Fundamentos da técnica de soldagem
A soldagem é a união de metais de composição igual ou semelhante, sob a ação do calor, com ou sem adição de metal igual ou semelhante. Por meio da soldagem, as peças ficam unidas de modo indissolúvel, de forma que surge uma única entidade. Uma boa soldagem pressupõe uma união íntima, que só é alcançada quando o material de base também se funde no local da soldagem (zona de fusão).
Soldagem por arco elétrico
Para estruturas de aço, a soldagem por arco elétrico é a primeira opção, na qual o calor necessário é obtido por um arco elétrico. O arco voltaico forma-se entre a peça-base e a chamada eletrodo, que, nesse processo, se funde e fornece material de adição. A escolha correta do material de adição (eletrodo) tem a maior influência nas propriedades da ligação soldada. Os eletrodos são selecionados de acordo com as resistências características do material de base a ser soldado. A escolha dos eletrodos e a definição das condições de soldagem pressupõem conhecimento técnico, razão pela qual foi criada a instituição de “engenheiros especialistas em técnica de soldagem”, especialmente qualificados, cuja tarefa consiste, entre outras, em supervisionar os trabalhos de soldagem e em repetir periodicamente as certificações dos soldadores.
Soldagem e corte a gás
Na soldagem a gás, o calor necessário é produzido pela combustão do gás, de modo que o material de base e o material de adição fundem. Mais importante é o corte. O maçarico de corte possui, além do tubo de aquecimento, que funciona como na soldagem, também outro tubo de corte para oxigênio. O aço aquecido pela chama quente é perfurado e soprado pelo fluxo de oxigênio. O corte proporciona superfícies lisas e precisas, suficientes para muitos objetivos de estruturas de aço, sem processamento adicional.
Soldabilidade
Para avaliar as juntas soldadas, deve-se ter em conta que, durante o processo de soldagem, a composição do metal de adição, bem como do material base, pode mudar significativamente. Também é muito importante a alteração da estrutura — entre o cordão fundido e o material base inalterado existe, conforme o grau de ação térmica, uma zona de estrutura diversa e, portanto, de propriedades diversas. Junto ao cordão encontra-se a região em que o material base se fundiu (zona de penetração) e na qual ocorre a união entre a zona de soldagem e o material base. A zona circundante do material também é intensamente aquecida, embora aí o ponto de fusão já não seja alcançado. Nesta zona de superaquecimento ocorrem grandes alterações estruturais, de modo que ela frequentemente é निर्णante para as propriedades de toda a junta soldada.
A fissuração da junta significa o aparecimento de fissuras na junta, que surgem logo após a soldadura, ainda a temperatura elevada, ou talvez só durante o arrefecimento na zona do azul de revenido (cerca de 300oC). A fissuração é, em grande medida, uma característica dos eletrodos; ocorre quase só em eletrodos revestidos, que são precisamente importantes para as estruturas de aço. Para o aparecimento de fissuras, é necessário que se verifiquem duas condições, nomeadamente tensões elevadas devido ao processo de soldadura ou a outras causas externas, bem como o aumento da rigidez do material.
Pored metalurških promena u sastavu i strukturi materijala važni su i fizički procesi, koji su u vezi sa velikim količinama toplote, koje se pri zavarivanju dovode materijalu i pri tome dostignutim visokim temperaturama. Zagrevanje se ne vrši ravnomerno, već samo u usko ograničenim oblastima. Sa zagrevanjem vezana toplotna dilatacija sprečena je unutrašnjim naprezanjem zagrejane zone nezagrejanim materijalom. Uz to dolazi i spoljno naprezanje, jer se delovi pri zavarivanju moraju čvrsto stegnuti, stoga se pri zagrevanju javljaju plastična sabijanja. Prilikom hlađenja skuplja se šav i njegova okolina najjače (skupljanje). Pri hlađenju moraju zbog sprečenog istezanja da se jave prinudni naponi (naponi od skupljanja). Prethodnim zagrevanjem delova koji se zavaruju na 200 oC do 300 oC može se hlađenje znatno usporiti. Zbog smanjenja dejstva kaljenja dobija se bolje obrazovanje strukture, otvrdnjavanje ostaje manje.
Ensaios de materiais e trabalhos de soldadura
Geral: Como a qualidade dos trabalhos de soldagem depende de uma série de circunstâncias, e não por último da habilidade e da confiabilidade do trabalhador especializado, é necessária uma supervisão e um ensaio rigorosos de todos os trabalhos de soldagem. Entre os ensaios citam-se os destinados a determinar a soldabilidade dos materiais e dos eletrodos, a comparação das condições de soldagem e dos procedimentos de soldagem para um caso dado, ensaios de amostras etc.
Fig. 1 - Ensaio de flexão de uma soldadura
Ensaio de flexão da solda: Trata-se de um ensaio de flexão de uma viga simples de secção retangular (fig. 1), na qual uma ranhura longitudinal, trabalhada em semicírculo na fibra tracionada, é novamente soldada com uma camada, à temperatura ambiente. A solda provoca uma forte redução da deformabilidade, de modo que os ensaios frequentemente se partem de forma completamente frágil e súbita. O ângulo de flexão é maior nas placas finas, diminuindo com a espessura da placa.
Tenacidade ao entalhe: No ensaio de flexão da junta, surgem na maioria das vezes fissuras primeiro na junta, ocorrendo assim uma rotura frágil. O material base deve ser capaz de suportar o carregamento que surge subitamente na rotura frágil da junta. Deve exigir-se que a fissura na zona da soldadura não se propague rapidamente através do material base, mas que a fissura apenas possa avançar lentamente. O material base deve ser suficientemente tenaz para suportar este carregamento súbito e essa capacidade deve manter-se em grau suficiente também a baixas temperaturas. A tenacidade ao entalhe, tal como outras propriedades mecânicas, depende em grande medida da temperatura a que o ensaio é realizado. A baixas temperaturas, por exemplo abaixo de 0 oC, ela pode cair para uma fração do valor a 20 oC. A posição desta queda brusca é importante para avaliar um material. Para as estruturas de aço soldadas, exige-se hoje um material de boa resistência ao envelhecimento, isto é, elevada resistência ao entalhe sob impacto em provetes arrefecidos a frio.
Fig. 2 - Deformação em estados de tensão de entalhe
Dureza: Os fenómenos de dureza na zona de soldadura têm grande importância. É importante conhecer o aumento da dureza, porque a dilatação na rotura diminui rapidamente com o aumento da dureza (fig. 3), enquanto a resistência à tração σB sobe quase proporcionalmente à dureza Brinell HB. Para os aços de construção, aproximadamente σB = 0,36*HB. Um exemplo da dureza do cordão principal de canto de uma viga I é mostrado na fig. 4. Na zona de transição existem, em distâncias muito pequenas, grandes diferenças de dureza. A evolução da dureza depende da estrutura formada. A linha σ-ε-l altera-se com a dureza de forma semelhante ao estado de tensão da entalha (fig. 2).
Fig. 3 - Dureza Brinell e alongamento
Fig. 4 - Durezas na zona da solda no banzo de uma viga I soldada
Ensaio não destrutivo de juntas soldadas acabadas
Radiografia – Na radiografia de pequenas espessuras, a imagem radiográfica pode ser tornada visível em uma única tela. Em vez de raios X, podem ser usados raios gama de materiais radioativos. A imagem radiográfica permite inferir a qualidade da solda. Inclusões de escória ou poros, bem como falhas de ligação e fissuras, podem assim ser detectadas e, se for o caso, eliminadas.
Magnetno prostrujavanje – U delu čelika koji se ispituje stvara se magnetno polje i tada se naneti opiljci raspoređuju prema polju. Iz eventualnih nepravilnosti u magnetnom polju mogu se otkriti naprsline. Postupak je naročito efikasan za pronalaženje površinskih naprslina, ali je relativno neosetljiv na uključine šljake i pore, kao i na naprsline koje se nalaze u unutrašnjosti debljih ploča.
Ensaio por ultrassons – As ondas sonoras ultracurtas refletem-se não apenas nas superfícies de fronteira, mas também nas superfícies de separação no interior, como, por exemplo, em fissuras ou delaminações.