidade limitada de calor seja gerada. O processo é comumente usado para soldagem de materiais diferentes, como soldagem de alumínio com aço em cascos de navios ou placas compostas. Outros processos de soldagem de estado sólido incluem soldagem por coextrusão, soldagem a frio, soldagem por difusão, soldagem por fricção (incluindo soldagem por fricção), soldagem de alta frequência, soldagem por pressão quente, soldagem por indução e soldagem por rolo.

Soldagem suave e forte

Soldagem suave e brasagem são processos nos quais não ocorre a fusão dos metais de base, mas apenas do metal de adição. Sendo o primeiro processo de soldagem utilizado pelo homem, já na antiga Suméria.

Soldagem a arco

Trata-se, na verdade, de sistemas de soldadura diferentes, que têm em comum a utilização de uma fonte de energia elétrica. Isto é usado para gerar um arco elétrico entre um eletrodo e o material de base, que derrete os metais no ponto de soldagem. Podem ser utilizadas corrente contínua (CC) e corrente alternada (CA) e incluem eletrodos consumíveis ou não consumíveis, que são cobertos por um material denominado revestimento. Às vezes, a área de solda é protegida por um certo tipo de gás inerte ou semi-inerte, conhecido como gás de proteção), e às vezes é utilizado um material de enchimento.

Para fornecer a energia elétrica necessária aos processos de soldagem a arco, diferentes fontes de energia podem ser utilizadas. A classificação mais comum dessas fontes é separar as de corrente constante e as de tensão constante. Na soldagem a arco, o comprimento do arco está diretamente relacionado à tensão, e a quantidade de calor gerada está relacionada à intensidade da corrente. As fontes de alimentação de corrente constante são mais frequentemente usadas para processos de soldagem manual, como soldagem a arco de gás tungstênio e soldagem a arco de metal blindado, porque mantêm uma corrente constante mesmo quando a tensão varia. Isto é importante na soldagem manual, pois pode ser difícil manter o eletrodo perfeitamente estável e, como resultado, o comprimento e a tensão do arco tendem a flutuar. Fontes de alimentação de tensão constante mantêm isso e variam a corrente. Como resultado, eles são mais frequentemente usados ​​para processos de soldagem automatizados, como soldagem por arco de metal a gás, soldagem por arco com núcleo de fluxo e soldagem por arco submerso. Nestes processos, o comprimento do arco é mantido constante, uma vez que qualquer flutuação na distância entre o eletrodo e o material base é rapidamente corrigida por uma grande mudança na corrente. Se o fio e o material de base ficarem muito próximos, a corrente aumentará rapidamente, o que, por sua vez, causa um aumento no calor e faz com que a extremidade do fio derreta, retornando-o à sua distância de separação original.[12]​.

O tipo de corrente utilizada na soldagem a arco também desempenha um papel importante. Eletrodos de processo consumíveis, como aqueles na soldagem por arco de metal blindado e soldagem por arco de metal a gás, geralmente usam corrente contínua (contínua), de modo que o eletrodo pode ser carregado positiva ou negativamente, dependendo de como as conexões do eletrodo são feitas. Na soldagem, se o eletrodo estiver carregado positivamente, nele será gerado mais calor e, como resultado, a solda será mais superficial (pois o material base dificilmente derreterá). Se o eletrodo estiver carregado negativamente, o metal base ficará mais quente, aumentando a penetração da carga e a velocidade de soldagem.[13] Processos de eletrodos não consumíveis, como soldagem por arco de gás e eletrodo de tungstênio, podem usar ambos os tipos de corrente contínua, bem como corrente alternada. Como no caso acima mencionado, um eletrodo carregado positivamente causa soldas superficiais e um eletrodo carregado negativamente também causa soldas mais profundas. Se for usada corrente alternada, invertendo constante e rapidamente a polaridade elétrica, são alcançadas soldas de penetração intermediária. Uma desvantagem da CA, o fato de que o arco se cancela a cada inversão de polaridade, foi superado com a invenção de unidades de potência especiais que produzem um padrão de onda quadrada, em vez do padrão de onda senoidal normal, gerando cruzamentos de zero muito rápidos que minimizam os efeitos do problema de desvanecimento do arco.[15]​.

Um dos tipos mais comuns de soldagem a arco é a soldagem a arco de metal blindado (SMAW), também conhecida como soldagem a arco de metal manual (MMA) ou soldagem com eletrodo. A corrente elétrica é utilizada para criar um arco entre o material base e a haste do eletrodo consumível, que é feita de aço e revestida com um fluxo que protege a área de solda da oxidação e contaminação através da produção de gás CO durante o processo de soldagem. O próprio núcleo do eletrodo atua como material de preenchimento, tornando desnecessário material de preenchimento adicional.

O processo é versátil e pode ser realizado com equipamentos relativamente baratos, tornando-o adequado para trabalhos domésticos e de campo.[16] Um operador pode tornar-se razoavelmente competente com uma quantidade modesta de treinamento e pode alcançar o domínio com a experiência. Os tempos de soldagem são um tanto lentos, pois os eletrodos consumíveis devem ser substituídos com frequência e porque a escória, resíduo do fluxo, deve ser removida após a soldagem.[17] Além disso, o processo é geralmente limitado a materiais de soldagem ferrosos, embora eletrodos especializados tenham tornado possível a soldagem de ferro fundido, níquel, alumínio, cobre, aço inoxidável e outros metais.

A soldagem a arco de metal a gás (GMAW), também conhecida como soldagem MIG (Metal Inert Gas) e MAG (Metal Active Gas), é um processo semiautomático ou automático que utiliza uma alimentação contínua de arame como eletrodo e uma mistura de gás inerte ou semi-inerte para proteger a solda de contaminação. Tal como acontece com o SMAW, a habilidade razoável do operador pode ser alcançada com um treinamento modesto. Como o eletrodo é injetado continuamente, as velocidades de soldagem são maiores para GMAW do que para SMAW. Além disso, o tamanho menor do arco, comparado aos processos de soldagem por arco de metal blindado, facilita a realização de soldas em posições complicadas (por exemplo, emendas aéreas, como seria o caso ao soldar embaixo de uma estrutura).

O equipamento necessário para realizar o processo GMAW é mais complexo e caro do que o necessário para o SMAW, e requer um procedimento de preparação mais complexo. O GMAW é, portanto, menos portátil e versátil e, devido ao uso de um gás de proteção separado, não é particularmente adequado para trabalhos ao ar livre. No entanto, a velocidade média mais alta que a SMAW torna a GMAW mais adequada para soldagem de produção. O processo pode ser aplicado a uma ampla variedade de metais, tanto ferrosos quanto não ferrosos.[18]​.

Um processo relacionado, soldagem a arco com núcleo de fluxo (FCAW), utiliza equipamento semelhante, mas utiliza um fio que consiste em um eletrodo de aço preenchido com um material em pó. Este fio nucleado é mais caro que o fio sólido padrão e pode gerar fumos e/ou escória, mas permite velocidades de soldagem ainda mais altas e maior penetração de metal.[19]​.

Soldagem a arco de gás tungstênio (GTAW), ou soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG) (também às vezes erroneamente chamada de soldagem heliarc), é um processo de soldagem manual que usa um eletrodo de tungstênio não consumível, uma mistura de gás inerte ou semi-inerte e um material de enchimento separado. Especialmente útil para soldagem de materiais finos, este método é caracterizado por um arco estável e uma solda de alta qualidade, mas requer habilidade significativa do operador e fornece apenas velocidades de trabalho relativamente baixas.

GTAW pode ser usado em quase todos os metais soldáveis, embora seja mais frequentemente aplicado em ligas de aço inoxidável e metais leves. É utilizado onde soldas de qualidade são extremamente importantes, por exemplo, na fabricação de quadros de bicicletas, aeronaves e aplicações navais. gama mais ampla de materiais espessos do que no caso do GTAW, e também é muito mais rápido que isso. É aplicado aos mesmos materiais que GTAW exceto magnésio, e a soldagem automatizada de aço inoxidável é uma aplicação notável deste sistema no corte a plasma, um sistema eficiente para corte de aço.[21]​.

A soldagem por arco submerso (SAW) é um método de soldagem de alta produtividade em que o arco é gerado imerso em um fluido. Isto aumenta a qualidade do arco, uma vez que os contaminantes da atmosfera são deslocados pelo fluido. A escória que forma a solda geralmente sai sozinha e, combinada com o uso de alimentação contínua de arame, a taxa de deposição da solda é alta. As condições de trabalho são bastante melhoradas em comparação com outros sistemas de soldagem a arco, uma vez que o fluido oculta o arco e, portanto, quase nenhuma fumaça é produzida. Este sistema é comumente utilizado na indústria, especialmente para produtos de grande porte e na fabricação de vasos de pressão soldados.[22] Outros processos de soldagem a arco incluem soldagem com hidrogênio atômico, soldagem a arco de carbono, soldagem por eletroescória, soldagem por eletrogás e soldagem por arco de pinos.

soldagem a gás

O processo de soldagem a gás mais comum é a soldagem oxiacetileno, também conhecida como soldagem autógena ou soldagem oxi-combustível. É um dos processos de soldagem mais antigos e versáteis, mas nos últimos anos tornou-se menos popular em aplicações industriais. Ainda é amplamente utilizado para soldagem de tubos e tubos, bem como para trabalhos de reparo. O equipamento é relativamente barato e simples, geralmente empregando a combustão de acetileno em oxigênio para produzir uma temperatura de chama de soldagem de cerca de 3100°C. Como a chama é menos concentrada que um arco elétrico, provoca um resfriamento mais lento da solda, o que pode levar a maiores tensões residuais e distorção da solda, embora facilite a soldagem de aços de alta liga. Um processo semelhante, geralmente chamado de corte por oxicorte, é usado para cortar metais.[5] Outros métodos de soldagem a gás, como soldagem acetileno-oxigênio, soldagem hidrogênio-oxigênio e soldagem a gás sob pressão, são muito semelhantes, geralmente diferindo apenas no tipo de gases utilizados. Às vezes, uma tocha de água é usada para soldagem de precisão de itens como joias. A soldagem a gás também é usada na soldagem de plásticos, embora a substância seja aquecida. É ar e as temperaturas são muito mais baixas.

soldagem por resistência

A soldagem por resistência envolve a geração de calor pela passagem de corrente elétrica através de duas ou mais superfícies metálicas. Pequenas poças de metal fundido se formam na área de solda à medida que a alta corrente (1.000 a 100.000 A) passa através do metal. Em geral, os métodos de soldagem por resistência são eficientes e causam pouca poluição, mas suas aplicações são um tanto limitadas e o custo do equipamento pode ser elevado.

A soldagem a ponto é um método popular de soldagem por resistência usado para unir folhas de metal sobrepostas de até 3 mm de espessura. Dois eletrodos são usados ​​simultaneamente para manter as folhas de metal unidas e para passar corrente através delas. As vantagens do método incluem uso eficiente de energia, deformação limitada da peça, altas velocidades de produção, fácil automação e nenhuma necessidade de materiais de enchimento. A resistência da soldagem é significativamente menor do que com outros métodos de soldagem, tornando o processo adequado apenas para determinadas aplicações. É amplamente utilizado na indústria automobilística. Carros comuns podem ter milhares de pontos soldados feitos por robôs industriais. Um processo especializado, chamado soldagem por choque, pode ser usado para soldar aço inoxidável por pontos.

Assim como a soldagem a ponto, a soldagem por costura depende de dois eletrodos para aplicar pressão e corrente para unir folhas de metal. No entanto, em vez de eletrodos pontuais, eletrodos em forma de roda rolam e muitas vezes alimentam a peça de trabalho, possibilitando longas soldas contínuas. No passado, esse processo era utilizado na fabricação de latas de bebidas, mas agora seus usos são mais limitados. Outros métodos de soldagem por resistência incluem soldagem flash, soldagem por projeção e soldagem por despejo.

soldagem por feixe de energia

Os métodos de soldagem por feixe de energia, chamados soldagem por feixe de laser e soldagem por feixe de elétrons, são processos relativamente novos que se tornaram bastante populares em aplicações de alta produção. Os dois processos são muito semelhantes, diferindo principalmente na fonte de energia. A soldagem por feixe de laser emprega um feixe de laser altamente focado, enquanto a soldagem por feixe de elétrons é feita no vácuo e usa um feixe de elétrons. Ambos possuem uma densidade de energia muito alta, possibilitando a penetração profunda da solda e minimizando o tamanho da área de solda. Ambos os processos são extremamente rápidos e fáceis de automatizar, tornando-os altamente produtivos. As principais desvantagens são os custos muito elevados dos equipamentos (embora estejam diminuindo) e a suscetibilidade a rachaduras. Os desenvolvimentos nesta área incluem soldagem a laser híbrida), que utiliza os princípios da soldagem por feixe de laser e soldagem a arco para obter propriedades de soldagem ainda melhores.[24]​.

As soldas podem ser preparadas geometricamente de muitas maneiras diferentes. Os cinco tipos básicos de juntas de solda são junta final, junta sobreposta, junta de canto, junta de borda e junta em T. Existem outras variações, como a preparação de juntas em duplo V, caracterizadas por duas peças de material cada uma afinando até um único ponto central na metade de sua altura. A preparação de juntas em U simples e em U duplo também é bastante comum - em vez de terem bordas retas como a preparação de juntas em V simples e em V duplo, elas são curvas, tendo o formato de um U. As juntas sobrepostas também são comumente mais de duas peças grossas - dependendo do processo utilizado e da espessura do material, muitas peças podem ser soldadas entre si em uma geometria de junta sobreposta.

Muitas vezes, certos processos de soldagem utilizam exclusiva ou quase exclusivamente projetos de juntas específicos. Por exemplo, soldagem a ponto por resistência, soldagem por feixe de laser e soldagem por feixe de elétrons são mais frequentemente realizadas com juntas sobrepostas. No entanto, alguns métodos de soldagem, como a soldagem a arco de metal blindado, são extremamente versáteis e podem soldar praticamente qualquer tipo de junta. Além disso, alguns processos podem ser usados ​​para fazer soldas multipassagens, nas quais uma solda é resfriada e, em seguida, outra solda é feita em cima da primeira. Isso permite, por exemplo, a soldagem de seções espessas dispostas em uma preparação de junta em V único.[26]​.

Após a soldagem, diversas regiões distintas podem ser identificadas na área de soldagem. A solda em si é chamada de zona de fusão – mais especificamente, é onde o metal de adição foi colocado durante o processo de soldagem. As propriedades da zona de fusão dependem principalmente do metal de adição utilizado e da sua compatibilidade com os materiais de base. É circundado pela “zona afetada pelo calor”, área que teve sua microestrutura e propriedades alteradas pela soldagem. Estas propriedades dependem do comportamento do material base quando submetido ao calor. O metal nesta área é frequentemente mais fraco que o material de base e a zona de fusão, e é também onde as tensões residuais são encontradas.[27]​.

Contenido

Muy a menudo, la medida principal usada para juzgar la calidad de una soldadura es su fortaleza y la fortaleza del material alrededor de ella. Muchos factores distintos influyen en esto, incluyendo el método de soldadura, la cantidad y la concentración de la entrada de calor, el material base, el material de relleno, el material fundente, el diseño del empalme, y las interacciones entre todos estos factores. Para probar la calidad de una soldadura se usan tanto ensayos no destructivos como ensayos destructivos"), para verificar que las soldaduras están libres de defectos, tienen niveles aceptables de tensiones y distorsión residuales, y tienen propiedades aceptables de zona afectada por el calor (HAZ). Existen códigos y especificaciones de soldadura para guiar a los soldadores en técnicas apropiadas de soldadura y en cómo juzgar la calidad estas.

Zona afetada pelo calor

Os efeitos da soldagem podem ser prejudiciais ao material ao redor da solda. Dependendo dos materiais utilizados e do aporte térmico do processo de soldagem utilizado, a zona termicamente afetada (ZTA) pode variar em tamanho e resistência. A difusividade térmica do material base é muito importante; Se a difusividade for alta, a taxa de resfriamento do material será alta e a ZTA será relativamente pequena. Por outro lado, a baixa difusividade leva a um resfriamento mais lento e a uma HAZ maior. A quantidade de calor injetada pelo processo de soldagem também desempenha um papel importante, uma vez que processos como a soldagem oxiacetileno possuem entrada de calor não concentrado e aumentam o tamanho da zona afetada. Processos como soldagem por feixe de laser possuem uma quantidade de calor altamente concentrada e limitada, resultando em uma pequena ZTA. A soldagem a arco fica entre esses dois extremos, com processos individuais variando um pouco no aporte de calor.[28]​[29]​ Para calcular o calor para procedimentos de soldagem a arco, a seguinte fórmula pode ser usada:.

Distorção e rachaduras

Os métodos de soldagem que envolvem a fusão do metal no local da emenda são necessariamente propensos ao encolhimento&action=edit&redlink=1 "Encolhimento (soldagem) (ainda não redigido)") à medida que o metal aquecido esfria. Por sua vez, a retração pode introduzir tensões residuais e distorções longitudinais e rotacionais. A distorção pode representar um problema significativo, uma vez que o produto final não possui o formato desejado. Para aliviar a distorção rotacional, as peças de trabalho podem ser deslocadas para que a soldagem resulte em uma peça formada adequadamente.[31] Outros métodos para limitar a distorção, como fixar peças de trabalho no lugar, causam o acúmulo de tensão residual na zona afetada pelo calor do material de base. Essas tensões podem reduzir a resistência do material de base e levar a falhas catastróficas por trincas a frio, como no caso de vários navios Liberty&action=edit&redlink=1 "Liberty (navio) (ainda não redigido)"). A fissuração a frio é limitada aos aços e está associada à formação de martensita à medida que a solda esfria. A fissuração ocorre na zona afetada pelo calor do material de base. Para reduzir a quantidade de distorção e tensão residual, a quantidade de entrada de calor deve ser limitada, e a sequência de soldagem utilizada não deve ser de uma extremidade diretamente à outra, mas sim em segmentos. O outro tipo de trinca, trinca a quente ou trinca por solidificação, pode ocorrer em todos os metais e ocorre na zona de fusão da solda. Para diminuir a probabilidade deste tipo de fissuração, o excesso de material de contenção deve ser evitado e um material de enchimento apropriado deve ser utilizado.[32]​.

Soldabilidade

A qualidade de uma solda também depende da combinação de materiais utilizados como material de base e material de enchimento. Nem todos os metais são adequados para soldagem e nem todos os metais de adição funcionam bem com materiais de base aceitáveis.

É necessário levar em consideração 60% da menor espessura de base das placas a serem unidas para utilização em uma das pernas de soldagem.

A soldabilidade dos aços é inversamente proporcional a uma propriedade conhecida como temperabilidade do aço, que mede a probabilidade de formação de martensita durante a soldagem ou tratamento térmico. A temperabilidade do aço depende da sua composição química, com maiores quantidades de carbono e outros elementos de liga resultando em maior temperabilidade e, portanto, menor soldabilidade. Para avaliar ligas compostas por muitos materiais diferentes, uma medida conhecida como teor de carbono equivalente) é usada para comparar a soldabilidade relativa dos aços. diferentes ligas comparando suas propriedades com o aço carbono simples. O efeito na soldabilidade de elementos como o cromo e o vanádio, embora não tão grande quanto o do carbono, é, por exemplo, mais significativo do que o do cobre e do níquel. À medida que o teor de carbono equivalente aumenta, a soldabilidade da liga diminui.[33]​ A desvantagem de usar aços simples de carbono e de baixa liga é sua menor resistência – há um compromisso entre a resistência do material e a soldabilidade. Aços de alta resistência e baixa liga foram desenvolvidos especialmente para uso em soldagem durante a década de 1970, e esses materiais geralmente fáceis de soldar têm boa resistência, tornando-os ideais para muitas aplicações de soldagem.

Devido ao seu alto teor de cromo, os aços inoxidáveis ​​tendem a se comportar de maneira diferente dos outros aços no que diz respeito à soldabilidade. Os graus austeníticos de aços inoxidáveis ​​tendem a ser mais soldáveis, mas são especialmente suscetíveis à distorção devido ao seu alto coeficiente de expansão térmica. Algumas ligas deste tipo são propensas a rachar e também apresentam resistência à corrosão reduzida. Se a quantidade de ferrita "Ferrita (ferro)") na solda não for controlada, é possível a trinca a quente. Para amenizar o problema, é utilizado um eletrodo que deposita um metal de solda contendo uma pequena quantidade de ferrita. Outros tipos de aços inoxidáveis, como os aços inoxidáveis ​​ferríticos e martensíticos, não são facilmente soldáveis ​​e muitas vezes devem ser pré-aquecidos e soldados com eletrodos especiais.[35]​.

A soldabilidade das ligas de alumínio varia significativamente dependendo da composição química da liga utilizada. As ligas de alumínio são suscetíveis a trincas a quente e, para combater o problema, os soldadores aumentam a velocidade de soldagem para reduzir o aporte de calor. O pré-aquecimento reduz o gradiente de temperatura através da zona de solda e, portanto, ajuda a reduzir trincas a quente, mas pode reduzir as características mecânicas do material base e não deve ser usado quando o material base for restrito. O design da emenda também pode ser alterado e uma liga de enchimento mais compatível pode ser selecionada para diminuir a probabilidade de trincas a quente. As ligas de alumínio também devem ser limpas antes da soldagem, para remover todos os óxidos, óleos e partículas soltas da superfície a ser soldada. Isto é especialmente importante devido à suscetibilidade de uma solda de alumínio à porosidade devido ao hidrogênio e escória "Escória (metalurgia)") devido ao oxigênio.[36]​.

Embora muitas aplicações de soldagem ocorram em ambientes controlados, como fábricas e oficinas, alguns processos de soldagem são frequentemente utilizados em uma ampla variedade de condições, como ao ar livre, debaixo d’água e em vácuo (como no espaço). Em usos externos, como construção e reparos externos, a soldagem a arco de metal blindado é o processo mais comum. Processos que utilizam gases inertes para proteger a solda não podem ser facilmente utilizados em tais situações, porque movimentos atmosféricos imprevisíveis podem resultar em falha na solda. A soldagem a arco de metal blindado também é frequentemente usada em soldagem subaquática na construção e reparo de navios, plataformas offshore e tubulações, mas outras também são comuns, como soldagem a arco com núcleo de fluxo e soldagem a arco com gás de tungstênio. A soldagem no espaço também é possível, tentada pela primeira vez em 1969 por cosmonautas russos, quando conduziram experimentos para testar soldagem por arco de metal blindado, soldagem por arco de plasma e soldagem por feixe de elétrons em um ambiente despressurizado. Testes adicionais desses métodos foram feitos nas décadas seguintes, e hoje os pesquisadores continuam a desenvolver métodos para usar outros processos de soldagem no espaço, como soldagem por feixe de laser, soldagem por resistência e soldagem por fricção. Avanços nessas áreas podem ser indispensáveis ​​para projetos como a construção da Estação Espacial Internacional, que provavelmente fará uso extensivo de soldagem para unir peças fabricadas na Terra no espaço.[37]​.

Soldar sem os devidos cuidados pode ser uma prática perigosa e prejudicial à saúde. Contudo, com o uso de novas tecnologias e proteção adequada, os riscos de ferimentos ou morte associados à soldagem podem ser virtualmente eliminados. O risco de queimaduras ou eletrocussão é significativo porque muitos procedimentos comuns de soldagem envolvem um arco elétrico aberto ou chama. Para evitá-los, os soldadores devem usar roupas de proteção, como calçados aprovados, luvas grossas de couro e jaquetas protetoras de mangas compridas para evitar exposição a faíscas, calor e possíveis chamas. Além disso, a exposição ao brilho da área de soldagem produz uma lesão chamada “arco ocular” (ceratite) devido ao efeito da luz ultravioleta que inflama a córnea e pode queimar as retinas. Óculos de proteção e capacetes de soldagem e capacetes com filtros de vidro escuro são utilizados para evitar essa exposição, e nos últimos anos foram comercializados novos modelos de capacetes em que o filtro de vidro é transparente e permite que a área de trabalho seja vista quando não há radiação UV, mas escurece automaticamente assim que ocorre a radiação UV. Para proteger os espectadores, por segurança, devem ser utilizadas telas ou cortinas translúcidas para cercar a área de soldagem. Essas cortinas, feitas de filme plástico de cloreto de polivinila, protegem os trabalhadores próximos da exposição à luz UV do arco elétrico, mas não devem ser usadas para substituir o filtro de vidro usado em capacetes de soldadores e protetores faciais.[38]​.

Os soldadores também são frequentemente expostos a gases perigosos e partículas finas transportadas pelo ar. Processos como soldagem a arco com núcleo de fluxo e soldagem a arco metálico blindado produzem fumaça contendo partículas de vários tipos de óxidos, que em alguns casos podem produzir problemas médicos, como febre por vapor metálico. O tamanho das partículas em questão influencia a toxicidade dos vapores, sendo que partículas menores apresentam maior perigo. Além disso, muitos processos produzem vapores e vários gases, geralmente dióxido de carbono, ozônio e metais pesados, que podem ser perigosos sem ventilação e proteção adequadas. Para este tipo de trabalho, geralmente é usado um respirador de partículas FFP3 ou máscara de soldagem. Devido ao uso de gases comprimidos e chamas, muitos processos de soldagem apresentam risco de explosão e incêndio. As precauções comuns incluem limitar a quantidade de oxigênio no ar e manter materiais combustíveis longe do local de trabalho.[38]​.

Como em qualquer processo industrial, o custo da soldagem desempenha um papel crucial nas decisões de produção. Muitas variáveis ​​diferentes afetam o custo total, incluindo custo de equipamento, custo de mão de obra, custo de material e custo de energia elétrica. Dependendo do processo, o custo do equipamento pode variar, desde barato para métodos como soldagem por arco de metal blindado e soldagem por oxicorte, até extremamente caro para métodos como soldagem por feixe de laser e soldagem por feixe de elétrons. Devido ao seu alto custo, estes são utilizados apenas em operações de alta produção. Da mesma forma, como a automação e os robôs aumentam os custos dos equipamentos, eles só são implementados quando é necessária uma alta produção. O custo da mão de obra depende da taxa de deposição (velocidade de soldagem), do salário por hora e do tempo total de operação, incluindo soldagem e tempo de manuseio de peças. O custo dos materiais inclui o custo do material de base e de enchimento e o custo dos gases de proteção. Finalmente, o custo energético depende do tempo de arco e do consumo de energia da soldagem.

Para métodos de soldagem manual, os custos de mão de obra são geralmente a grande maioria do custo total. Como resultado, muitas medidas de redução de custos concentram-se na minimização do tempo de operação. Para fazer isso, podem ser selecionados procedimentos de soldagem com altas taxas de deposição e os parâmetros de soldagem podem ser ajustados para aumentar a velocidade de soldagem. A mecanização e a automação são frequentemente implementadas para reduzir os custos de mão-de-obra, mas isto muitas vezes aumenta o custo do equipamento e cria tempo adicional de configuração. Os custos dos materiais tendem a aumentar quando propriedades especiais são necessárias neles e os custos de energia normalmente não somam mais do que uma porcentagem do custo total de soldagem.[39]​.

Nos últimos anos, para minimizar os custos trabalhistas na fabricação de alta produção, a soldagem industrial tornou-se cada vez mais automatizada, principalmente com o uso de robôs na soldagem a ponto por resistência (especialmente na indústria automotiva) e na soldagem a arco. Na soldagem robótica, dispositivos mecânicos seguram o material e realizam a soldagem,[40]​ e inicialmente, a soldagem a ponto era seu uso mais comum. Mas a popularidade da soldagem a arco robótico aumentou à medida que a tecnologia avançava. Outras áreas importantes de pesquisa e desenvolvimento incluem a soldagem de materiais diferentes (como aço e alumínio) e novos processos de soldagem. Além disso, estão sendo feitos progressos para tornar práticos métodos especializados, como a soldagem por feixe de laser, para mais aplicações, por exemplo, nas indústrias aeroespacial e automotiva. Os pesquisadores também esperam compreender melhor as propriedades muitas vezes imprevisíveis das soldas, especialmente a microestrutura, as tensões residuais e a tendência de uma solda rachar ou deformar.[41]

A história da soldagem remonta a vários milênios, com os primeiros exemplos de soldagem datando da Idade do Bronze e da Idade do Ferro na Europa e no Oriente Médio. A soldagem foi utilizada na construção do Pilar de Ferro de Delhi, na Índia, erguido por volta do ano 310 e pesando 5,4 toneladas. A Idade Média trouxe avanços na soldagem de forja, com a qual os ferreiros batiam e aqueciam repetidamente o metal até ocorrer uma união. Em 1540, Vannoccio Biringuccio publicou De la pirotechnia, que inclui descrições da operação de forjamento. Os artesãos da Renascença eram habilidosos no processo e a indústria continuou a se desenvolver ao longo dos séculos seguintes.[2] No entanto, a soldagem foi transformada durante o século XIX. Em 1800, Sir Humphry Davy descobriu o arco elétrico, e os avanços na soldagem a arco continuaram com as invenções de eletrodos de metal pelo russo Nikolai Slavyanov e pelo americano C. L. Coffin no final do século XIX. Até a soldagem a arco de carbono, que usava eletrodo de carbono, ganhou popularidade. Por volta de 1900, A. P. Strohmenger" lançou um eletrodo de metal revestido na Grã-Bretanha, que proporcionou um arco mais estável, e em 1919, a soldagem por corrente alternada foi inventada por C. J. Holslag"), mas só se tornou popular por mais uma década.

A soldagem por resistência também foi desenvolvida nas últimas décadas do século XIX, com as primeiras patentes no setor detidas por Elihu Thomson" em 1885, que produziu novos avanços nos 15 anos seguintes. A soldagem termite foi inventada em 1893, e nessa época, outro processo, a soldagem a gás, foi estabelecido. O acetileno foi descoberto em 1836 por Edmund Davy"), mas seu uso na soldagem não era prático até cerca de 1900, quando um conveniente tocha foi desenvolvida.[4] No início, a soldagem a gás era um dos métodos de soldagem mais populares devido à sua portabilidade e custo relativamente baixo. No entanto, à medida que o século XX avançava, as preferências por aplicações industriais diminuíram. Ela foi amplamente substituída pela soldagem a arco, à medida que as coberturas metálicas para o eletrodo (conhecidas como fluxo) continuaram a ser desenvolvidas, o que estabilizou o arco e protegeu o material de base de impurezas.[5]​.

A Primeira Guerra Mundial causou um grande aumento no uso de processos de soldagem, com diferentes forças militares buscando determinar qual dos vários novos processos de soldagem seria o melhor. Os britânicos usaram principalmente soldagem a arco, até construindo um navio, o Fulagar, com casco totalmente soldado. Os americanos estavam mais hesitantes, mas começaram a reconhecer os benefícios da soldagem a arco quando o processo lhes permitiu reparar rapidamente os seus navios após os ataques alemães no porto de Nova Iorque no início da guerra. A soldagem a arco também foi aplicada pela primeira vez em aviões durante a guerra, já que algumas fuselagens de aviões alemães foram construídas usando o processo.[6]​.

Durante a década de 1920, foram feitos avanços importantes na tecnologia de soldagem, incluindo a introdução da soldagem automática em 1920, na qual o fio eletrodo era alimentado continuamente. O gás de proteção tornou-se uma questão importante, à medida que os cientistas procuravam proteger as soldas contra os efeitos do oxigênio e do nitrogênio na atmosfera. Porosidade e fragilidade foram os problemas básicos decorrentes dessa troca, e as soluções que desenvolveram incluíram o uso de hidrogênio, argônio e hélio como gases de proteção de soldagem.[7] Durante a década seguinte, novos avanços permitiram a soldagem de metais reativos, como alumínio e magnésio. Isso, juntamente com o desenvolvimento da soldagem automática, soldagem por corrente alternada e fluxos, alimentou uma expansão significativa da soldagem a arco durante a década de 1930 e durante a Segunda Guerra Mundial.[8]​.

Em meados do século 20, muitos novos métodos de soldagem foram inventados. A década de 1930 viu o lançamento da soldagem de pinos, que logo se tornou popular na fabricação e construção naval. A soldagem por arco submerso foi inventada no mesmo ano e continua popular até hoje. Em 1941, após décadas de desenvolvimento, a soldagem a arco a gás com eletrodo de tungstênio foi finalmente aperfeiçoada, seguida em 1948 pela soldagem a arco a gás e metal, permitindo a soldagem rápida de materiais não ferrosos, mas exigindo gases de proteção caros. A soldagem a arco metálico blindado foi desenvolvida durante a década de 1950, usando um fluxo de eletrodo consumível coberto, e rapidamente se tornou a mais popular. Em 1957, estreou o processo de soldagem a arco fluxado), no qual o eletrodo de arame autoprotegido poderia ser usado com equipamentos automáticos, resultando em velocidades de soldagem bastante aumentadas, e nesse mesmo ano a soldagem a arco de plasma foi inventada. A soldagem por eletroescória foi introduzida em 1958 e seguida em 1961 por sua prima, a soldagem por eletrogás.

Outros desenvolvimentos recentes na soldagem incluem a importante conquista da soldagem por feixe de elétrons em 1958, tornando possível a soldagem profunda e estreita por meio da fonte de calor concentrada. Após a invenção do laser em 1960, a soldagem por feixe de laser estreou várias décadas depois e provou ser especialmente útil na soldagem automatizada de alta velocidade. No entanto, ambos os processos permanecem altamente caros devido ao alto custo dos equipamentos necessários, e isso limitou suas aplicações.[10]​.

soldagem em estado sólido

Tal como o primeiro processo de soldadura, a soldadura por forja, alguns métodos modernos de soldadura não envolvem a fusão dos materiais a serem unidos. Uma das mais populares, a soldagem ultrassônica, é usada para conectar folhas ou fios finos feitos de metal ou termoplásticos, fazendo-os vibrar em alta frequência e sob alta pressão. Os equipamentos e métodos envolvidos são semelhantes aos da soldagem por resistência, mas em vez da corrente elétrica, a vibração fornece a fonte de energia. Soldar metais com este processo não envolve a fusão dos materiais; Em vez disso, a solda é formada pela introdução de vibrações mecânicas horizontalmente sob pressão. Quando os plásticos estão sendo soldados, os materiais devem ter temperaturas de fusão semelhantes e as vibrações são introduzidas verticalmente. A soldagem ultrassônica é comumente usada para fazer conexões elétricas de alumínio ou cobre e também é um processo de soldagem de polímero muito comum.

Outro processo comum, a soldagem explosiva, envolve unir materiais pressionando-os sob pressão extremamente alta. A energia do impacto plastifica os materiais, formando uma solda, embora apenas uma quantidade limitada de calor seja gerada. O processo é comumente usado para soldagem de materiais diferentes, como soldagem de alumínio com aço em cascos de navios ou placas compostas. Outros processos de soldagem de estado sólido incluem soldagem por coextrusão, soldagem a frio, soldagem por difusão, soldagem por fricção (incluindo soldagem por fricção), soldagem de alta frequência, soldagem por pressão quente, soldagem por indução e soldagem por rolo.

Soldagem suave e forte

Soldagem suave e brasagem são processos nos quais não ocorre a fusão dos metais de base, mas apenas do metal de adição. Sendo o primeiro processo de soldagem utilizado pelo homem, já na antiga Suméria.

Soldagem a arco

Trata-se, na verdade, de sistemas de soldadura diferentes, que têm em comum a utilização de uma fonte de energia elétrica. Isto é usado para gerar um arco elétrico entre um eletrodo e o material de base, que derrete os metais no ponto de soldagem. Podem ser utilizadas corrente contínua (CC) e corrente alternada (CA) e incluem eletrodos consumíveis ou não consumíveis, que são cobertos por um material denominado revestimento. Às vezes, a área de solda é protegida por um certo tipo de gás inerte ou semi-inerte, conhecido como gás de proteção), e às vezes é utilizado um material de enchimento.

Para fornecer a energia elétrica necessária aos processos de soldagem a arco, diferentes fontes de energia podem ser utilizadas. A classificação mais comum dessas fontes é separar as de corrente constante e as de tensão constante. Na soldagem a arco, o comprimento do arco está diretamente relacionado à tensão, e a quantidade de calor gerada está relacionada à intensidade da corrente. As fontes de alimentação de corrente constante são mais frequentemente usadas para processos de soldagem manual, como soldagem a arco de gás tungstênio e soldagem a arco de metal blindado, porque mantêm uma corrente constante mesmo quando a tensão varia. Isto é importante na soldagem manual, pois pode ser difícil manter o eletrodo perfeitamente estável e, como resultado, o comprimento e a tensão do arco tendem a flutuar. Fontes de alimentação de tensão constante mantêm isso e variam a corrente. Como resultado, eles são mais frequentemente usados ​​para processos de soldagem automatizados, como soldagem por arco de metal a gás, soldagem por arco com núcleo de fluxo e soldagem por arco submerso. Nestes processos, o comprimento do arco é mantido constante, uma vez que qualquer flutuação na distância entre o eletrodo e o material base é rapidamente corrigida por uma grande mudança na corrente. Se o fio e o material de base ficarem muito próximos, a corrente aumentará rapidamente, o que, por sua vez, causa um aumento no calor e faz com que a extremidade do fio derreta, retornando-o à sua distância de separação original.[12]​.

O tipo de corrente utilizada na soldagem a arco também desempenha um papel importante. Eletrodos de processo consumíveis, como aqueles na soldagem por arco de metal blindado e soldagem por arco de metal a gás, geralmente usam corrente contínua (contínua), de modo que o eletrodo pode ser carregado positiva ou negativamente, dependendo de como as conexões do eletrodo são feitas. Na soldagem, se o eletrodo estiver carregado positivamente, nele será gerado mais calor e, como resultado, a solda será mais superficial (pois o material base dificilmente derreterá). Se o eletrodo estiver carregado negativamente, o metal base ficará mais quente, aumentando a penetração da carga e a velocidade de soldagem.[13] Processos de eletrodos não consumíveis, como soldagem por arco de gás e eletrodo de tungstênio, podem usar ambos os tipos de corrente contínua, bem como corrente alternada. Como no caso acima mencionado, um eletrodo carregado positivamente causa soldas superficiais e um eletrodo carregado negativamente também causa soldas mais profundas. Se for usada corrente alternada, invertendo constante e rapidamente a polaridade elétrica, são alcançadas soldas de penetração intermediária. Uma desvantagem da CA, o fato de que o arco se cancela a cada inversão de polaridade, foi superado com a invenção de unidades de potência especiais que produzem um padrão de onda quadrada, em vez do padrão de onda senoidal normal, gerando cruzamentos de zero muito rápidos que minimizam os efeitos do problema de desvanecimento do arco.[15]​.

Um dos tipos mais comuns de soldagem a arco é a soldagem a arco de metal blindado (SMAW), também conhecida como soldagem a arco de metal manual (MMA) ou soldagem com eletrodo. A corrente elétrica é utilizada para criar um arco entre o material base e a haste do eletrodo consumível, que é feita de aço e revestida com um fluxo que protege a área de solda da oxidação e contaminação através da produção de gás CO durante o processo de soldagem. O próprio núcleo do eletrodo atua como material de preenchimento, tornando desnecessário material de preenchimento adicional.

O processo é versátil e pode ser realizado com equipamentos relativamente baratos, tornando-o adequado para trabalhos domésticos e de campo.[16] Um operador pode tornar-se razoavelmente competente com uma quantidade modesta de treinamento e pode alcançar o domínio com a experiência. Os tempos de soldagem são um tanto lentos, pois os eletrodos consumíveis devem ser substituídos com frequência e porque a escória, resíduo do fluxo, deve ser removida após a soldagem.[17] Além disso, o processo é geralmente limitado a materiais de soldagem ferrosos, embora eletrodos especializados tenham tornado possível a soldagem de ferro fundido, níquel, alumínio, cobre, aço inoxidável e outros metais.

A soldagem a arco de metal a gás (GMAW), também conhecida como soldagem MIG (Metal Inert Gas) e MAG (Metal Active Gas), é um processo semiautomático ou automático que utiliza uma alimentação contínua de arame como eletrodo e uma mistura de gás inerte ou semi-inerte para proteger a solda de contaminação. Tal como acontece com o SMAW, a habilidade razoável do operador pode ser alcançada com um treinamento modesto. Como o eletrodo é injetado continuamente, as velocidades de soldagem são maiores para GMAW do que para SMAW. Além disso, o tamanho menor do arco, comparado aos processos de soldagem por arco de metal blindado, facilita a realização de soldas em posições complicadas (por exemplo, emendas aéreas, como seria o caso ao soldar embaixo de uma estrutura).

O equipamento necessário para realizar o processo GMAW é mais complexo e caro do que o necessário para o SMAW, e requer um procedimento de preparação mais complexo. O GMAW é, portanto, menos portátil e versátil e, devido ao uso de um gás de proteção separado, não é particularmente adequado para trabalhos ao ar livre. No entanto, a velocidade média mais alta que a SMAW torna a GMAW mais adequada para soldagem de produção. O processo pode ser aplicado a uma ampla variedade de metais, tanto ferrosos quanto não ferrosos.[18]​.

Um processo relacionado, soldagem a arco com núcleo de fluxo (FCAW), utiliza equipamento semelhante, mas utiliza um fio que consiste em um eletrodo de aço preenchido com um material em pó. Este fio nucleado é mais caro que o fio sólido padrão e pode gerar fumos e/ou escória, mas permite velocidades de soldagem ainda mais altas e maior penetração de metal.[19]​.

Soldagem a arco de gás tungstênio (GTAW), ou soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG) (também às vezes erroneamente chamada de soldagem heliarc), é um processo de soldagem manual que usa um eletrodo de tungstênio não consumível, uma mistura de gás inerte ou semi-inerte e um material de enchimento separado. Especialmente útil para soldagem de materiais finos, este método é caracterizado por um arco estável e uma solda de alta qualidade, mas requer habilidade significativa do operador e fornece apenas velocidades de trabalho relativamente baixas.

GTAW pode ser usado em quase todos os metais soldáveis, embora seja mais frequentemente aplicado em ligas de aço inoxidável e metais leves. É utilizado onde soldas de qualidade são extremamente importantes, por exemplo, na fabricação de quadros de bicicletas, aeronaves e aplicações navais. gama mais ampla de materiais espessos do que no caso do GTAW, e também é muito mais rápido que isso. É aplicado aos mesmos materiais que GTAW exceto magnésio, e a soldagem automatizada de aço inoxidável é uma aplicação notável deste sistema no corte a plasma, um sistema eficiente para corte de aço.[21]​.

A soldagem por arco submerso (SAW) é um método de soldagem de alta produtividade em que o arco é gerado imerso em um fluido. Isto aumenta a qualidade do arco, uma vez que os contaminantes da atmosfera são deslocados pelo fluido. A escória que forma a solda geralmente sai sozinha e, combinada com o uso de alimentação contínua de arame, a taxa de deposição da solda é alta. As condições de trabalho são bastante melhoradas em comparação com outros sistemas de soldagem a arco, uma vez que o fluido oculta o arco e, portanto, quase nenhuma fumaça é produzida. Este sistema é comumente utilizado na indústria, especialmente para produtos de grande porte e na fabricação de vasos de pressão soldados.[22] Outros processos de soldagem a arco incluem soldagem com hidrogênio atômico, soldagem a arco de carbono, soldagem por eletroescória, soldagem por eletrogás e soldagem por arco de pinos.

soldagem a gás

O processo de soldagem a gás mais comum é a soldagem oxiacetileno, também conhecida como soldagem autógena ou soldagem oxi-combustível. É um dos processos de soldagem mais antigos e versáteis, mas nos últimos anos tornou-se menos popular em aplicações industriais. Ainda é amplamente utilizado para soldagem de tubos e tubos, bem como para trabalhos de reparo. O equipamento é relativamente barato e simples, geralmente empregando a combustão de acetileno em oxigênio para produzir uma temperatura de chama de soldagem de cerca de 3100°C. Como a chama é menos concentrada que um arco elétrico, provoca um resfriamento mais lento da solda, o que pode levar a maiores tensões residuais e distorção da solda, embora facilite a soldagem de aços de alta liga. Um processo semelhante, geralmente chamado de corte por oxicorte, é usado para cortar metais.[5] Outros métodos de soldagem a gás, como soldagem acetileno-oxigênio, soldagem hidrogênio-oxigênio e soldagem a gás sob pressão, são muito semelhantes, geralmente diferindo apenas no tipo de gases utilizados. Às vezes, uma tocha de água é usada para soldagem de precisão de itens como joias. A soldagem a gás também é usada na soldagem de plásticos, embora a substância seja aquecida. É ar e as temperaturas são muito mais baixas.

soldagem por resistência

A soldagem por resistência envolve a geração de calor pela passagem de corrente elétrica através de duas ou mais superfícies metálicas. Pequenas poças de metal fundido se formam na área de solda à medida que a alta corrente (1.000 a 100.000 A) passa através do metal. Em geral, os métodos de soldagem por resistência são eficientes e causam pouca poluição, mas suas aplicações são um tanto limitadas e o custo do equipamento pode ser elevado.

A soldagem a ponto é um método popular de soldagem por resistência usado para unir folhas de metal sobrepostas de até 3 mm de espessura. Dois eletrodos são usados ​​simultaneamente para manter as folhas de metal unidas e para passar corrente através delas. As vantagens do método incluem uso eficiente de energia, deformação limitada da peça, altas velocidades de produção, fácil automação e nenhuma necessidade de materiais de enchimento. A resistência da soldagem é significativamente menor do que com outros métodos de soldagem, tornando o processo adequado apenas para determinadas aplicações. É amplamente utilizado na indústria automobilística. Carros comuns podem ter milhares de pontos soldados feitos por robôs industriais. Um processo especializado, chamado soldagem por choque, pode ser usado para soldar aço inoxidável por pontos.

Assim como a soldagem a ponto, a soldagem por costura depende de dois eletrodos para aplicar pressão e corrente para unir folhas de metal. No entanto, em vez de eletrodos pontuais, eletrodos em forma de roda rolam e muitas vezes alimentam a peça de trabalho, possibilitando longas soldas contínuas. No passado, esse processo era utilizado na fabricação de latas de bebidas, mas agora seus usos são mais limitados. Outros métodos de soldagem por resistência incluem soldagem flash, soldagem por projeção e soldagem por despejo.

soldagem por feixe de energia

Os métodos de soldagem por feixe de energia, chamados soldagem por feixe de laser e soldagem por feixe de elétrons, são processos relativamente novos que se tornaram bastante populares em aplicações de alta produção. Os dois processos são muito semelhantes, diferindo principalmente na fonte de energia. A soldagem por feixe de laser emprega um feixe de laser altamente focado, enquanto a soldagem por feixe de elétrons é feita no vácuo e usa um feixe de elétrons. Ambos possuem uma densidade de energia muito alta, possibilitando a penetração profunda da solda e minimizando o tamanho da área de solda. Ambos os processos são extremamente rápidos e fáceis de automatizar, tornando-os altamente produtivos. As principais desvantagens são os custos muito elevados dos equipamentos (embora estejam diminuindo) e a suscetibilidade a rachaduras. Os desenvolvimentos nesta área incluem soldagem a laser híbrida), que utiliza os princípios da soldagem por feixe de laser e soldagem a arco para obter propriedades de soldagem ainda melhores.[24]​.

As soldas podem ser preparadas geometricamente de muitas maneiras diferentes. Os cinco tipos básicos de juntas de solda são junta final, junta sobreposta, junta de canto, junta de borda e junta em T. Existem outras variações, como a preparação de juntas em duplo V, caracterizadas por duas peças de material cada uma afinando até um único ponto central na metade de sua altura. A preparação de juntas em U simples e em U duplo também é bastante comum - em vez de terem bordas retas como a preparação de juntas em V simples e em V duplo, elas são curvas, tendo o formato de um U. As juntas sobrepostas também são comumente mais de duas peças grossas - dependendo do processo utilizado e da espessura do material, muitas peças podem ser soldadas entre si em uma geometria de junta sobreposta.

Muitas vezes, certos processos de soldagem utilizam exclusiva ou quase exclusivamente projetos de juntas específicos. Por exemplo, soldagem a ponto por resistência, soldagem por feixe de laser e soldagem por feixe de elétrons são mais frequentemente realizadas com juntas sobrepostas. No entanto, alguns métodos de soldagem, como a soldagem a arco de metal blindado, são extremamente versáteis e podem soldar praticamente qualquer tipo de junta. Além disso, alguns processos podem ser usados ​​para fazer soldas multipassagens, nas quais uma solda é resfriada e, em seguida, outra solda é feita em cima da primeira. Isso permite, por exemplo, a soldagem de seções espessas dispostas em uma preparação de junta em V único.[26]​.

Após a soldagem, diversas regiões distintas podem ser identificadas na área de soldagem. A solda em si é chamada de zona de fusão – mais especificamente, é onde o metal de adição foi colocado durante o processo de soldagem. As propriedades da zona de fusão dependem principalmente do metal de adição utilizado e da sua compatibilidade com os materiais de base. É circundado pela “zona afetada pelo calor”, área que teve sua microestrutura e propriedades alteradas pela soldagem. Estas propriedades dependem do comportamento do material base quando submetido ao calor. O metal nesta área é frequentemente mais fraco que o material de base e a zona de fusão, e é também onde as tensões residuais são encontradas.[27]​.

Contenido

Muy a menudo, la medida principal usada para juzgar la calidad de una soldadura es su fortaleza y la fortaleza del material alrededor de ella. Muchos factores distintos influyen en esto, incluyendo el método de soldadura, la cantidad y la concentración de la entrada de calor, el material base, el material de relleno, el material fundente, el diseño del empalme, y las interacciones entre todos estos factores. Para probar la calidad de una soldadura se usan tanto ensayos no destructivos como ensayos destructivos"), para verificar que las soldaduras están libres de defectos, tienen niveles aceptables de tensiones y distorsión residuales, y tienen propiedades aceptables de zona afectada por el calor (HAZ). Existen códigos y especificaciones de soldadura para guiar a los soldadores en técnicas apropiadas de soldadura y en cómo juzgar la calidad estas.

Zona afetada pelo calor

Os efeitos da soldagem podem ser prejudiciais ao material ao redor da solda. Dependendo dos materiais utilizados e do aporte térmico do processo de soldagem utilizado, a zona termicamente afetada (ZTA) pode variar em tamanho e resistência. A difusividade térmica do material base é muito importante; Se a difusividade for alta, a taxa de resfriamento do material será alta e a ZTA será relativamente pequena. Por outro lado, a baixa difusividade leva a um resfriamento mais lento e a uma HAZ maior. A quantidade de calor injetada pelo processo de soldagem também desempenha um papel importante, uma vez que processos como a soldagem oxiacetileno possuem entrada de calor não concentrado e aumentam o tamanho da zona afetada. Processos como soldagem por feixe de laser possuem uma quantidade de calor altamente concentrada e limitada, resultando em uma pequena ZTA. A soldagem a arco fica entre esses dois extremos, com processos individuais variando um pouco no aporte de calor.[28]​[29]​ Para calcular o calor para procedimentos de soldagem a arco, a seguinte fórmula pode ser usada:.

Distorção e rachaduras

Os métodos de soldagem que envolvem a fusão do metal no local da emenda são necessariamente propensos ao encolhimento&action=edit&redlink=1 "Encolhimento (soldagem) (ainda não redigido)") à medida que o metal aquecido esfria. Por sua vez, a retração pode introduzir tensões residuais e distorções longitudinais e rotacionais. A distorção pode representar um problema significativo, uma vez que o produto final não possui o formato desejado. Para aliviar a distorção rotacional, as peças de trabalho podem ser deslocadas para que a soldagem resulte em uma peça formada adequadamente.[31] Outros métodos para limitar a distorção, como fixar peças de trabalho no lugar, causam o acúmulo de tensão residual na zona afetada pelo calor do material de base. Essas tensões podem reduzir a resistência do material de base e levar a falhas catastróficas por trincas a frio, como no caso de vários navios Liberty&action=edit&redlink=1 "Liberty (navio) (ainda não redigido)"). A fissuração a frio é limitada aos aços e está associada à formação de martensita à medida que a solda esfria. A fissuração ocorre na zona afetada pelo calor do material de base. Para reduzir a quantidade de distorção e tensão residual, a quantidade de entrada de calor deve ser limitada, e a sequência de soldagem utilizada não deve ser de uma extremidade diretamente à outra, mas sim em segmentos. O outro tipo de trinca, trinca a quente ou trinca por solidificação, pode ocorrer em todos os metais e ocorre na zona de fusão da solda. Para diminuir a probabilidade deste tipo de fissuração, o excesso de material de contenção deve ser evitado e um material de enchimento apropriado deve ser utilizado.[32]​.

Soldabilidade

A qualidade de uma solda também depende da combinação de materiais utilizados como material de base e material de enchimento. Nem todos os metais são adequados para soldagem e nem todos os metais de adição funcionam bem com materiais de base aceitáveis.

É necessário levar em consideração 60% da menor espessura de base das placas a serem unidas para utilização em uma das pernas de soldagem.

A soldabilidade dos aços é inversamente proporcional a uma propriedade conhecida como temperabilidade do aço, que mede a probabilidade de formação de martensita durante a soldagem ou tratamento térmico. A temperabilidade do aço depende da sua composição química, com maiores quantidades de carbono e outros elementos de liga resultando em maior temperabilidade e, portanto, menor soldabilidade. Para avaliar ligas compostas por muitos materiais diferentes, uma medida conhecida como teor de carbono equivalente) é usada para comparar a soldabilidade relativa dos aços. diferentes ligas comparando suas propriedades com o aço carbono simples. O efeito na soldabilidade de elementos como o cromo e o vanádio, embora não tão grande quanto o do carbono, é, por exemplo, mais significativo do que o do cobre e do níquel. À medida que o teor de carbono equivalente aumenta, a soldabilidade da liga diminui.[33]​ A desvantagem de usar aços simples de carbono e de baixa liga é sua menor resistência – há um compromisso entre a resistência do material e a soldabilidade. Aços de alta resistência e baixa liga foram desenvolvidos especialmente para uso em soldagem durante a década de 1970, e esses materiais geralmente fáceis de soldar têm boa resistência, tornando-os ideais para muitas aplicações de soldagem.

Devido ao seu alto teor de cromo, os aços inoxidáveis ​​tendem a se comportar de maneira diferente dos outros aços no que diz respeito à soldabilidade. Os graus austeníticos de aços inoxidáveis ​​tendem a ser mais soldáveis, mas são especialmente suscetíveis à distorção devido ao seu alto coeficiente de expansão térmica. Algumas ligas deste tipo são propensas a rachar e também apresentam resistência à corrosão reduzida. Se a quantidade de ferrita "Ferrita (ferro)") na solda não for controlada, é possível a trinca a quente. Para amenizar o problema, é utilizado um eletrodo que deposita um metal de solda contendo uma pequena quantidade de ferrita. Outros tipos de aços inoxidáveis, como os aços inoxidáveis ​​ferríticos e martensíticos, não são facilmente soldáveis ​​e muitas vezes devem ser pré-aquecidos e soldados com eletrodos especiais.[35]​.

A soldabilidade das ligas de alumínio varia significativamente dependendo da composição química da liga utilizada. As ligas de alumínio são suscetíveis a trincas a quente e, para combater o problema, os soldadores aumentam a velocidade de soldagem para reduzir o aporte de calor. O pré-aquecimento reduz o gradiente de temperatura através da zona de solda e, portanto, ajuda a reduzir trincas a quente, mas pode reduzir as características mecânicas do material base e não deve ser usado quando o material base for restrito. O design da emenda também pode ser alterado e uma liga de enchimento mais compatível pode ser selecionada para diminuir a probabilidade de trincas a quente. As ligas de alumínio também devem ser limpas antes da soldagem, para remover todos os óxidos, óleos e partículas soltas da superfície a ser soldada. Isto é especialmente importante devido à suscetibilidade de uma solda de alumínio à porosidade devido ao hidrogênio e escória "Escória (metalurgia)") devido ao oxigênio.[36]​.

Embora muitas aplicações de soldagem ocorram em ambientes controlados, como fábricas e oficinas, alguns processos de soldagem são frequentemente utilizados em uma ampla variedade de condições, como ao ar livre, debaixo d’água e em vácuo (como no espaço). Em usos externos, como construção e reparos externos, a soldagem a arco de metal blindado é o processo mais comum. Processos que utilizam gases inertes para proteger a solda não podem ser facilmente utilizados em tais situações, porque movimentos atmosféricos imprevisíveis podem resultar em falha na solda. A soldagem a arco de metal blindado também é frequentemente usada em soldagem subaquática na construção e reparo de navios, plataformas offshore e tubulações, mas outras também são comuns, como soldagem a arco com núcleo de fluxo e soldagem a arco com gás de tungstênio. A soldagem no espaço também é possível, tentada pela primeira vez em 1969 por cosmonautas russos, quando conduziram experimentos para testar soldagem por arco de metal blindado, soldagem por arco de plasma e soldagem por feixe de elétrons em um ambiente despressurizado. Testes adicionais desses métodos foram feitos nas décadas seguintes, e hoje os pesquisadores continuam a desenvolver métodos para usar outros processos de soldagem no espaço, como soldagem por feixe de laser, soldagem por resistência e soldagem por fricção. Avanços nessas áreas podem ser indispensáveis ​​para projetos como a construção da Estação Espacial Internacional, que provavelmente fará uso extensivo de soldagem para unir peças fabricadas na Terra no espaço.[37]​.

Soldar sem os devidos cuidados pode ser uma prática perigosa e prejudicial à saúde. Contudo, com o uso de novas tecnologias e proteção adequada, os riscos de ferimentos ou morte associados à soldagem podem ser virtualmente eliminados. O risco de queimaduras ou eletrocussão é significativo porque muitos procedimentos comuns de soldagem envolvem um arco elétrico aberto ou chama. Para evitá-los, os soldadores devem usar roupas de proteção, como calçados aprovados, luvas grossas de couro e jaquetas protetoras de mangas compridas para evitar exposição a faíscas, calor e possíveis chamas. Além disso, a exposição ao brilho da área de soldagem produz uma lesão chamada “arco ocular” (ceratite) devido ao efeito da luz ultravioleta que inflama a córnea e pode queimar as retinas. Óculos de proteção e capacetes de soldagem e capacetes com filtros de vidro escuro são utilizados para evitar essa exposição, e nos últimos anos foram comercializados novos modelos de capacetes em que o filtro de vidro é transparente e permite que a área de trabalho seja vista quando não há radiação UV, mas escurece automaticamente assim que ocorre a radiação UV. Para proteger os espectadores, por segurança, devem ser utilizadas telas ou cortinas translúcidas para cercar a área de soldagem. Essas cortinas, feitas de filme plástico de cloreto de polivinila, protegem os trabalhadores próximos da exposição à luz UV do arco elétrico, mas não devem ser usadas para substituir o filtro de vidro usado em capacetes de soldadores e protetores faciais.[38]​.

Os soldadores também são frequentemente expostos a gases perigosos e partículas finas transportadas pelo ar. Processos como soldagem a arco com núcleo de fluxo e soldagem a arco metálico blindado produzem fumaça contendo partículas de vários tipos de óxidos, que em alguns casos podem produzir problemas médicos, como febre por vapor metálico. O tamanho das partículas em questão influencia a toxicidade dos vapores, sendo que partículas menores apresentam maior perigo. Além disso, muitos processos produzem vapores e vários gases, geralmente dióxido de carbono, ozônio e metais pesados, que podem ser perigosos sem ventilação e proteção adequadas. Para este tipo de trabalho, geralmente é usado um respirador de partículas FFP3 ou máscara de soldagem. Devido ao uso de gases comprimidos e chamas, muitos processos de soldagem apresentam risco de explosão e incêndio. As precauções comuns incluem limitar a quantidade de oxigênio no ar e manter materiais combustíveis longe do local de trabalho.[38]​.

Como em qualquer processo industrial, o custo da soldagem desempenha um papel crucial nas decisões de produção. Muitas variáveis ​​diferentes afetam o custo total, incluindo custo de equipamento, custo de mão de obra, custo de material e custo de energia elétrica. Dependendo do processo, o custo do equipamento pode variar, desde barato para métodos como soldagem por arco de metal blindado e soldagem por oxicorte, até extremamente caro para métodos como soldagem por feixe de laser e soldagem por feixe de elétrons. Devido ao seu alto custo, estes são utilizados apenas em operações de alta produção. Da mesma forma, como a automação e os robôs aumentam os custos dos equipamentos, eles só são implementados quando é necessária uma alta produção. O custo da mão de obra depende da taxa de deposição (velocidade de soldagem), do salário por hora e do tempo total de operação, incluindo soldagem e tempo de manuseio de peças. O custo dos materiais inclui o custo do material de base e de enchimento e o custo dos gases de proteção. Finalmente, o custo energético depende do tempo de arco e do consumo de energia da soldagem.

Para métodos de soldagem manual, os custos de mão de obra são geralmente a grande maioria do custo total. Como resultado, muitas medidas de redução de custos concentram-se na minimização do tempo de operação. Para fazer isso, podem ser selecionados procedimentos de soldagem com altas taxas de deposição e os parâmetros de soldagem podem ser ajustados para aumentar a velocidade de soldagem. A mecanização e a automação são frequentemente implementadas para reduzir os custos de mão-de-obra, mas isto muitas vezes aumenta o custo do equipamento e cria tempo adicional de configuração. Os custos dos materiais tendem a aumentar quando propriedades especiais são necessárias neles e os custos de energia normalmente não somam mais do que uma porcentagem do custo total de soldagem.[39]​.

Nos últimos anos, para minimizar os custos trabalhistas na fabricação de alta produção, a soldagem industrial tornou-se cada vez mais automatizada, principalmente com o uso de robôs na soldagem a ponto por resistência (especialmente na indústria automotiva) e na soldagem a arco. Na soldagem robótica, dispositivos mecânicos seguram o material e realizam a soldagem,[40]​ e inicialmente, a soldagem a ponto era seu uso mais comum. Mas a popularidade da soldagem a arco robótico aumentou à medida que a tecnologia avançava. Outras áreas importantes de pesquisa e desenvolvimento incluem a soldagem de materiais diferentes (como aço e alumínio) e novos processos de soldagem. Além disso, estão sendo feitos progressos para tornar práticos métodos especializados, como a soldagem por feixe de laser, para mais aplicações, por exemplo, nas indústrias aeroespacial e automotiva. Os pesquisadores também esperam compreender melhor as propriedades muitas vezes imprevisíveis das soldas, especialmente a microestrutura, as tensões residuais e a tendência de uma solda rachar ou deformar.[41]