Soldagem: Mecanismo, Projeto Conjunto e Aplicações

Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre: ​​- 1. Mecanismo de Solda 2. Soldas 3. Fluxos usados ​​4. Projeto Conjunto 5. Aplicações.

A soldagem é um processo de união de materiais, aquecendo-os a uma temperatura adequada e usando um material de enchimento, chamado de solda, com um líquido não superior a 450 ° C e abaixo do solidus do material de base. O metal de enchimento flui entre as superfícies de contato por ação capilar para formar a articulação. A solda é normalmente uma liga não ferrosa.

A resistência de uma junta soldada é essencialmente em virtude da formação de uma ligação metálica, embora adesão e fixação mecânica também desempenhem suas partes. A solda age não fundindo o metal base, mas dissolvendo uma pequena quantidade dele para formar uma camada de composto intermetálico. Uma vez que a junta de solda é afetada, ela mantém as partes juntas pelas mesmas forças de atração entre os átomos adjacentes, como no caso de qualquer metal sólido.

Mecanismo de solda :

O processo de soldagem envolve três fatores intimamente relacionados, a saber:

(i) molhar,

(ii) ligas e espalhamento, e

(iii) ação capilar e preenchimento da articulação.

(i) Molhar:

É a propriedade de um líquido pelo qual se espalha sobre uma superfície sólida. Na soldagem, é essencial que o fluxo ou solda se espalhe sobre as superfícies de base que estão sendo unidas. Se uma solda não molhar uma superfície, ela pode ser facilmente removida deixando pouca ou nenhuma solda aderida ao metal base. A solda que se espalha e molha o metal base produzirá uma junção sólida entre as duas superfícies e só poderá ser removida raspando ou lixando.

A condição para um líquido molhar completamente uma superfície sólida é que o ângulo de contato ou o ângulo de molhamento, mostrado na Fig. 17.1, deve ser zero. Os líquidos que não molham a superfície formam um grande ângulo de molhamento, como mostra a Fig. 17.2.

O ângulo de molhamento é, assim, uma medida de quão bem a solda fundida molhará o metal e é o fator mais importante para julgar visualmente a eficácia do processo de soldagem e a capacidade de solda do metal base. O molhamento é essencialmente uma reação química que ocorre quando um ou mais elementos da solda reagem com o metal base sendo soldado para formar um composto. O calor é fornecido para facilitar o molhamento.

Geralmente as soldas líquidas não molham superfícies de metal sólidas limpas. Por exemplo, soldas de estanho-chumbo têm um ângulo de contato entre 25 ° e 70 ° com superfícies de aço, dependendo da composição da solda. No entanto, o estanho é capaz de se ligar ao ferro e, caso um filme de estanho seja formado na superfície do aço por liga, a solda de estanho-chumbo irá molhá-lo. Em geral, uma solda vai molhar uma superfície de metal, desde que forma um composto intermetálico com o sólido ou o metal sólido pode levar a solda à solução.

O molhamento é inibido pelas camadas de óxido, e é por isso que é necessário remover essas camadas para uma soldagem bem-sucedida. Um bom umedecimento é uma propriedade desejável em uma solda para tornar o fluxo de solda suave, rápida e continuamente na abertura da junta.

No entanto, o molhamento não é um requisito absolutamente essencial para a formação de uma ligação, que é trazida pelo fato de que o aço não é umedecido pelo chumbo, mas se o chumbo derretido solidificar em contato com a superfície de aço livre de óxido numa junta soldada fortemente ligada.

ii) Ligas e Espalhamento:

A capacidade de uma solda de se ligar ao metal base está relacionada à sua capacidade de molhar a superfície. A liga está relacionada com a limpeza do metal base. Deve haver um contato íntimo entre a solda e o metal base para que a liga ocorra na interface, e isso é obtido limpando e usando um fluxo para remover o filme de óxido da superfície do metal base a ser unido.

A liga também ajuda a espalhar-se porque, se a solda líquida se dissolve no sólido, ela pode se difundir sob a camada de óxido e soltá-la, guiando assim o fluxo de solda fundida sobre toda a superfície. A característica e o grau de propagação dependem da natureza do metal base, da temperatura, da presença ou ausência de fluxo, da rugosidade da superfície do metal e do seu grau de oxidação.

Em alguns casos, como soldas de estanho-chumbo economizando menos de 30% de estanho, as condições de equilíbrio são estabelecidas rapidamente com muito pouca disseminação. Com ligas de estanho mais altas, o spread inicial é, no entanto, seguido por um spread secundário que ocorre durante um período de tempo substancial. A dispersão máxima de soldas de estanho-chumbo ocorre com ligas próximas à temperatura eutética e na soldagem prática tais ligas possuem as melhores características de fluxo.

A textura do metal base com canais de interconexão ajuda a espalhar a solda por ação capilar. A difusão lateral de tais canais ajuda na rápida disseminação do líquido a granel devido à formação da ligação de difusão.

iii) Ação Capilar e Enchimento Conjunto :

A maneira pela qual uma solda preenche o espaço entre as duas superfícies de contato influencia sua capacidade de preenchimento e o grau em que as imperfeições da superfície são preenchidas. A fluidez da solda fundida deve ser tal que possa fluir para os espaços estreitos por ação capilar. Sendo outras coisas iguais, a solda fundida fluirá para uma distância maior, mas a uma taxa mais baixa de fluxo, à medida que a separação das superfícies for reduzida.

Os principais factores que influenciam a eficácia do enchimento da junta incluem o ângulo de molhagem entre a solda e o metal base, folga entre as duas superfícies a serem unidas, taxa de aquecimento e sua uniformidade, temperatura, natureza da solda usada e uso do fluxo.

A folga para os metais leves, como alumínio e magnésio, é consideravelmente maior (0, 125 - 0, 625 mm) do que para as ligas de cobre (0, 05 - 0, 40 mm). Onde a intersolubilidade da solda e do metal original é um problema, pequenas folgas podem levar a contaminação excessiva, aumento do ponto de fusão e solidificação pré-maturada. Tal condição pode ser retificada em grande parte por taxas mais rápidas de aquecimento.

O aquecimento irregular leva ao preenchimento irregular da fenda levando a juntas de má qualidade. Juntas retas são difíceis de aquecer uniformemente é por isso que as juntas curvilíneas são preferidas, quando possível.

A composição das soldas e a natureza do fluxo usado influenciam consideravelmente a capacidade de enchimento da junta e a qualidade da junta soldada.

Soldas:

Geralmente as soldas usadas na indústria são do sistema de estanho-chumbo. A maioria dos metais pode ser unida por essas soldas e têm boa resistência à corrosão na maioria dos meios. Dependendo da compatibilidade do metal base, fluxos de todos os tipos podem ser usados ​​com estas soldas. Ao se referir a eles, é costume referir-se ao conteúdo de estanho primeiro, assim a solda 60/40 é 60% estanho e 40% chumbo. Os pontos de fusão e o comportamento de solidificação das soldas de estanho-chumbo podem ser melhor representados por seu diagrama de fases mostrado na Fig. 17.3 A.

Fig. 17.3Um diagrama de equilíbrio metalúrgico para o sistema estanho-chumbo

O número ASTM, a composição nominal, o intervalo de fusão e as aplicações típicas de diferentes soldas de estanho-chumbo são resumidos na tabela 17.1. A seleção da solda é baseada em sua capacidade de molhar a superfície do metal sendo unida e, para economia, deve-se usar o grau contendo a menor quantidade de estanho que forneça características adequadas de umedecimento e enchimento.

Além das populares soldas de estanho-chumbo, outras soldas também são empregadas com o objetivo de alcançar as propriedades desejadas para aplicações específicas. Alguns desses sistemas incluem soldas de estanho-antimônio, estanho-antimônio-chumbo, estanho-prata, estanho-chumbo-prata, estanho-zinco, cádmio-prata, cádmio-zinco, zinco-alumínio, índio e as soldas contendo bismuto popularmente como "ligas fusíveis".

A composição, os pontos de fusão e de congelamento e os usos específicos das soldas importantes nesses sistemas estão registrados na Tabela 17.2 e podem ser usados ​​como diretrizes gerais.

Fluxos usados ​​na soldagem:

Um fluxo de solda pode ser um produto líquido, sólido ou gasoso que quando aquecido é capaz de promover o molhamento de metais por soldas. Sua função é remover óxidos e outros compostos superficiais das superfícies a serem soldadas, deslocando-as ou dissolvendo-as. Deve ter uma gravidade específica menor do que a solda, de modo que possa ser deslocada pela solda na junta.

Os fluxos de solda podem ser classificados em quatro grupos, a saber: fluxos inorgânicos mais ativos, fluxos orgânicos moderadamente ativos, fluxos de colofónia menos ativos e fluxos especiais para aplicações específicas. A maioria desses fluxos está disponível na forma de arame, líquido, pasta ou pó seco.

1. Fluxos Inorgânicos:

Estes fluxos consistem em ácidos inorgânicos e sais que são altamente corrosivos e resultam em uma ação de fluxo rápida e altamente ativa. Eles podem ser aplicados como soluções, pastas ou sais secos. Eles podem ser usados ​​em aplicações de solda de alta temperatura, pois não queimam nem carbonizam. No entanto, os resíduos desses fluxos permanecem quimicamente ativos após a soldagem e, portanto, devem ser tomadas medidas para removê-los efetivamente.

Fluxos inorgânicos contendo sais amoniacais podem levar à corrosão sob tensão na soldagem de latão. A soldagem de aço requer um fluxo de cloreto de zinco que deixa resíduos altamente corrosivos. Uma solução de cloreto de zinco em ácido clorídrico que é usado na soldagem de aços inoxidáveis ​​é ainda mais corrosiva. O resíduo desses fluxos deve ser completamente lavado.

2. Fluxos Orgânicos:

Os principais constituintes dos fluxos orgânicos são os ácidos e bases orgânicos e alguns de seus derivados, como os hidro-haletos. Eles são usados ​​na faixa de temperatura de 90 a 320 ° C acima da qual eles se decompõem pelo calor deixando para trás o resíduo inativo.

Fluxos orgânicos são melhor usados ​​em quantidades calculadas, de modo que possam ser totalmente utilizados por volatilização, queima ou carbonização, de modo a não deixar componentes ativos ativos. O fluxo não decomposto não deve entrar em contato com as mangas isolantes e deve-se tomar cuidado ao soldar em espaços fechados para que os fumos possam não condensar nas partes críticas do conjunto.

3. Fluxos de Rosin:

Um fluxo de resina não corrosivo pode ser produzido pela dissolução de resina branca de água em um solvente orgânico adequado, por exemplo, aguardente de petróleo. A colofónia consiste principalmente em ácido abiético, que se torna activo à temperatura de soldadura de 175 a 315 ° C, mas que reverte para a sua forma inerte e não corrosiva no arrefecimento.

Por isso, encontra uso extensivo em trabalhos de rádio e eletrônicos, onde a limpeza efetiva após a soldagem é difícil. Utilizam-se vários compostos orgânicos misturados com resina, por exemplo cloridrato de ácido glutâmico e bromidrato de hidrazina.

Estes fluxos decompõem-se a temperaturas de soldadura, deixando resíduos duros, não higroscópicos, eletricamente não condutores e não corrosivos que, se necessário, podem ser facilmente lavados com água. Eles encontram uso extensivo na indústria elétrica.

Soldas de estanho-chumbo, mais fluidas, 50/50 ou 60/40, são normalmente usadas com fluxo de resina não corrosivo.

Fluxos de resina suavemente ativados são preferidos para produtos eletrônicos militares, de telefone e outros de alta confiabilidade, enquanto fluxos de resina mais ativados encontram amplo uso em aplicações comerciais eletrônicas e importantes, onde a limpeza completa após a soldagem pode ser garantida.

4. Fluxos Especiais:

Fluxos de reação usados ​​para soldar alumínio substituem o filme de óxido depositando uma película metálica na superfície de trabalho pela sua decomposição.

Algumas soldas também estão disponíveis com o fluxo contido em seu núcleo. A quantidade de fluxo no núcleo pode variar de 0-5 a mais de 3-0%, sendo 2-2% o mais comum. Soldas com núcleo de rosca e com núcleo ácido também estão disponíveis e são usadas para trabalho elétrico e chapas metálicas, respectivamente.

Projeto Conjunto para Soldagem:

As soldas têm resistência relativamente baixa em comparação com os metais para os quais precisam se juntar. É, portanto, desejável projetar juntas soldadas para que elas se intertrancem mecanicamente, exigindo que a solda atue como um agente de vedação e colagem.

Os dois tipos básicos de juntas soldadas são a junta de torno e a junta de topo. A Fig. 17.3B mostra as junções soldadas típicas, que incluem a junção trancada, a cinta presa e uma junta de sobreposição em um tubo. A junta do tipo lapidado deve ser preferida sempre que possível, desde que forneça a possibilidade de força máxima.

Juntas soldadas complexas podem ser feitas por solda manual, mas para o processo que emprega fluxagem automatizada, solda e pós-limpeza, os projetos escolhidos devem ser comparativamente simples, proporcionando acessibilidade à junta.

Sendo a ação capilar um fator importante na soldagem, é essencial proporcionar uma folga ideal entre as peças a serem soldadas, de modo que o fluxo possa ser atraído para o espaço intermediário por ação capilar. A folga da junta entre 0 07 a 0-12 mm é, portanto, preferida para a maioria das juntas, para obter a máxima resistência, mas em alguns casos específicos, como solda de metal pré-revestido, a folga tão baixa quanto 0 025 mm fornece a resistência desejada. A folga excessiva pode resultar em uniões soldadas não rentáveis.

Aplicações de solda:

Além das aplicações específicas dos diferentes métodos de soldagem descritos anteriormente, por exemplo, junção de núcleos de radiador de automóveis, encanamento, indústria eletrônica, incluindo rádio, TV e computadores, indústria elétrica para unir fios e cabos a terminais e muito mais.

Pode-se dizer que, em geral, a soldagem é mais comumente usada para selar levemente as juntas, adicionar rigidez e melhorar a condutividade elétrica. Às vezes pode ser necessário depender da sua resistência à tração, mas as soldas são mais conhecidas por sua ductilidade do que por força. Contudo, se o enchimento cuidadoso for alcançado, valores surpreendentemente altos de tenacidade podem ser obtidos. Além disso, a soldagem também encontra seu uso para vedar juntas fabricadas unidas por rebites, pontos de solda ou outros meios mecânicos.