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 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 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.