Soldagem

INTRODUÇÃO

De acordo com Modenesi (2006), a soldagem é considerada um método de união. Porém, muitos processos de soldagem e suas variações são usados para deposição de material sobre uma superfície, visando a recuperação de peças desgastadas ou a formação de um revestimento com características especiais.

A definição de soldagem adotada pela AWS - American Welding Society – é a “Operação que visa obter a coalescência localizada produzida pelo aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a aplicação de pressão e de metal de adição”.

Ainda segundo Mondenesi (2006), há cerca de 100 anos, a brasagem e a soldagem por forjamento têm sido utilizadas.

Antigamente, quando peças maiores eram necessárias serem produzidas, os blocos eram soldados por forjamento, isto é, o material era aquecido e martelava-se até a soldagem. Um exemplo da utilização deste processo, é um pilar de sete metros de altura com cinco toneladas, que existe até hoje em Delhi na Índia.

A soldagem também foi usada na idade média para a fabricação de armas e instrumentos cortantes; as ferramentas eram fabricadas com ferro e tiras de aço soldadas nos locais de corte e endurecidas por têmpera. Espadas de alta resistência e tenacidade foram utilizando-se de um processo semelhante, onde tiras alternadas de aço e ferro eram soldadas entre si e deformadas (MONDENESI, 2006).

Assim, a soldagem foi um processo importante na tecnologia metalúrgica. Esta importância começou a diminuir, nos séculos XII e XIII, com o desenvolvimento de tecnologia para a obtenção de grandes quantidades de ferro fundido com a utilização da energia gerada em rodas d'água e mais tarde com o desenvolvimento do alto forno. Com isto, a fundição tornou-se um processo importante de fabricação, enquanto a soldagem por forjamento foi substituída por outros processos de união, como a rebitagem e parafusagem (MONDENESI, 2006).

Segundo Mondenesi (2006), a primeira patente de um processo de soldagem, foi obtida na Inglaterra por Nikolas Bernados e Stanislav Olszewsky, em 1885, baseada em um arco elétrico entre um eletrodo de carvão e a peça a ser soldada. Em 1890, Slavianoff e Charles Coffin desenvolveram independentemente a soldagem a arco com eletrodo metálico.

Então, até o final do século XIX, os processos de soldagem por resistência, por aluminotermia e a gás foram desenvolvidos. Em 1907, Oscar Kjellberg patenteou o processo de soldagem a arco com eletrodo revestido.

Atualmente, mais de cinquenta diferentes processos de soldagem têm alguma utilização industrial; esta importância é destacada pela presença de processos de soldagem em diferentes atividades industriais e pela necessidade de uma boa soldabilidade no desenvolvimento de novos projetos (MONDENESI, 2006).

PROCESSOS DE SOLDAGEM

ALUMINOTERMIA

Segundo Bracarense (2009), a reação aluminotérmica é a reação na qual o alumínio extrai oxigênio de metais, com o intuito de formar óxido de alumínio e liberar uma grande quantidade de calor; calor este que pode ser aproveitado na soldagem de peças diversificadas. Esta reação é muito rápida e intensa, deixando o ferro fundido na base do cadinho. Portanto pode-se representar esta reação através da Equação 1 abaixo.

Óxido metálico+alumínio=metal+Óxido de alumínio+calor

Equação 1: Reação aluminotérmica

Fonte: Bracarense (2009)

Exemplo de reação exotérmica na aluminotermia

Bracarense (2009) mostra um exemplo desta reação exotérmica na aluminotermia. Este exemplo demonstra uma reação que utiliza da relação em peso de três partes de óxido de ferro e uma parte de alumínio, como demostrado na Equação 2 a seguir:

8Al + 3Fe304 = 9Fe + 4Al203+ calor

Equação 2: Exemplo de reação aluminotérmica

Fonte: Bracarense (2009)

Neste exemplo, a temperatura teórica é reduzida por perdas de calor no cadinho, que ocorrem durante o processo, por radiação e pelos componentes que não reagem normalmente quando adicionados à mistura. Este último se destaca, pois a temperatura de vaporização do alumínio não pode ser tão baixa; se isso ocorresse, a escória de alumínio (Al203) se solidificaria.

Ainda de acordo com Bracarense (2009), pode-se utilizar aditivos para aumentar a fluidez do material e diminuir a temperatura de solidificação da escória.

De acordo com o Prof. Dr. Kléber Mendes de Figueiredo (2005), a reação de elementos metálicos fortemente redutores, tais como o alumínio, adicionado ao óxido de ferro, libera uma grande quantidade de energia capaz de fundir o ferro produzido, conforme Equação 2 mostrada acima.

A reação é processada em um cadinho de revestimento refratário e elementos de liga podem ser adicionados à mistura aluminotérmica (Figura 1). A reação é auto-sustentável, mas necessita de uma temperatura de ignição de aproximadamente 1200°C a 2500°C, podendo serem obtidas com a adição de magnésio em pequenas quantidades. (FIGUEIREDO, 2005).

Figura 1: Cadinho no processo de soldagem aluminotérmica

Fonte: Figueiredo, 2005

Depois de ocorrer a fundição, o material de adição é vazado sobre a junta de solda e por conta das elevadas temperaturas, uma parte do material base também se funde.

Fundamentos da soldagem por aluminotermia

Segundo a empresa Longhi (2014), o processo aluminotérmico pode ser comparado a outros processos, como por exemplo a queima do carvão. Porém, na aluminotermia o oxigênio necessário à combustão é retirado de um óxido metálico e não do ar, como ocorre na queima do carvão.

Fundamentalmente, o processo aluminotérmico consiste em que após uma inflamação inicial, uma mistura de alumínio e óxido de ferro pesado reage exotermicamente, sob temperatura relativamente alta. Por causa do calor desenvolvido, esta reação se expande espontaneamente em um curto espaço de tempo sobre a mistura. Como resultado, ocorre a precipitação de um metal puro e liquefeito