Técnicas Específicas de Soldagem
Este artigo lança luz sobre as três técnicas específicas de soldagem. As técnicas são: 1. Solda MIAB (Extremidade por Arco Magneticamente Impulsionado) 2. Produção de Tubo por Solda 3. Soldagem de Gaps Estreito.
Técnica # 1. Solda MIAB (Extremidade por Arco Magneticamente Impulsionado):
Na soldagem MIAB, que é usada para soldar peças de seção transversal tubular ou oca juntas, as faces do tubo a serem unidas são separadas por um pequeno espaço de 1-2 mm e um arco de soldagem é atingido por descarga de alta freqüência através da abertura. uma fonte de energia de corrente constante, como mostrado na Fig. 22.25. Ao mesmo tempo, um campo magnético radial estático, criado com a ajuda de uma bobina magnética articulada, é sobreposto no espaço que faz com que o arco se mova em torno das extremidades do tubo, como resultado da interação com o campo magnético.
A velocidade de rotação do arco é muito alta, até 150 m / s ou mais, resultando em aquecimento muito rápido e uniforme das extremidades do tubo. O tempo necessário para atingir o aquecimento desejado é de ½ a 2 segundos, dependendo da massa de metal a ser aquecida. O CO 2 é frequentemente usado como um gás de proteção para proteger o arco e o metal fundido. Uma vez aquecidas, as extremidades do tubo são forjadas juntas sob uma pressão de até cerca de 2200 N. A corrente máxima de soldagem empregada é normalmente de 1000 A.
A solda em fase sólida produzida pela soldagem MIAB possui um flash característico obtido devido a ação de ruptura. A resistência e a qualidade das soldas comparam-se favoravelmente às soldas produzidas pelos processos de soldagem por fricção e por solda de topo. As principais vantagens reivindicadas para a soldagem MIAB em relação aos processos alternativos de solda de topo, flash e fricção de resistência são altas velocidades de soldagem, baixo consumo de energia, facilidade de automação e capacidade de unir tubos não circulares.
A preparação das faces dos tubos não é crítica, portanto, qualquer superfície, desde o chão até o corte por serra, é adequada para soldagem por solda MIAB. No entanto, soldas de grande diâmetro (mais de 100 mm) requerem uma conexão de corrente uniforme em toda a periferia para garantir uma boa rotação do arco. A taxa de produção com solda MIAB pode ser de 8 a 10 vezes a dos processos de fricção e de soldagem a topo.
Até agora, a soldagem MIAB tem sido explorada principalmente pela indústria automobilística européia para soldar componentes de baixo carbono, baixa liga e aço inoxidável. Aplicações específicas do processo incluem a união de eixos de hélice, eixos de transmissão, extremidades do eixo traseiro, amortecedores (tampa soldada até a extremidade do tubo) e suportes preenchidos com gás. Actualmente, a gama de diâmetros de tubo que podem ser soldados por soldadura MIAB é de aproximadamente 10 a 300 mm com uma espessura de parede de 0, 7 a 13 mm.
O equipamento de processo foi desenvolvido tanto para fabricação como para fabricação em campo.
Este processo não pode ser usado para soldar barra sólida, e a qualidade da junta não pode ser assegurada pelo NDT porque é possível ter camadas muito finas de óxidos ou inclusões achatadas na linha de solda. No entanto, apesar dessas limitações, espera-se que o processo encontre uso extensivo em indústrias como eletrodomésticos, ar-condicionado, refrigeração e fabricação de móveis.
Técnica # 2. Produção de Tubo por Soldagem:
A alta taxa de produção de tubos e tubulações é alcançada pelas três variantes seguintes da soldagem por costura de resistência:
i) Soldadura por soldadura por soldadura com resistência eléctrica (processo ERW),
ii) Soldadura por resistência de alta frequência (HFRW) e
(iii) Soldadura por indução de alta frequência (HFIW).
(i) Processo de ERW:
Grandes quantidades de tubo e tubo de aço são fabricadas por soldadura de costura de topo de resistência a partir de uma tira que é continuamente cortada na extremidade e enrolada num tubo de diâmetro desejado antes da soldadura. Corrente alternada de até 4000A a cerca de 5 volt é introduzida através da junção por eletrodos do tipo split roller e a força é aplicada pelos rolos de pressão como mostrado na Fig. 22.26. Para introduzir uma corrente pesada diretamente nos eletrodos em movimento, é utilizado um transformador rotativo com anéis coletores no lado primário. Ao contrário da soldagem de costura normal, os movimentos de corrente e trabalho são contínuos nesse processo.
A taxa máxima de produção é limitada pela freqüência da corrente de soldagem, pois à medida que a velocidade de soldagem é aumentada, os semi-ciclos de corrente individuais eventualmente levam à soldagem por pontos em vez da soldagem por emenda. Para superar esta dificuldade, a frequência atual é normalmente aumentada para 350 hertz para alcançar a velocidade de soldagem de 36 m / min.
O tubo produzido por este processo tem uma aleta de metal virado ao longo da junta de solda, tanto interna quanto externamente, que geralmente é removida pela instalação de fresas apropriadas na linha de produção. O tubo é cortado nos comprimentos desejados empregando um cortador que se move ao longo do tubo e é sincronizado para cortar o comprimento desejado na corrida disponível em um dado ciclo.
ii) Processo HFRW:
Neste processo, o tubo é formado por rolos da mesma forma que no processo ERW, mas a corrente na faixa de 500 - 5000A a uma freqüência de até 500 KHz e uma tensão de cerca de 100 volt é introduzida através de sondas de ligas de cobre e prata soldada a suportes de cobre arrefecidos com água pesada. Os tamanhos das pontas de contato variam entre 15 - 650 mm 2, dependendo da corrente a ser transportada.
Enquanto no ERW o calor é gerado principalmente pela resistência de contato interfacial, ele é produzido pelo efeito de pele devido ao qual a corrente flui em uma profundidade rasa do condutor e é proporcional a √1 / f. Rolos de pressão para fornecer a pressão de forjamento são instalados a uma curta distância abaixo da linha das sondas de corrente, como mostrado na Fig. 22.27. Devido ao efeito de pele, o trajecto de fluxo actual encontra-se ao longo da tira através do ápice de Vee formado pelas superfícies de acabamento que se encontram num ângulo de 4 ° -7 ° quando se aproximam para formar o tubo. A profundidade da região aquecida é geralmente inferior a 0, 8 mm e, portanto, proporciona a condição ideal para a junta soldada.
No processo de ERW, a fusão não ocorre, portanto, a soldagem envolve deformação considerável do metal aquecido para romper a camada de óxido para fazer contato de metal para soldas de qualidade. No entanto, na fusão superficial da HFRW pode ocorrer e o metal fundido assim produzido é extrudido sob a pressão de forjamento dos rolos resultando na extracção do material oxidado ou outras impurezas. Esta acção torna este processo aplicável à soldadura de metais não ferrosos, em que a camada de óxido refractário é formada muito rapidamente devido ao aquecimento.
O uso de alta tensão e alta frequência ajuda a obter um bom contato entre as sondas e o material do tubo, mesmo que tenha escala. As sondas resfriadas a água têm uma longa vida útil e podem soldar milhares de metros de tubo antes de serem substituídas. vestir. Sondas de contato usadas para HFRW de metais não-ferrosos podem ter três vezes a vida útil das sondas usadas para metais ferrosos. Soldar 100.000 m de tubos não ferrosos com um conjunto de sondas não é incomum.
Como a velocidade de soldagem depende da espessura do tubo e não do diâmetro, é por isso que pode ser alcançada uma alta velocidade de soldagem de até 150 m / min para a HFRW de tubos de paredes finas. Usando uma unidade de 160 KW em fonte de alimentação de 400 KHz, tubos e tubos de aço e alumínio podem ser fabricados com alta taxa de produção, dependendo da espessura da parede, como mostrado na tabela 22.6.
Na soldadura de alta frequência de tubos e tubagens, a corrente flui na superfície interna dos tubos, bem como na superfície exterior. Essa corrente adicional que flui em paralelo com a corrente de soldagem leva à perda de energia. Para minimizar essa perda de energia, um núcleo magnético ou impedimento feito de material de ferrita, como ferro forjado, é colocado dentro do tubo.
O impedimento aumenta a reatância indutiva do caminho de groselha ao redor da superfície interna do tubo restringindo a corrente interna indesejada e aumentando assim a corrente externa. Isso leva a taxas de produção mais altas. O impedimento é normalmente resfriado a água para manter sua temperatura baixa, de modo que não perca suas propriedades magnéticas. Para evitar o desmoronamento de tubos de paredes finas, o impedimento pode ser fornecido com rolos de suporte, como mostrado na Fig. 22.28, dentro do tubo sendo soldado.
O processo HFRW é usado para produzir tubos e tubulações de diâmetros que variam entre 12 a 1270 mm e com espessura de parede de 0, 25 a 25 mm. Qualquer metal pode ser soldado por este processo com faixa de velocidade de 5 a 300 m / minuto, dependendo da espessura da parede.
O processo HFRW também pode ser usado para fabricar tubos e tubos em espiral e aletados. A Fig. 22.29 mostra uma linha de transferência projetada para fabricar tubos soldados em espiral a partir de bobinas de "skelp". Ele tem uma disposição para desenrolamento e dressagem automáticos de algas, corte das extremidades, soldagem automática, tratamento térmico da solda e corte do tubo em comprimento.
A Fig. 22.30 mostra a disposição para soldar a aleta em espiral na tubulação. Combinações dissimilares de metal de materiais de tubos e alhetas podem ser soldadas pela HFRW. As combinações geralmente soldadas incluem tubo de aço inoxidável, aleta de aço leve; tubo de cuproníquel e uma aleta de alumínio; tubo de aço macio e barbatana de aço macio.
Os diâmetros variam de 15 mm a 250 mm. Altura típica das aletas é igual ao raio do tubo, a aleta pode ser tão espessa quanto 6 mm e a aleta da aleta pode ser menor que 1-2 por cm. Vários tipos de aletas serrilhadas ou dobradas também podem ser soldadas aos tubos.
(iii) Processo HFIW:
A soldadura por indução de alta frequência de tubos é semelhante à soldadura por resistência de alta frequência, excepto que o calor gerado no material de trabalho é pela corrente induzida no mesmo. Como não há contato elétrico com o trabalho, esse processo pode ser usado somente quando há um caminho de corrente completo ou um circuito fechado totalmente dentro do trabalho. A corrente induzida flui não apenas através da área de solda, mas também através de outras partes do trabalho.
As bordas do tubo são reunidas da mesma maneira que nos processos ERW ou HFIW. Uma bobina de indução resfriada a água ou um indutor feito de cobre circunda o tubo na extremidade aberta da unidade, como mostrado na Fig. 22.31. A corrente de alta frequência que passa através da bobina induz uma corrente circulante em torno da superfície externa do tubo e ao longo das bordas da peça, aquecendo-as até a temperatura de soldagem. A pressão é aplicada para realizar a solda como no HFRW.
O HFIW é adequado para tubos feitos de qualquer metal dentro de uma faixa de diâmetro de 12 a 150 mm com uma espessura de parede de 0, 15 a 10 mm a uma velocidade de soldagem entre 5 e 300 m / min.
O HFIW não está limitado ao fabrico de tubos, mas pode ser utilizado para fazer soldaduras circunferenciais para soldar a tampa a um tubo. O processo pode ser utilizado com vantagem em tubagens revestidas, tubagens de paredes pequenas ou finas; e elimina a marcação da superfície por contatos elétricos. Este processo não é, no entanto, adequado para a soldagem de metais de alta condutividade ou para aqueles que, a partir de óxidos refratários,
não há mecanismo efetivo para o descarte de óxidos. Em geral, o processo HFIW é menos eficiente do que o processo HFRW, particularmente na soldagem de grandes tamanhos de tubos e tubulações.
Técnica # 3. Soldagem com Espaçamento Estreito:
Solda com folga estreita é o termo aplicado a qualquer processo de soldagem usado para unir seções pesadas (> 30 mm) com preparação de borda quadrada ou próxima de lados paralelos e uma pequena folga de 6, 5 a 9, 5 mm para produzir uma solda com solda de baixo volume metal. Normalmente, o processo GMAW é empregado para fazer as soldas, mas outros processos, como o SAW e o GTAW, também foram usados com sucesso.
O objetivo principal da soldagem por abertura estreita é reduzir o metal de solda com o objetivo de obter baixo custo, maior velocidade de soldagem, redução de distorções e tensões e usar a técnica de soldagem unilateral. O volume de metal de solda pode ser tão baixo quanto 20% dos métodos convencionais, como é evidente a partir da comparação da preparação de borda para SAW de seções de 150 mm pelos métodos convencional e estreito gap mostrado na Fig. 22.32.
A fonte de alimentação usada para o processo GMAW de abertura estreita é do tipo de tensão constante com um alimentador de arame de velocidade constante, mas a cabeça de soldagem e os bicos são de projetos especiais para serem acomodados no espaço estreito. O processo de abertura estreita GMAW é um método totalmente automático e pode ser usado em todas as posições. Normalmente, dois fios de eletrodo de cerca de 1 mm de diâmetro são usados simultaneamente com um fio direcionado para cada uma das paredes. Cada eletrodo requer sua própria fonte de alimentação CC de tensão constante e um sistema de alimentação de arame.
Os tubos de contato são montados em um carro com uma distância fixa entre eles. No entanto, o método do intervalo estreito também pode ser usado com um fio de eletrodo, que pode ser oscilado para obter um depósito de solda uniforme. O gás de proteção utilizado é uma mistura de argônio com 20 a 25% de CO 2 .
A corrente usada é de cerca de 230 a 250 A para um fio de eletrodo de 1 mm de diâmetro com eletrodo positivo de 25 a 26 volts.
A velocidade de deslocamento é de aproximadamente 1-1, 25 m / min, resultando em uma entrada de calor de cerca de 300 a 450 J / mm por eletrodo por passagem. A distância ponta-a-obra do bico é mantida fixa em cerca de 13 mm. O backing strip é necessário para iniciar o processo de soldagem. Em seguida, isso deve ser removido normalmente por meio de goivagem com ar comprimido e retificação antes da soldagem das operações de raiz. Isso não é apenas caro e consome tempo, mas também prejudica a qualidade da solda. São necessários cerca de 4 passagens por cm de espessura do trabalho a ser soldado.
Para superar a falta de fusão da parede lateral, os tubos de contato são dispostos de modo a direcionar o fio do eletrodo para o ponto adequado na parede lateral, alternativamente alimentadores de eletrodos especiais são usados para fornecer a curvatura necessária, ondulação ou torção no fio do eletrodo, como mostrado na Fig. 22.33, imediatamente antes de ir para o tubo de contato. Os tubos de contato são normalmente resfriados a água e isolados para evitar curto-circuito por contato com as paredes laterais.
As limitações da soldadura de abertura estreita incluem cabeças de soldadura relativamente frágeis e as dificuldades associadas às reparações de tais soldaduras estreitas. Essas dificuldades estão sendo superadas usando um processo com uma folga de 14 a 20 mm e empregando três fios de eletrodos. Quando o processo SAW ou FCAW é usado, a soldagem é realizada na posição de solda descendente, mas para soldagem de posição, o processo GMAW com eletrodo simples de aproximadamente 3, 2 mm de diâmetro é empregado com ajuste de corrente de 400-450 A e faixa de tensão de 30- 37 volts. O gás de proteção empregado é geralmente uma mistura de hélio, argônio e CO 2 em proporções iguais.
A velocidade de deslocamento alcançada é de cerca de 40 cm / min. A fonte de energia usada é do tipo de corrente contínua, voltagem constante, mas a polaridade negativa do eletrodo é usada. Enquanto a transferência de metal com solda de abertura estreita é de modo de pulverização, ela é globular com intervalos maiores. Neste método, o tubo de contacto não se prolonga dentro do espaço, proporcionando assim um longo ressalto, com consequente considerável resistência ao aquecimento do fio do eléctrodo.
O principal problema envolvido com essas duas versões da soldagem com abertura estreita é a preparação da junta de solda, de modo que a folga entre as duas partes a serem soldadas seja uniforme. Considerando que a tolerância permitida na geometria de abertura
A soldagem por intervalo estreito pode ser usada para soldar aços carbono, aços Q & T de alta resistência, alumínio e titânio. As aplicações específicas do processo incluem a soldagem de vasos de pressão do reator, receptores de vapor e trocadores de calor, eixos de transmissão de grande diâmetro, alimentadores de água de alta pressão de paredes pesadas, tubos de paredes espessas e soldas de penetração total em componentes de até 900 mm de espessura em engenharia de energia nuclear.
