# BASE DE CONHECIMENTO TÉCNICO: PROCESSOS DE SOLDAGEM PARA ESTRUTURAS METÁLICAS ## Índice Geral 1. [Fundamentos de Soldagem](#fundamentos) 2. [SMAW - Soldagem com Eletrodo Revestido](#smaw) 3. [GMAW/MIG - Soldagem a Arco com Gás Inerte Metálico](#gmaw) 4. [SAW - Soldagem por Arco Submerso](#saw) 5. [FCAW - Soldagem por Arco com Núcleo de Fluxo](#fcaw) 6. [TIG/GTAW - Soldagem com Gás Inerte de Tungstênio](#tig) 7. [Consumíveis de Soldagem](#consumiveis) 8. [Normas e Especificações (AWS D1.1 e NBR 8800)](#normas) 9. [Simbologia de Soldagem](#simbologia) 10. [Posições de Soldagem](#posicoes) 11. [Tipos de Juntas e Configurações](#juntas) 12. [Ensaios Não Destrutivos (END)](#ensaios-nd) 13. [Qualificação de Procedimentos e Soldadores](#qualificacao) 14. [Corpos de Prova e EPS](#corpos-prova) --- ## Fundamentos de Soldagem {#fundamentos} ### Definição e Princípios Básicos A soldagem é um processo de fabricação que une permanentemente partes de metal através da fusão localizada provocada por um arco elétrico, com ou sem adição de material de enchimento. A qualidade da solda depende de: - **Controle térmico**: Aquecimento adequado da zona afetada pelo calor (ZAC) - **Proteção da poça de fusão**: Isolamento contra contaminação atmosférica - **Deposição correta de material**: Características químicas e mecânicas apropriadas - **Parâmetros de soldagem**: Corrente, tensão, velocidade e pré-aquecimento - **Habilidade do operador**: Execução técnica conforme procedimento qualificado ### Propriedades Físicas Críticas #### Comportamento Térmico - **Ponto de fusão do aço carbono**: 1480°C a 1540°C - **Ponto de fusão do aço baixa liga**: 1450°C a 1530°C - **Velocidade de resfriamento**: Determina microestrutura (ferrita acicular, bainita, martensita) - **Zona termicamente afetada (ZAC)**: 1-10 mm de cada lado da solda (crítica em aços de alta resistência) #### Propriedades Mecânicas Essenciais - **Limite de escoamento (σy)**: Resistência máxima a deformação elástica - **Resistência à tração (σr)**: Carga máxima antes da ruptura - **Alongamento (A%)**: Ductilidade do metal depositado - **Tenacidade (Charpy V)**: Resistência ao impacto em temperaturas baixas - **Dureza (HV/HRC)**: Resistência à deformação permanente --- ## SMAW - Soldagem com Eletrodo Revestido {#smaw} ### Características Gerais do Processo A soldagem SMAW (Shielded Metal Arc Welding), também denominada MMA (Manual Metal Arc), é um processo de soldagem a arco manual que utiliza um eletrodo consumível revestido. O revestimento fornece proteção através de gases gerados pela sua decomposição, elimina impurezas do metal de solda e fornece os elementos de liga necessários. **Princípio de funcionamento:** - Eletrodo revestido estabelece arco elétrico com a peça - Revestimento se decompõe, protegendo a poça de fusão - Alma metálica se deposita no metal base - Escória protege a solda durante o resfriamento - Soldador remove escória manualmente entre passes ### Composição e Estrutura do Eletrodo #### Alma do Eletrodo A alma é a vareta metálica central (tipicamente 3,25 mm a 6,35 mm de diâmetro) que fornece o metal de adição: **Composição típica (% em peso):** - **Carbono (C)**: 0,05-0,15% (aço doce) - **Manganês (Mn)**: 0,5-1,2% (resistência, desoxidação) - **Silício (Si)**: 0,3-0,7% (desoxidação, resistência) - **Fósforo (P)**: <0,035% (prejudicial, causa fragilidade) - **Enxofre (S)**: <0,035% (prejudicial, reduz ductilidade) - **Aço efervescente vs. acalmado**: Eletrodos usam aço acalmado para melhor processabilidade #### Revestimento do Eletrodo O revestimento representa 10-15% do peso total do eletrodo e serve múltiplas funções: **Classificação por tipo de revestimento:** ##### Revestimento Ácido - **Composição**: Óxido de ferro (Fe₂O₃), sílica (SiO₂), feldspato - **Características**: - Fácil soldabilidade em qualquer posição - Rendimento: 85-95% - Escória de fácil remoção - Sensível à oxidação (requer armazenamento seco) - **Exemplo**: E6010, E6020 - **Aplicações**: Reparo, manutenção, soldagem em campo ##### Revestimento Celulósico - **Composição**: Celulose (C₆H₁₀O₅), acetato de celulose, pó de ferro (opcional) - **Características**: - Produz muito gás de proteção - Penetração profunda - Elevado teor de hidrogênio (30-50 ml/100g Fe) - Escória fina que salpica durante a soldagem - Excelente capacidade de penetração - **Exemplo**: E6010, E6011 - **Aplicações**: Soldagem de tubulações, trabalhos offshore, soldagem em todas as posições com penetração garantida ##### Revestimento Rutílico - **Composição**: Titânio (TiO₂ - ilmenita), silicato de potássio, pó de ferro, óxido de ferro - **Características**: - Arco estável e fácil controle - Escória abundante de fácil remoção - Rendimento moderado: 80-95% - Teor de hidrogênio médio (10-20 ml/100g Fe) - Bom acabamento visual da solda - Respingos moderados - **Exemplo**: E6013, E7014 - **Aplicações**: Placas finas, estruturas leves, trabalhos de acabamento estético ##### Revestimento Básico (Alto H2, Low Hydrogen) - **Composição**: Carbonato de cálcio (CaCO₃), fluoreto de cálcio (CaF₂), silicato de cálcio, pó de ferro - **Características**: - **Baixíssimo teor de hidrogênio**: 5-15 ml/100g Fe (crítico para aços de alta resistência) - Excelente sanidade metalúrgica (menos poros) - Ferrita acicular pronunciada (maior tenacidade) - Escória abundante e pegajosa (exige aquecimento entre passes) - Elevada resistência mecânica e dureza - Sensível a trincas por hidrogênio - **Exemplo**: E7015, E7016, E7018, E7048 - **Aplicações**: - Estruturas críticas (pontes, edifícios de grande altura) - Aços de alta resistência e baixa liga - Construção naval pesada - Estruturas soldadas em aço com altos requisitos de integridade - Ambientes de baixa temperatura (offshore) ### Especificações AWS A5.1 e A5.5 #### Classificação AWS A5.1 (Aço Carbono e Baixa Liga) **Nomenclatura: EXXYZ** - **E**: Eletrodo - **XX**: Resistência mínima à tração em ksi (dividir por 10 para obter ksi; ex: E70 = 70 ksi = 483 MPa) - **Y**: Tipo de revestimento (0-4 indicam ácido/rutílico/básico, etc.) - **Z**: Tipo de corrente e posições: - 0: CA ou CC+; apenas posição plana - 1: CA ou CC+/-; todas as posições - 2: CA ou CC-; posições plana e horizontal - 3: CA ou CC+; posições plana e horizontal - 4: CA ou CC+; apenas posição plana **Exemplo - E7018:** - Resistência à tração: 70 ksi = 483 MPa - Revestimento: Básico (1 = básico para eletrodos de aço doce) - Corrente: CA ou CC+; todas as posições #### Composição Química e Propriedades Mecânicas (AWS A5.1) | Classe | Limite Escoamento (MPa) | Resist. Tração (MPa) | Alongamento (%) | Charpy V (-20°C) (J) | |--------|------------------------|--------------------|-----------------|---------------------| | E6010 | 350-400 | 410-500 | 18-25 | 27-40 | | E6013 | 330-380 | 380-460 | 22-32 | 30-50 | | E7018 | 450-530 | 520-600 | 17-25 | 40-60 | | E8018 | 600+ | 690+ | 12-18 | 60-100 | **Requisitos de composição química (metal depositado):** - **Carbono (C)**: 0,05-0,15% - **Manganês (Mn)**: 0,5-1,6% - **Silício (Si)**: 0,3-0,8% - **Enxofre (S)**: ≤0,035% - **Fósforo (P)**: ≤0,035% #### Especificação AWS A5.5 (Aços de Baixa Liga) Eletrodos revestidos para aços de baixa liga contêm elementos ligantes adicionais: - **Manganês (Mn)**: até 2,5% - **Níquel (Ni)**: até 3,5% (maior tenacidade em baixas temperaturas) - **Cromo (Cr)**: até 1,5% (resistência à corrosão, dureza) - **Molibdênio (Mo)**: até 1,0% (resistência em alta temperatura, tenacidade) - **Vanádio (V)**: até 0,5% (resistência, dureza) **Exemplos de classificação:** - **E8015-Ni1**: Eletrodo de alta resistência com 1% de níquel - **E9016-B3**: Eletrodo com molibdênio (B3) ### Parâmetros de Soldagem SMAW #### Seleção de Corrente - **Relação**: Tipicamente 50-80 A por milímetro de diâmetro do eletrodo - **Eletrodo 2,5 mm**: 125-200 A (tipicamente 160 A) - **Eletrodo 3,25 mm**: 160-260 A (tipicamente 200 A) - **Eletrodo 4,0 mm**: 220-320 A (tipicamente 280 A) - **Eletrodo 5,0 mm**: 300-400 A (tipicamente 350 A) #### Tipo de Corrente - **Corrente Contínua Polaridade Positiva (CC+/DCEP)**: Eletrodo como anodo - Maior penetração - Melhor soldabilidade em posições sobre-cabeça - Exigido para eletrodos básicos (E7015, E7016, E7018) - **Corrente Contínua Polaridade Negativa (CC-/DCEN)**: Eletrodo como cátodo - Menor penetração - Menos aquecimento do eletrodo - Usado em eletrodos celulósicos e rutílicos em múltiplos passes - **Corrente Alternada (AC)**: Combina DCEP e DCEN - Arco mais estável com certos eletrodos - Menos equipamento necessário - Eletrodos básicos requerem CC+ ### Velocidade de Soldagem e Rendimento - **Velocidade típica**: 100-250 mm/min (depende da corrente e posição) - **Rendimento**: Razão entre metal depositado e eletrodo consumido - Sem pó de ferro: 80-95% - Com pó de ferro: 95-110% - **Taxa de deposição**: 2-5 kg/h (depende do diâmetro e corrente) ### Posições de Soldagem SMAW SMAW é versátil e pode ser executado em todas as posições: plana (1G/1F), horizontal (2G/2F), vertical (3G/3F) e sobre-cabeça (4G/4F). --- ## GMAW/MIG - Soldagem a Arco com Gás Inerte Metálico {#gmaw} ### Características Gerais do Processo A soldagem GMAW (Gas Metal Arc Welding), conhecida como MIG (Metal Inert Gas) quando usa gases inertes e MAG (Metal Active Gas) quando usa gases reativos, é um processo semi-automático que utiliza um eletrodo consumível de arame contínuo alimentado automaticamente. **Princípio de funcionamento:** - Arame é alimentado continuamente através de tocha de contato - Arco elétrico entre arame e peça aquece ambos - Gás protetor (inerte ou ativo) protege a poça de fusão - Transferência metálica pelo processo de gotejamento, spray ou globular ### Consumíveis: Arames Sólidos #### Composição e Especificações (AWS A5.18 para aço carbono) **Nomenclatura: ERxxSy** - **ER**: Eletrodo-vareta para GMAW - **xx**: Resistência à tração em ksi (E70 = 70 ksi = 483 MPa) - **S**: Arame sólido (em oposição a tubular) - **y**: Nível de desoxidação (indicador de teor de Mn e Si) **Arames comuns para aço carbono:** | Classificação | Composição Típica | Aplicação | Propriedades | |---------------|-------------------|-----------|--------------| | ER70S-2 | 0,07% C, 0,9% Mn, 0,5% Si | Aço muito limpo (ASTM A36) | Adequado para metal base limpo, requer superfície preparada | | ER70S-3 | 0,07% C, 1,0% Mn, 0,8% Si | Aço moderadamente limpo | Equilibrado entre resistência e ductilidade | | ER70S-6 | 0,07% C, 1,5% Mn, 1,0% Si | Aço com oxidação/carepa | **MAIS VERSÁTIL** - maior Mn e Si para desoxidação; aceita superfícies com carepa; transferência estável com Ar-CO₂ | | ER70S-7 | 0,07% C, 1,2% Mn, 0,6% Si + Zr | Aplicações especiais | Zircônio para maior solidez metalúrgica | **ER70S-6 - Especificação Detalhada:** - **Carbono (C)**: 0,05-0,09% (controla dureza, evita porosidade) - **Manganês (Mn)**: 1,4-1,85% (desoxidação, resistência) - **Silício (Si)**: 0,80-1,10% (desoxidação, fluidez) - **Enxofre (S)**: ≤0,03% - **Fósforo (P)**: ≤0,025% - **Cobre (Cu)**: 0,5-1,0% (opcional, melhora resistência à corrosão) **Propriedades mecânicas do arame (conforme AWS A5.18):** - Limite de escoamento: 420-500 MPa (típico: 430 MPa) - Resistência à tração: 520-620 MPa (típico: 540 MPa) - Alongamento: 27-35% - Tenacidade (Charpy V a 0°C): ≥47 J #### Arames para Aços de Baixa Liga (AWS A5.28) **Exemplos:** - **ER70S-Ni**: Contém níquel para maior tenacidade em baixa temperatura - **ER80S-D2**: Contém molibdênio e cromo para alta resistência - **ER90S-B3**: Contém molibdênio para aços de alta resistência ### Gases de Proteção #### Gases Inertes - **Argônio (Ar)**: Gás nobre, inerte, mais denso que ar, excelente proteção - Temperatura de ionização: 15,76 eV - Fluxo recomendado: 12-20 L/min - Arco mais frio - Menor penetração comparado a gases ativos - **Hélio (He)**: Gás nobre, menos denso, maior calor de ionização - Temperatura de ionização: 24,59 eV - Requer 2-3 vezes maior fluxo que argônio - Arco mais quente, penetração mais profunda - Mais caro que argônio - Usado em metais não-ferrosos (Al, Cu) #### Gases Ativos (Reativos) - **Dióxido de Carbono (CO₂)**: - Reativo, decompõe-se no arco em CO + O₂ - Grande poder oxidante (favorece spray com grande corrente) - Produz muitos respingos - Penetração profunda - Arame deve ser ER70S-6 ou com alto Mn/Si - Fluxo: 15-25 L/min - **Problema**: Elevada porosidade se não compensado com desoxidantes - **Oxigênio (O₂)**: - Sempre misturado com argônio (1-5%) - Melhora estabilidade do arco - Acelera transição para spray - Reduz respingos - Oxida elementos de liga (Cr, V, Ti, Mn, Si) #### Misturas Comerciais Mais Utilizadas | Composição | Aplicação | Características | |------------|-----------|-----------------| | 100% Ar | Alumínio, cobre, aço inoxidável | Mínima oxidação, arco frio, custo baixo | | 75% Ar + 25% CO₂ | **Aço carbono padrão** | Bom equilíbrio entre penetração e estabilidade | | 80% Ar + 20% CO₂ | Aço carbono, melhor acabamento | Melhor controle de respingos, penetração adequada | | 90% Ar + 10% CO₂ | Aço baixa liga | Reduz oxidação de elementos ligantes | | 95% Ar + 5% O₂ | Aço inoxidável | Previne oxidação, estabiliza arco | | 98% Ar + 2% O₂ | Aço inoxidável fino | Minimiza oxidação | | 100% CO₂ | Aço carbono grosso | Penetração máxima, muitos respingos, custo mínimo | **Fluxo de gás recomendado:** - Geral: 15-20 L/min - Materiais finos: 12-15 L/min - Materiais espessos: 18-25 L/min - Condições ventosas: adicionar 5-10 L/min ### Parâmetros de Soldagem GMAW #### Corrente de Soldagem - Relacionada diretamente com velocidade de alimentação do arame - Aumentar corrente = aumentar velocidade de deposição - Faixa típica: 150-400 A para aço carbono - Arame 0,8 mm: 80-150 A - Arame 1,0 mm: 120-200 A - Arame 1,2 mm: 180-280 A - Arame 1,6 mm: 250-400 A #### Tensão de Soldagem - Controla a forma do cordão - Aumentar tensão = cordão mais largo, penetração reduzida - Faixa típica: 18-28 V - **Proporção**: ~0,5 V/mm de arame para arco estável #### Velocidade de Alimentação do Arame - Proporcionado à corrente desejada - Aumentar velocidade = aumentar corrente e taxa de deposição - Equipamentos com comando remoto permitem ajuste fino ### Modos de Transferência Metálica #### Transferência Globular - Gotas grandes caem pela gravidade - Ocorre em correntes baixas/médias - Muitos respingos - Penetração limitada - Restrição a posições plana/horizontal #### Transferência por Spray (Spray Arc) - Gotas pequenas transferidas pelo campo eletromagnético do arco - Ocorre acima de corrente crítica (~170-200 A com 1,0 mm de arame) - Poucos respingos - Excelente penetração - Permitido em todas as posições - Melhor com Ar puro ou Ar-CO₂ 75% #### Transferência de Curto-Circuito - Arame toca a peça frequentemente (100-200 vezes/segundo) - Ocorre em correntes baixas - Aporte de calor reduzido - Aplicável a materiais finos - Permite múltiplas posições - Muitos respingos #### Transferência por Pulso - Corrente alternada entre base e pico - Controla tamanho das gotas - Reduz respingos - Aumenta penetração controlada - Equipamento mais complexo ### Velocidade de Soldagem - Típica: 300-600 mm/min - Taxa de deposição: 5-10 kg/h --- ## SAW - Soldagem por Arco Submerso {#saw} ### Características Gerais do Processo A soldagem SAW (Submerged Arc Welding) é um processo altamente automatizado que utiliza um arco elétrico completamente submerso sob uma camada de fluxo granular em pó. O fluxo protege o arco e a poça de fusão, enquanto o arco funciona em correntes muito elevadas (200-2000 A) sem visualização direta. **Princípio de funcionamento:** - Arame e fluxo são alimentados simultaneamente na junta - Arco elétrico entre arame e peça aquece a junta e o fluxo - Fluxo funde parcialmente, criando proteção e isolamento - Escória protege a solda durante resfriamento - Fluxo não fundido é reutilizado ### Consumíveis: Arames Nus e Fluxos #### Arames Nus (AWS A5.17 - Aço Carbono) **Nomenclatura: EB xxyz** - **EB**: Eletrodo nu para arco submerso - **xx**: Resistência mínima à tração - **y**: Elemento significativo na composição - **z**: Características do material **Arames comuns:** | Classificação | Composição | Aplicação | Propriedades | |---------------|-----------|-----------|--------------| | EB 70 | 0,12% C, 1,0% Mn | Aço carbono padrão | Resistência à tração: 483 MPa | | EB 85 | 0,18% C, 1,4% Mn | Aço média resistência | Resistência à tração: 586 MPa | | EB 100 | 0,22% C, 1,8% Mn | Aço alta resistência | Resistência à tração: 689 MPa | **Composição química típica (EB 70):** - **Carbono (C)**: 0,10-0,14% - **Manganês (Mn)**: 0,85-1,20% - **Silício (Si)**: 0,20-0,40% - **Enxofre (S)**: ≤0,020% - **Fósforo (P)**: ≤0,015% #### Fluxos para Soldagem por Arco Submerso Os fluxos são componentes críticos que determinam as propriedades metalúrgicas da solda. **Classificação por Composição:** ##### Fluxos Neutros - **Composição típica**: - Carbonato de sódio (Na₂CO₃): 15-30% - Silicato de manganês (MnSiO₃): 20-35% - Fluoreto de cálcio (CaF₂): 10-20% - Sílica (SiO₂): 15-25% - Óxidos diversos: Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO - **Características**: - Índice de basicidade (IB) ≈ 0,8-1,0 - Composição equilibrada - Adequado para maioria das aplicações - Transferência controlada de oxigênio - Propriedades mecânicas balanceadas - **Exemplos**: AWS F7A2, F7A4 ##### Fluxos Básicos - **Composição típica**: - Carbonato de cálcio (CaCO₃): 40-60% - Carbonato de magnésio (MgCO₃): 5-15% - Silicato de cálcio (CaSiO₃): 10-20% - Fluoreto de cálcio (CaF₂): 5-10% - Óxidos: SiO₂, Al₂O₃ - **Índice de basicidade**: IB > 1,2 - **Características**: - Maior remoção de impurezas (S, P) - Menor oxigênio transferido para solda - Ferrita acicular com melhor tenacidade - Microestrutura mais refinada - Propriedades mecânicas superiores - Requer arame com maior Mn/Si - **Aplicações**: - Aços de alta resistência (ASTM A572 Gr.50, A588) - Materiais críticos (naval, hidrelétrico) - Requisitos de baixa temperatura ##### Fluxos Ácidos - **Composição típica**: - Sílica (SiO₂): 35-50% - Óxido de ferro (Fe₂O₃): 20-35% - Silicato de manganês: 10-15% - Fluoreto de cálcio: 5-10% - **Índice de basicidade**: IB < 0,9 - **Características**: - Maior penetração - Controle superior do perfil da solda - Menor interação com escória - Taxa de deposição mais alta - Teor de oxigênio mais elevado na solda - Transferência de oxigênio mais pronunciada - **Aplicações**: - Aços de baixa e média resistência - Aplicações onde penetração é prioritária - Produção em alta velocidade #### Índice de Basicidade (IB) **Definição**: Razão entre óxidos básicos e óxidos ácidos \[IB = \frac{[\% CaCO_3] + [\% CaF_2] + [\% MgO]}{[\% SiO_2] + [\% TiO_2] + [\% Al_2O_3]}\] **Influência na soldagem:** - **IB elevado (>1,2)**: Solda mais limpa, menor porosidade, menor oxigênio, melhor tenacidade - **IB baixo (<0,9)**: Maior penetração, maior oxide, propriedades mecânicas reduzidas - **Temperatura de fusão**: Fluxos básicos têm ponto de fusão mais alto (1500°C+) que ácidos (1300°C) ### Parâmetros de Soldagem SAW #### Corrente de Soldagem - Faixa muito ampla: 200-2000 A - Maior corrente = maior penetração e taxa de deposição - Múltiplos arcos podem ser usados em paralelo para estruturas largas - Recomendação: 200-600 A para soldagem manual/semi-automática #### Tensão de Soldagem - Faixa típica: 25-40 V - Maior tensão = cordão mais largo, penetração reduzida #### Velocidade de Soldagem - Muito variável: 100-1000 mm/min (depende de corrente e espessura) - Taxa de deposição: 10-30 kg/h (consideravelmente mais alta que GMAW/SMAW) ### Características de Soldagem - **Arco invisível**: Protegido pelo fluxo, impossível inspecionar durante execução - **Pouca fumaça**: Mínima emissão de fumaça comparado a outros processos - **Aquecimento gradual**: ZAC bem definida, menos tensões residuais em alguns casos - **Excelente qualidade**: Soldas limpas com propriedades metalúrgicas excelentes - **Restrições**: Não permitido em posições verticais ou sobre-cabeça; requer geometria preparada --- ## FCAW - Soldagem por Arco com Núcleo de Fluxo {#fcaw} ### Características Gerais do Processo A soldagem FCAW (Flux Cored Arc Welding) utiliza um arame tubular preenchido com fluxo em seu interior. Existem dois tipos principais: FCAW-G (com proteção de gás externa) e FCAW-S (autoprotegido, sem gás externo). **Princípio de funcionamento (FCAW-G):** - Arame tubular alimentado continuamente - Arco entre arame e peça - Gás protetor (geralmente Ar-CO₂) e gases produzidos pelo fluxo protegem a poça - Escória parcialmente fundida permanece na superfície **Princípio de funcionamento (FCAW-S):** - Fluxo interior produz seus próprios gases de proteção - Não requer gás externo - Ideal para aplicações ao ar livre e ventosas ### Consumíveis: Arames Tubulares #### Classificação AWS A5.20 (Aço Carbono FCAW-G) **Nomenclatura: ExxtTy-z** - **E**: Eletrodo - **xx**: Resistência à tração em ksi - **t**: Tipo de fluxo (G=com gás, S=autoprotegido) - **T**: Tubular - **y**: Tipo de núcleo (0-10) - **z**: Gás externo recomendado **Exemplos comuns:** | Classificação | Composição do Núcleo | Gás Externo | Aplicação | |---------------|---------------------|-------------|-----------| | E71T-1 | Rutilo, básico | Ar-CO₂ 75-80% | **MAIS UTILIZADO** - estruturas civis, versatilidade | | E71T-1M | Rutilo, básico | CO₂ puro ou Ar-CO₂ | Penetração profunda, aços espessos | | E70T-5 | Rutilo, fluoreto | Sem gás externo | Autoprotegido, pode usar gás como opção | | E70T-6 | Básico | Ar-CO₂ 75-80% | Excelente impacto, estruturas navais | #### Composição Química do Fluxo Interior **Fluxo Rutílico:** - **TiO₂ (ilmenita)**: 30-50% (estabiliza arco, controla geometria) - **SiO₂**: 10-20% (desoxidação) - **CaCO₃**: 5-15% (fluxo, remove impurezas) - **Pó de ferro**: 10-20% (aumenta taxa de deposição) - **Haletos**: CaF₂, fluorspar (melhora fluidez) - **Outros**: Mn, Ni, Mo, Cr (para propriedades específicas) **Fluxo Básico:** - **CaCO₃/CaF₂**: 40-60% (remove enxofre e fósforo) - **SiO₂**: 10-20% (desoxidação) - **Pó de ferro**: 15-25% (taxa de deposição) - **Elementos de liga**: Conforme especificação #### Propriedades Mecânicas (AWS A5.20) | Classificação | Limite Escoamento (MPa) | Resist. Tração (MPa) | Alongamento (%) | Charpy V (-20°C) (J) | |---------------|------------------------|--------------------|-----------------|---------------------| | E71T-1 | 450-530 | 520-610 | 20-27 | 60-100 | | E70T-5 | 400-480 | 480-570 | 22-28 | 50-80 | | E70T-6 | 430-510 | 500-590 | 21-26 | 80-130 | ### Parâmetros de Soldagem FCAW-G #### Corrente e Tensão - Corrente: 150-400 A (depende do diâmetro do arame) - Arame 0,9 mm: 80-150 A - Arame 1,1 mm: 120-200 A - Arame 1,2 mm: 160-260 A - Arame 1,6 mm: 220-320 A - Tensão: 22-30 V (mais alta que GMAW devido ao fluxo) #### Velocidade de Soldagem - Típica: 250-500 mm/min - Taxa de deposição: 6-12 kg/h #### Gases de Proteção para FCAW-G | Composição | Aplicação | Características | |------------|-----------|-----------------| | 75-80% Ar + 20-25% CO₂ | **PADRÃO** - estruturas gerais | Bom equilibrio | | 90% Ar + 10% CO₂ | Materiais de baixa liga | Reduz oxidação | | 100% CO₂ | Estruturas robustas | Penetração máxima, mais respingos | | 85% Ar + 15% CO₂ | Acabamento fino | Reduz respingos | ### Parâmetros de Soldagem FCAW-S (Autoprotegido) #### Características Únicas - Não requer gás externo - Funcionamento em condições ventosas até 5 m/s (18 km/h) - Corrente: geralmente similar a FCAW-G - Tensão: 24-32 V (mais alta que com gás) - Taxa de deposição: similar a FCAW-G #### Aplicações Específicas - Construção em campo (estruturas, pontes) - Soldagem ao ar livre em condições adversas - Reparos de estruturas existentes - Aplicações offshore ### Vantagens em Relação a Outros Processos 1. **Taxa de deposição**: Superior a SMAW, comparável a SAW 2. **Posições de soldagem**: Todas (plana, horizontal, vertical, sobre-cabeça) 3. **Resistência ao vento**: FCAW-S resiste até 5 m/s 4. **Penetração**: Profunda, excelente para materiais espessos 5. **Versatilidade**: Funciona com ou sem gás protetor 6. **Craqueamento por H₂**: Reduzido vs. celulósico (fluxo básico) ### Limitações 1. **Teor de oxigênio**: Fluxo rutílico introduz mais oxigênio que SAW básico 2. **Tenacidade**: Menor que SAW ou TIG para mesma resistência 3. **Acabamento**: Requer mais trabalho de limpeza que GMAW 4. **Custo de consumível**: Mais caro que arame sólido GMAW 5. **Espessura mínima**: Difícil em chapas muito finas (<2 mm) --- ## TIG/GTAW - Soldagem com Gás Inerte de Tungstênio {#tig} ### Características Gerais do Processo A soldagem TIG (Tungsten Inert Gas), também designada GTAW (Gas Tungsten Arc Welding), utiliza um eletrodo não consumível de tungstênio para criar o arco elétrico. O material de adição é fornecido manualmente na forma de vareta, enquanto um gás inerte protege a área soldada. **Princípio de funcionamento:** - Eletrodo de tungstênio não se desgasta durante a soldagem - Arco entre tungstênio e peça aquece a zona de soldagem - Vareta de adição é alimentada manualmente - Gás inerte (Ar, He ou misturas) protege tungstênio, poça e zona afetada - Processo requer grande habilidade do operador ### Eletrodo de Tungstênio #### Características Físicas - **Ponto de fusão**: ~3400°C (mais elevado de qualquer elemento) - **Densidade**: 19,3 g/cm³ - **Diâmetro comercial**: 0,5 mm a 6,4 mm - **Comprimento típico**: 150-175 mm #### Tipos de Eletrodos de Tungstênio **Classificação AWS (Cor de identificação)** | Tipo | Designação | Cor | Composição | Aplicação | |------|-----------|-----|-----------|-----------| | Puro | ER (W) | Verde | 99,5% W mínimo | Aço carbono, aço inoxidável, fácil ignição | | Toriado | EWTh (1-2) | Amarelo/vermelho | W + 1-2% Tório | Alta resistência, melhor emissão de elétrons, maior vida útil | | Lantanado | EWLa (1-2%) | Preto/branco | W + 1-2% Lantânio | Boa emissão, menos radioativo que toriado, excelente ignição | | Cereiado | EWCe (2%) | Laranja | W + 2% Cérium | Similar ao lantanado, menor toxicidade | | Itriado | EWY (ítrio) | Vermelho | W + ítrio | Aplicações especiais, tungstênio de altíssima pureza | **Seleção por Tipo de Corrente:** - **CC+ (DCEN)**: Tungstênio como cátodo - Aquecimento reduzido do eletrodo - Menor consumo - Recomendado para aços e materiais ferrosos - **CC- (DCEP)**: Tungstênio como anodo - **NÃO recomendado** para tungstênio (risco de fusão) - Só em casos muito específicos com eletrodos especiais - **AC (Corrente Alternada)**: - Usa retificador - Faz ciclos entre DCEN e DCEP - Aplicável a metais não-ferrosos (Al, Mg) - Requer electrodo especial (puro, lantanado) ### Material de Adição: Varetas para TIG #### Especificações AWS **Aço Carbono e Baixa Liga (AWS A5.2)** | Especificação | Composição | Aplicação | |--------------|-----------|-----------| | ER70S-2 | 0,07% C, 0,9% Mn, 0,5% Si | Aço muito limpo | | ER70S-3 | 0,07% C, 1,0% Mn, 0,8% Si | Aço com oxidação moderada | | ER70S-6 | 0,07% C, 1,5% Mn, 1,0% Si | Aço com oxidação/carepa | | ER80S-Ni1 | Com 1% Ni | Estruturas navais, baixa temperatura | | ER90S-B3 | Com Mo | Aços de alta resistência | **Aços Inoxidáveis (AWS A5.9)** - ER308: AISI 308 (Cr 18-20%, Ni 10-12%) - ER316: AISI 316 (Cr 18-20%, Ni 12-14%, Mo 2-3%) - ER347: AISI 347 (Cr 18-20%, Ni 9-11%, Nb) **Alumínio (AWS A5.10)** - ER1100, ER4043, ER5356 - Diâmetro típico: 1,6-3,2 mm #### Dimensão de Vareta **Relação recomendada de diâmetro de vareta/eletrodo TIG:** | Diâmetro Eletrodo TIG | Espessura Material | Diâmetro Vareta Adição | |----------------------|-------------------|----------------------| | 0,5 mm | <1 mm | 0,8-1,0 mm | | 1,0 mm | 1-2 mm | 1,6 mm | | 1,6 mm | 2-4 mm | 2,4 mm | | 2,4 mm | 4-8 mm | 3,2-4,0 mm | | 3,2 mm | >8 mm | 4,0-5,0 mm | ### Gases de Proteção para TIG #### Argônio (Ar) - **Mais utilizado** em aplicações industriais - Peso molecular: 40 g/mol (mais denso que ar) - Temperatura de ionização: 15,76 eV - **Fluxo recomendado**: 12-20 L/min - Eletrodo fino: 12 L/min - Eletrodo médio: 15 L/min - Eletrodo grosso: 18-20 L/min - **Vantagens**: Custo baixo, boa proteção, arco estável - **Aplicação**: Aços, aço inoxidável, cobre #### Hélio (He) - Peso molecular: 4 g/mol (muito leve) - Temperatura de ionização: 24,59 eV (requer muito mais energia) - **Fluxo recomendado**: 30-60 L/min (2-3× mais que Ar) - Arco mais quente (penetração profunda) - Maior velocidade de soldagem - **Desvantagem**: Muito caro - **Aplicação**: Alumínio, cobre, metais muito finos #### Misturas Ar-He - **75% Ar + 25% He**: Compromisso entre Ar puro e He puro - Maior penetração que Ar puro - Custo mais razoável que He puro - **Aplicação**: Espessuras médias/grandes de alumínio e cobre #### Argônio + Hidrogênio (Ar-H₂) - **95% Ar + 5% H₂**: Aumenta penetração, maior velocidade - **Vantagem**: Reduz porosidade em aços inoxidáveis - **Limitação**: NÃO usar com alumínio (risco de trincas) - **Aplicação**: Aço inoxidável principalmente ### Parâmetros de Soldagem TIG #### Corrente de Soldagem **Relação básica** (em Amperes): \[I (A) ≈ 50 \times d_{eletrodo(mm)}\] Exemplos: - Eletrodo 0,5 mm: 20-40 A - Eletrodo 1,0 mm: 50-100 A - Eletrodo 1,6 mm: 70-150 A - Eletrodo 2,4 mm: 100-200 A - Eletrodo 3,2 mm: 150-250 A #### Tensão de Soldagem - Faixa: 10-25 V - Maior tensão = cordão mais largo, penetração reduzida - Relação aproximada: 1-2 V por mm de abertura da junta #### Velocidade de Soldagem - Muito variável: 50-300 mm/min - Materiais finos: 50-100 mm/min - Materiais espessos: 100-250 mm/min - Velocidade excessiva = penetração incompleta - Velocidade muito lenta = deformação excessiva #### Taxa de Deposição - Muito baixa: 0,5-2 kg/h (processo manual de baixa produtividade) - Compensado pela qualidade superior da solda ### Técnicas Especiais de TIG #### TIG com Alimentação Mecanizada - Arame alimentado automaticamente - Aumenta taxa de deposição (3-5 kg/h) - Mantém qualidade de TIG - Permite posições automatizadas #### TIG com Pulsação (Pulse TIG) - Corrente de base + picos de corrente - Controla tamanho das gotas - Reduz deformação em materiais finos - Aplicável a todas as posições --- ## Consumíveis de Soldagem {#consumiveis} ### Classificação Geral dos Consumíveis #### Por Tipo de Processo: 1. **SMAW**: Eletrodos revestidos 2. **GMAW**: Arames sólidos 3. **SAW**: Arames nus + fluxos 4. **FCAW**: Arames tubulares 5. **TIG**: Varetas + eletrodos de tungstênio + gases #### Por Material de Base: 1. **Aço Carbono** 2. **Aço de Baixa Liga** 3. **Aço Inoxidável** 4. **Alumínio e suas ligas** 5. **Cobre e suas ligas** 6. **Níquel e suas ligas** ### Armazenamento e Cuidados com Consumíveis #### Eletrodos Revestidos - **Temperatura**: 15-25°C - **Umidade**: Máximo 60% - **Pré-aquecimento**: Antes de usar (conforme especificação) - Eletrodos básicos: 200-350°C por 1-2 horas - Eletrodos rutílicos: 100-150°C por 15 min - **Justificativa**: Reduzir absorção de umidade e teor de H₂ difusível #### Arames Sólidos GMAW - **Bobina lacrada**: Armazenar em embalagem original - **Temperatura**: 5-40°C - **Umidade**: Mínima (não expor a chuva) - **Após abertura**: Usar em até 6 meses - **Problemas comuns**: Oxidação superficial, contaminação #### Fluxos (SAW) - **Estocagem**: Recipientes fechados e secos - **Temperatura**: 10-30°C - **Umidade**: <5% - **Pré-aquecimento**: Antes de uso (conforme IB) - Fluxos básicos: 150-200°C por 30 min - Fluxos neutros: 100-150°C por 15 min - **Regeneração**: Fluxo não fundido pode ser reutilizado (tipicamente 3-5 ciclos) #### Gases de Proteção - **Cilindros**: Armazenar na vertical (exceto He) - **Temperatura**: 5-40°C - **Proteção**: Contra quedas, impactos - **Umidade**: Manter secos (especialmente Ar para inoxidável) --- ## Normas e Especificações (AWS D1.1 e NBR 8800) {#normas} ### AWS D1.1/D1.1M:2020 - Structural Welding Code - Steel #### Escopo e Aplicabilidade A norma AWS D1.1 cobre requisitos de soldagem para qualquer estrutura soldada feita de aços de carbono e baixa liga (ASTM A36, A572, A588, etc.). É amplamente utilizada na construção civil, pontes, estruturas metálicas e aplicações não-criogênicas. **Cláusulas principais:** 1. **Cláusula 1: Requisitos Gerais** - Aplicabilidade de materiais - Definições e terminologia - Responsabilidades (engenheiro, contratado, inspetor) 2. **Cláusula 2: Documentação** - EPS (Especificação de Procedimento de Soldagem) - RQPS (Registro de Qualificação do Procedimento) - RQS (Registro de Qualificação do Soldador) - Registros de inspeção 3. **Cláusula 3: Materiais Base** - Especificações de aço aceitáveis - Faixa de espessura - Requisitos de carbono equivalente - Soldabilidade 4. **Cláusula 4: Consumíveis de Soldagem** - **Eletrodos revestidos**: AWS A5.1, A5.5 - **Arames MIG**: AWS A5.18, A5.28 - **Fluxo SAW**: AWS A5.17, A5.23 - **Arames FCAW**: AWS A5.20, A5.29 - **Gases de proteção**: Qualidade especificada 5. **Cláusula 5: Soldagem Pré-Qualificada** - Procedimentos pré-qualificados (não requerem RQPS) - Limitações de aplicação - Detalhes de junta aprovados 6. **Cláusula 6: Qualificação de Procedimento de Soldagem** - Requisitos de teste - Corpos de prova (tração, dobramento, impacto) - Critérios de aceitação - Variáveis essenciais 7. **Cláusula 7: Qualificação do Soldador** - Teste de qualificação - Posições de teste - Faixa de qualificação - Vigência da qualificação 8. **Cláusula 8: Inspeção** - Inspeção visual (EVS) - Ensaios não-destrutivos (END) - Radiografia, ultrassom, líquido penetrante - Critérios de aceitação 9. **Cláusula 9: Emendas e Reparos** - Procedimento de correção de defeitos - Re-ensaio após reparo 10. **Cláusula 10: Soldagem de Pernos (Studs)** - Especificações para pernos de conexão 11. **Cláusula 11: Disposições Finais** #### Variáveis Essenciais segundo AWS D1.1 **Para procedimento de soldagem (RQPS/EPS):** 1. **Material de base** - Aço específico (A36, A572, etc.) - Espessura (faixa qualificada define limites) 2. **Tipo de junta** - CJP (Complete Joint Penetration) - penetração total - PJP (Partial Joint Penetration) - penetração parcial - Fillet (filete) 3. **Posição de soldagem** - 1G, 2G, 3G, 4G (topo) - 1F, 2F, 3F, 4F (filete) 4. **Processo de soldagem** - SMAW, GMAW/MIG, SAW, FCAW, TIG 5. **Tipo de consumível** - Classe AWS (ex: E70, ER70S-6, EB70) 6. **Proteção de gás** (quando aplicável) - Tipo e vazão 7. **Aquecimento da peça** - Temperatura de pré-aquecimento - Temperatura entre passes - Justificativa (carbono equivalente) 8. **Parâmetros de soldagem** - Corrente - Tensão - Velocidade de alimentação (GMAW, FCAW) - Velocidade de soldagem 9. **Técnica** - Número de passes - Sequência de soldagem - Peening (martelamento) - permitido? 10. **Pós-aquecimento** (se aplicável) - Temperatura - Tempo ### NBR 8800:2008 - Projeto de Estruturas de Aço e de Mistas de Aço e Concreto de Edifícios #### Disposições sobre Soldagem A norma brasileira NBR 8800 adota requisitos compatíveis com a AWS D1.1, adaptados ao contexto brasileiro e estruturas de edifícios. **Seção 4.5.2.4 - Eletrodos, Arames e Fluxos para Soldagem:** **Especificações exigidas:** a) **Eletrodos de aço doce, revestidos**: AWS A5.1 b) **Eletrodos de aço baixa liga, revestidos**: AWS A5.5 c) **Eletrodos nus de aço doce + fluxo SAW**: AWS A5.17 d) **Eletrodos de aço doce GMAW**: AWS A5.18 e) **Eletrodos de aço doce FCAW**: AWS A5.20 f) **Eletrodos nus de aço baixa liga + fluxo SAW**: AWS A5.23 g) **Eletrodos de aço baixa liga GMAW**: AWS A5.28 h) **Eletrodos de aço baixa liga FCAW**: AWS A5.29 **Aprovação das especificações:** Conforme nota na NBR 8800: "A aprovação das especificações para eletrodos citadas é feita mediante testes de qualificação conforme ASME IX, utilizando corpos de prova conforme AWS D1.1." #### Requisitos Específicos da NBR 8800 1. **Carbono Equivalente (CE)** \[CE = C\% + \frac{Mn}{6} + \frac{Ni}{15} + \frac{Cr}{5} + \frac{Mo}{5} + \frac{V}{5}\] - CE < 0,40: Sem requisitos especiais - CE 0,40-0,60: Pré-aquecimento recomendado - CE > 0,60: Pré-aquecimento obrigatório 2. **Pré-Aquecimento Mínimo** - Função da espessura, CE, tipo de junta - Tabelado na norma 3. **Temperatura entre Passes** - Mínimo 65°C - Máximo 150°C (em geral) - Controle rigoroso em aços de alta resistência 4. **Inspeção de Soldagem** - Visual: 100% - END: Conforme especificação de projeto (tipicamente radiografia ou ultrassom em juntas críticas) 5. **Aceitação de Defeitos** - Descontinuidades aceitáveis conforme AWS D1.1/AWS D1.5 --- ## Simbologia de Soldagem {#simbologia} ### Normas Aplicáveis - **AWS A2.4**: American Welding Society - **ISO 2553**: International Organization for Standardization - **ABNT NBR 6533**: Associação Brasileira de Normas Técnicas - **JIS Z 3021**: Japanese Industrial Standards ### Componentes Básicos do Símbolo de Soldagem #### 1. Linha de Referência - Linha horizontal contínua que serve como suporte para o símbolo - Fundamental em toda especificação - Posição do símbolo (acima/abaixo) determina lado de soldagem #### 2. Linha de Seta - Parte de uma extremidade da linha de referência - Aponta para a região a ser soldada - Pode estar em extremidade esquerda ou direita (critério do desenhista) #### 3. Símbolo Básico da Solda - Tipo de solda (filete, ranhura, ponto, etc.) - Colocado acima ou abaixo da linha de referência - **Abaixo**: Lado indicado pela seta - **Acima**: Lado oposto à seta - **Acima e abaixo**: Ambos os lados #### 4. Dimensões - Colocadas à esquerda do símbolo - Para solda de filete: medida na esquerda - Para solda de ranhura: profundidade de penetração - Para solda de ponto: diâmetro ou resistência #### 5. Símbolos Suplementares - Contorno da solda (convexo, côncavo, plano) - Acabamento especial (esmerilhamento, usinagem) - Inspeção especial - Soldadura ao redor (círculo de 360°) #### 6. Cauda - Opcional (pode ser omitida se desnecessária) - Contém informações de procedimento, norma, referência ### Símbolos Básicos de Solda #### Solda de Filete (Fillet Weld) - **Símbolo**: Triângulo retângulo - **Representação**: Triângulo com ângulo reto apontando para a raiz - **Dimensões**: - Esquerda do símbolo: tamanho do filete (perna) - Direita: comprimento efetivo da solda #### Solda de Ranhura/Chanfro (Groove Weld) **Ranhura de Topo Simples em V:** - **Símbolo**: V - **Ângulo**: Tipicamente 60-70° - **Abertura da raiz**: 3-6 mm - **Uso**: Penetração satisfatória, espessura moderada **Ranhura de Topo Dupla em V (Double V):** - **Símbolo**: X ou duplo V - **Vantagem**: Distribui deformação, menos calor em cada lado - **Uso**: Espessuras grandes **Ranhura em U:** - **Símbolo**: U - **Características**: Fundo arredondado, raio ~5 mm - **Vantagem**: Menos material de adição que V - **Uso**: Espessuras >12 mm **Ranhura em J:** - **Símbolo**: J - **Características**: Uma extremidade com degrau, outra curva - **Uso**: Conexões T, tubulações, encosto vertical **Ranhura em K (Duplo J):** - **Símbolo**: K ou duplo J - **Simetria**: Ambos os lados com degrau e curva - **Uso**: Espessuras muito grandes, distribuição de deformação #### Solda de Ponto (Spot Weld) - **Símbolo**: Círculo - **Dimensões**: Diâmetro ou resistência de cisalhamento #### Solda de Projeção (Projection Weld) - **Símbolo**: Círculo tangente à linha de referência - **Uso**: Uniões soldadas por resistência #### Solda de Emenda/Aresta (Edge Weld, Bead Weld) - **Símbolo**: Meia-lua ou linha vertical - **Uso**: Emenda de chanfros, preenchimento de superfícies ### Dimensionamento de Soldas #### Solda de Filete ``` Dimensão esquerda (tamanho do filete) = comprimento das pernas Exemplo: 6 = filete com 6 mm de perna em cada direção Dimensão direita (comprimento) = extensão efetiva Exemplo: 100 = 100 mm de comprimento efetivo Especificação: 6/100 significa: filete 6 mm, comprimento 100 mm ``` **Tamanhos padrão de filete:** - 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16 mm #### Solda de Ranhura com Penetração Completa (CJP) ``` Profundidade de penetração = profundidade total da junta Deve penetrar completamente (sem raiz aberta) Variações: - V 60°, profundidade 12 mm - U, raio 5 mm, profundidade 20 mm ``` ### Exemplos Práticos de Especificação Simbólica **Exemplo 1: Filete duplo 8 mm, 150 mm comprimento** ``` Símbolo: Triângulo (8 mm) Acima e abaixo da linha de referência (ambos os lados) Comprimento: 150 mm Interpretação: Filetes de 8 mm em ambos os lados, 150 mm de comprimento ``` **Exemplo 2: Ranhura V, chanfro 60°, penetração 15 mm** ``` Símbolo: V (ranhura) Dimensão: 15 (profundidade) Ângulo: 60° Interpretação: Ranhura em V com ângulo 60°, penetração completa (15 mm) ``` **Exemplo 3: Solda ao redor (360°)** ``` Símbolo: Círculo na junção de seta e linha de referência Interpretação: Solda em toda volta do elemento ``` ### Símbolos Suplementares #### Contorno da Solda | Símbolo | Descrição | Significado | |---------|-----------|-------------| | Linha reta | Contorno plano | Solda plana, sem protuberância | | Meia-lua acima | Contorno convexo | Solda abaulada para cima | | Meia-lua abaixo | Contorno côncavo | Solda curva para dentro | #### Acabamento | Símbolo | Descrição | Significado | |---------|-----------|-------------| | G | Esmerilhamento | Esmerilhar a superfície | | C | Usinagem | Usinar a superfície | | H | Martelamento | Martelar (peening) | | M | Usinagem de Metal | Usinar a solda | | R | Laminação | Laminar | | U | Usinagem Ultrassônica | Tratamento ultrassônico | --- ## Posições de Soldagem {#posicoes} ### Classificação Geral Existem **4 posições básicas** de soldagem, aplicáveis a soldas de **topo (groove)** e **filete (fillet)**, com variações para tubulações: ### Soldas de Topo em Chapas (Groove Welds - Letras G) #### 1G - Posição Plana - **Descrição**: Chapa horizontal, solda de cima para baixo - **Eixo da solda**: Horizontal - **Gravidade**: Favorece o fluxo de metal (máxima facilidade) - **Características**: - Maior produtividade - Possibilita uso de equipamento de maior potência - Possibilita mecanização/robô - Melhor controle da poça - **Aplicação**: Estruturas, chapas largas, painéis #### 2G - Posição Horizontal - **Descrição**: Chapa vertical, solda ao longo de linha horizontal - **Eixo da solda**: Horizontal - **Gravidade**: Exerce efeito lateral na poça - **Características**: - Moderadamente fácil - Requer controle de velocidade - Risco de escorregamento da poça - Taxa de deposição boa - **Aplicação**: Vigas, peças verticais com soldagem lateral #### 3G - Posição Vertical - **Descrição**: Chapa vertical, solda de baixo para cima (ascendente) - **Eixo da solda**: Vertical - **Técnica**: Soldagem ascendente ou descendente - **Ascendente (mais comum)**: Maior penetração, melhor solidez - **Descendente**: Menor penetração, execução mais rápida mas de menor qualidade - **Características**: - Difícil (requer experiência) - Menor velocidade de deposição - Controle crítico da poça - Risco de falta de penetração - **Aplicação**: Pilares, vigas verticals, estruturas de grande altura #### 4G - Posição Sobre-Cabeça (Overhead) - **Descrição**: Chapa horizontal, solda de baixo (operador abaixo da junta) - **Eixo da solda**: Horizontal - **Gravidade**: Trabalha contra o operador - **Características**: - Extremamente difícil - Menor velocidade de deposição - Fadiga extrema do soldador - Alto risco de queda de metal quente - Maior risco de falta de penetração e defeitos - **Equipamento**: Proteção adicional (capuz, perneiras) - **Aplicação**: Ligações estruturais no teto, pisos intermédios, pontes ### Soldas de Filete em Chapas (Fillet Welds - Letras F) #### 1F - Filete Plana - Mesma posição que 1G - Junta em forma de L ou T, solda pelo lado de cima - Máxima facilidade #### 2F - Filete Horizontal - Mesma posição que 2G - Junta em forma de L ou T, solda ao longo de linha horizontal #### 3F - Filete Vertical - Mesma posição que 3G - Junta em forma de L ou T, solda na posição vertical #### 4F - Filete Sobre-Cabeça - Mesma posição que 4G - Junta em forma de L ou T, solda sobre-cabeça ### Soldas em Tubulações (Numeração Especial) #### Soldas de Topo em Tubo Rotativo - **1G**: Eixo horizontal, tubo rotacionando - **2G**: Eixo vertical, tubo fixo - **5G**: Eixo horizontal, tubo fixo (vertical ao longo do tubo) - **5GX**: Eixo horizontal inclinado - **6G**: Eixo inclinado a 45°, tubo fixo (qualificação em todas as posições) - **6GX**: Eixo a 45° com inclinação adicional #### Soldas de Filete em Tubo - **1FR**: Filete plana, tubo rotativo - **2FR**: Filete horizontal transversal, tubo fixo - **4FR**: Filete sobre-cabeça, tubo fixo - **5FR**: Filete em eixo fixo horizontal - **6FR**: Filete em eixo a 45° --- ## Tipos de Juntas e Configurações {#juntas} ### Juntas Básicas #### 1. Junta de Topo (Butt Joint) - **Características**: Duas chapas com faces aproximadas - **Tipos de chanfro**: - **Ranhura I (sem chanfro)**: Espessura ≤ 6 mm - **Ranhura V (simples V)**: Espessura 6-12 mm, penetração moderada - **Ranhura X (duplo V)**: Espessura > 12 mm, ambos os lados - **Ranhura U**: Espessura > 12 mm, menos material de adição - **Ranhura J**: Espessura > 12 mm, penetração profunda - **Ranhura K (duplo J)**: Espessura muito grande, distribuição simétrica **Parâmetros de chanfro:** - **Ângulo de abertura (α)**: 60-70° para V, 20-30° para J - **Abertura de raiz (f)**: 3-6 mm - **Garganta (r)**: Raio de curvatura em U/J, tipicamente 5-8 mm #### 2. Junta em T (T-Joint) - **Características**: Uma chapa perpendicular à outra - **Tipos de solda**: Filete ou ranhura - **Filete simples**: Menor resistência, mais rápido - **Ranhura**: Maior resistência, maior trabalho - **Combinada**: Filete + ranhura (híbrida) **Configurações:** - **T-Filete duplo**: Filetes em ambos os lados - **T-Ranhura com filete**: Ranhura de um lado + filete do outro (reforço) #### 3. Junta de Canto/Ângulo (Corner Joint) - **Características**: Duas chapas em ângulo (tipicamente 90°) - **Tipos**: - **Interior (inside corner)**: Filete interno - **Exterior (outside corner)**: Ranhura ou filete #### 4. Junta Sobreposta (Lap Joint) - **Características**: Chapas sobrepostas, bordas alinhadas - **Tipo de solda**: Filete de um ou ambos os lados - **Limitação**: Menos resistência que topo (menor área da junta) - **Uso**: Reparos, conexões menos críticas #### 5. Junta de Aresta (Edge Joint) - **Características**: Bordas simples em contato - **Tipo de solda**: Filete ou ranhura - **Uso**: Materiais finos, painéis ### Detalhes de Junta Pré-Qualificados (AWS D1.1) A norma AWS D1.1 fornece **detalhes de junta pré-qualificados** que dispensam RQPS (Registro de Qualificação de Procedimento): #### Juntas de Topo - Aço Carbono **CJP (Complete Joint Penetration) - Ranhura V:** - **Espessura qualificada**: 6-12 mm - **Ângulo do chanfro**: 60° ± 5° - **Abertura de raiz**: 3-6 mm - **Processos permitidos**: SMAW, GMAW, FCAW, TIG - **Número de passes**: 1-3 passes - **Pré-aquecimento**: Mínimo (conforme CE) **CJP - Ranhura X (Duplo V):** - **Espessura qualificada**: 12-25 mm - **Ângulo do chanfro**: 60° ± 5° (cada lado) - **Abertura de raiz**: 3-6 mm - **Número de passes**: 4-8 passes (2-4 cada lado) **PJP (Partial Joint Penetration) - Ranhura com Filete:** - **Espessura qualificada**: Até 25 mm - **Penetração mínima**: Conforme tabela (ex: 6 mm) - **Filete mínimo**: 6 mm (ou conforme cálculo) #### Juntas de Filete Pré-Qualificadas **Filete Simples em T (ambos os lados):** - **Tamanho de filete**: 6-10 mm - **Comprimento efetivo**: Mínimo 25 mm - **Tipo de peça**: Chapa ≤ 6 mm (qualificada como base) **Filete em Sobreposto:** - **Tamanho**: 6-8 mm - **Espessura de chapa**: Até 6 mm ### Preparação de Junta (Joint Preparation) #### Limpeza da Superfície - **Método**: Escovagem de aço, chama (oxide), esmerilhamento - **Objetivo**: Remover óxido, ferrugem, óleo, tinta - **Limite**: - Carepa de laminação: Aceitável (com ER70S-6) - Ferrugem pesada: Remover - Óxido de solda anterior: Remover #### Alinhamento da Junta - **Raíz paralela**: Abertura constante ao longo - **Tolerância**: ±2 mm em 300 mm - **Ferrugem localizada**: Remover #### Ângulo do Chanfro - **Tolerância**: ±5° da especificação - **Medição**: Com gabarito ou transferidor --- ## Ensaios Não Destrutivos (END) {#ensaios-nd} ### Tipos de Ensaios #### 1. Ensaio Visual (EVS - Visual Weld Inspection) - **Norma**: AWS D1.1, ASTM E448 - **Equipamento**: Olho humano, lupa 2-10×, iluminação mínima 50 fc - **Parâmetros verificados**: - Dimensões da solda (largura, altura, penetração aparente) - Descontinuidades superficiais (trincas, poros, undercut) - Acabamento (regularidade, salpicos) - Alinhamento (offset máximo permitido) - Corrosão ou manchas **Critérios de aceitação (típicos):** - **Poros superficiais**: Máximo 1/4 polegada diâmetro, 3 máximo por 12 polegadas - **Undercut**: Máximo 1/32 polegada profundidade - **Salpicos**: Removível, não integrado na solda - **Trincas**: Zero tolerância #### 2. Ensaio por Líquido Penetrante (PT - Penetrant Testing) - **Norma**: ASTM E1417, ISO 3452 - **Aplicação**: Detecção de descontinuidades **superficiais** - **Tipos de penetrante**: - **Removível por solvente**: Aplicação manual, descontinuidades micro - **Lavável em água**: Tipo hidrofílico - **Pós-emulsificável**: Requer emulsificador adicional **Procedimento:** 1. Preparação superficial (limpeza) 2. Aplicação de penetrante (imersão ou spray) 3. Tempo de penetração (mínimo 5-30 minutos) 4. Remoção de excesso 5. Aplicação de revelador (pó branco) 6. Tempo de revelação (10-15 minutos) 7. Interpretação (descontinuidades aparecem em vermelho/fluorescente) **Vantagens:** - Custo baixo - Simples de executar - Sensibilidade para trincas finíssimas **Limitações:** - Apenas superfícies (profundidade máxima ~0,5 mm) - Não funciona em materiais porosos - Material ferromagnético recomendado #### 3. Ensaio por Partículas Magnéticas (MT - Magnetic Particle Testing) - **Norma**: ASTM E1444, ISO 9934 - **Aplicação**: Detecção de descontinuidades superficiais e **subsuperficiais** em materiais ferromagnéticos - **Princípio**: Campo magnético aplicado no material, partículas de ferro se atraem para descontinuidades **Tipos de partículas:** - **Secas**: Pó de ferro, sem líquido transportador - **Molhadas**: Partículas em óleo ou água **Campo magnético:** - **AC (alternada)**: Penetração superficial - **DC (contínua)**: Penetração até ~5 mm de profundidade **Vantagens:** - Detecta descontinuidades subsuperficiais - Rápido - Sensibilidade alta para trincas - Custo razoável **Limitações:** - Apenas materiais ferromagnéticos - Remanência magnética (desmagnetizar após teste) - Preparação superficial crítica #### 4. Ensaio Ultrassônico (UT - Ultrasonic Testing) - **Norma**: ASTM E494, ISO 11316, AWS D1.5 - **Aplicação**: Detecção de descontinuidades **internas** (poros, falta de penetração, delaminações) - **Princípio**: Ondas sonoras de alta frequência (0,5-20 MHz) penetram material - Reflexão em interfaces - Atenuação proporcional a defeitos - Imagem de perfil vertical (A-scan) ou horizontal (B-scan) **Tipos de ensaio:** - **Eco de pulso (Pulse-Echo)**: Emitente = receptor - **Transmissão (Through-Transmission)**: Emitente ≠ receptor - **Difração de tempo de voo (ToFD)**: Alta sensibilidade para pequenos defeitos **Vantagens:** - Detecta defeitos internos - Profundidade de penetração: até 2-3 metros de aço - Portátil, rápido - Não radioativo - Precisão razoável **Limitações:** - Requer operador qualificado - Sensível a condições superficiais - Superfícies curvas/complexas: desafiadoras - Impedância acústica diferente em interfaces #### 5. Radiografia (RT - Radiographic Testing) - **Norma**: ASTM E1030, ISO 11699, AWS D1.5 - **Aplicação**: Detecção de descontinuidades **internas** (porosidade, falta de fusão, inclusões) - **Fontes**: - **Raios X**: Energia controlada, equipamento portátil mas requer gerador - **Radioisótopos (Gama)**: Cobalto-60, Irídio-192, sem eletricidade necessária - **Acelerador linear (LINAC)**: Alta energia, penetração profunda **Densidade radiográfica:** - Contraste proporcional a densidade do material - Defeitos aparecem como áreas mais claras (menos densidade) **Filme radiográfico:** - ISO de 400-1600 (sensibilidade) - Exposição crítica - Interpretação requer experiência **Vantagens:** - Excelente para detectar porosidade, inclusões de óxido - Permanente (registro em filme) - Aplicável a qualquer material **Limitações:** - Periculosidade radiológica (requer proteção, área isolada) - Maior custo - Orientação do defeito crítica (trincas longitudinais podem não ser detectadas) - Processamento de filme lento #### 6. Ensaio de Estanqueidade (Leak Test) - **Aplicação**: Juntas de tubulações, tanques, recipientes sob pressão - **Métodos**: - **Imersão em água**: Procurar bolhas - **Hélio (Helium Leak Test)**: Alta sensibilidade, caro - **Pressurização**: Ar comprimido com sabão ### Critérios de Aceitação (AWS D1.1) #### Radiografia - **Porosidade**: Máximo 1/16 polegada diâmetro, total <2% da área - **Inclusão de tungstênio (TIG)**: Máximo 1/32 polegada, 3 máximo - **Falta de fusão**: Zero tolerância em CJP - **Falta de penetração de raiz**: Zero tolerância em CJP #### Ultrassom - Similar à radiografia - Maior sensibilidade para pequenos defeitos - Calibração crítica #### Inspeção Visual - Sem trincas - Undercut: Máximo 1/32 polegada (0,8 mm) - Alinhamento: Máximo 1/8 polegada (3,2 mm) --- ## Qualificação de Procedimentos e Soldadores {#qualificacao} ### EPS - Especificação de Procedimento de Soldagem A EPS é um documento formal que descreve os parâmetros e técnicas para produzir uma solda de qualidade conforme norma (AWS D1.1, NBR 8800, ASME IX). #### Estrutura de uma EPS 1. **Informações Administrativas** - Empresa/contratante - Data de emissão e revisão - Número da EPS - Responsável pela aprovação 2. **Material de Base** - Designação ASTM (ex: A36, A572 Gr.50) - Faixa de espessura qualificada - Grupo de aço conforme AWS 3. **Metal de Adição** - Especificação (ex: AWS A5.1 E7018) - Diâmetro - Marca/fabricante - Condições de pré-aquecimento 4. **Gás de Proteção** (quando aplicável) - Tipo e composição - Vazão (L/min) - Pureza especificada 5. **Tipo de Junta** - Desenho da junta - CJP ou PJP - Chanfro específico (V, U, J, etc.) - Ângulo, abertura de raiz, garganta 6. **Posições de Soldagem Qualificadas** - 1G, 2G, 3G, 4G (topo) - 1F, 2F, 3F, 4F (filete) 7. **Parâmetros de Soldagem** - Corrente (A) - Tensão (V) - Velocidade de alimentação (GMAW, FCAW) - mm/min - Velocidade de soldagem - mm/min - Técnica: número de passes, sequência 8. **Temperatura de Pré-Aquecimento** - Mínima requerida (°C) - Justificativa (CE, espessura) 9. **Temperatura Entre Passes** - Mínima: tipicamente 65°C - Máxima: conforme especificação (150-200°C) 10. **Pós-Aquecimento** (se aplicável) - Temperatura - Tempo de soaking - Taxa de resfriamento controlado 11. **Técnica de Soldagem** - Passes de raiz, enchimento, acabamento - Direção de passes (zigzag, descending, etc.) - Limpeza entre passes (escova de aço) - Peening permitido? (martelamento) ### RQPS - Registro de Qualificação do Procedimento O RQPS documenta os testes realizados para validar a EPS. Inclui: 1. **Variáveis Registradas Durante Soldagem** - Parâmetros reais (corrente, tensão, velocidade) - Temperatura de pré-aquecimento medida - Temperatura entre passes - Observações do soldador 2. **Detalhes do Corpo de Prova** - Dimensões da chapa de teste - Material de base real utilizado - Consumível lote utilizado - Data de soldagem 3. **Resultados de Testes** - Inspeção visual (pass/fail) - Radiografia (aceitável conforme norma) - Ensaios de tração (limite escoamento, resistência, alongamento) - Ensaios de dobramento (sem trincas visíveis) - Ensaios de impacto Charpy (se especificado) - Análise metalográfica (opcional, para aços críticos) ### RQS - Registro de Qualificação de Soldador O RQS documenta que um soldador específico pode executar soldas conforme EPS qualificada. #### Teste de Qualificação de Soldador **Preparação:** - Soldador executa amostra de teste sob observação de inspetor certificado - Amostra conforme norma (típico: tubo 6G para qualificação em todas posições) - Parâmetros conforme EPS qualificada - Inspetor presencia e registra **Amostra de Teste Típica (AWS D1.1):** - **Material**: ASTM A36 ou conforme EPS - **Dimensões**: - Tubo: Ø 114 mm × 6-10 mm espessura × 150-200 mm comprimento - Ou placa: 200 × 150 × 6-10 mm - **Junta**: 6G (45°, rotação fixa) - qualifica para **todas as posições** - Alternativa: Testar em cada posição desejada (1G, 2G, 3G, 4G) **Corpos de Prova Extraídos:** - **Tração**: Mínimo 1 corpo - **Dobramento lateral**: Mínimo 2 corpos (ambos lados) - Ou radial bending (3 corpos) **Critérios de Aceitação:** - **Tração**: Deve atingir limite escoamento e resistência mínima - **Dobramento**: Sem trincas > 1/4 polegada (6,35 mm) - **Ausência de trincas**: Inspeção visual #### Vigência da Qualificação - **Válida por**: Conforme norma - AWS D1.1: 6 meses se não utilizado (pode ser requalificado com novo teste) - ASME IX: 12 meses inatividade = requalificação necessária - **Perda de qualificação**: Mudança de variável essencial (processo, material, tipo junta, etc.) --- ## Corpos de Prova e EPS {#corpos-prova} ### Preparação de Corpo de Prova para Ensaio Mecânico #### Corpos de Prova de Tração (Tensile Test Specimen) **Norma**: AWS D1.1, ASTM E8, EN 895 **Tipos:** **Transversal à solda (TS - Transverse Specimen):** - **Linha de solda perpendicular** à direção de tração - Testa resistência da solda + ZAC - **Mais importante** para qualificação **Desenho típico:** ``` ┌─────────────────────────────┐ │ seção de emenda (solda) │ ├─────────────────────────────┤ │ Comprimento útil: ~50 mm │ │ Largura: ~25 mm │ │ Espessura: conforme metal │ └─────────────────────────────┘ ``` **Processo de preparação:** 1. Remover escória e salpicos (lixar/esmerilhar) 2. Medir espessura e largura (3 locais: mín, máx, médio) 3. Marcar comprimento útil (tipicamente 50 mm = 2") 4. Se necessário, usinar para dimensões padronizadas 5. Identificar corpo de prova **Propriedades esperadas (aço carbono E70):** - Limite escoamento: 430-500 MPa - Resistência à tração: 520-600 MPa - Alongamento: 22-28% **Cálculos:** \[Limite\ Escoamento = \frac{Carga\ Escoamento (N)}{Largura (mm) \times Espessura (mm)}\] \[Resistência\ Tração = \frac{Carga\ Ruptura (N)}{Largura (mm) \times Espessura (mm)}\] \[Alongamento\% = \frac{(Comprimento\ Final - Comprimento\ Inicial) \times 100}{Comprimento\ Inicial}\] #### Corpos de Prova de Dobramento (Bend Test Specimen) **Norma**: AWS D1.1, ASTM E190 **Tipos:** **Dobramento Lateral (Side Bend):** - Corpo de prova transversal é dobrado - Eixo de flexão: perpendicular à linha de solda - Face da solda sai do lado de tensão - Máxima importância para qualificação **Dobramento Radial (Guided Bend):** - Corpo de prova dobrado em mandril - Raio de curvatura: conforme espessura (3×, 4×, 5× espessura) - Detecta capacidade da solda a se flexionar **Preparação do corpo de prova:** 1. Corte transversal à solda 2. Remova escória e salpicos 3. Usine (opcional) para padronizar **Procedimento de dobramento:** 1. Colocar em máquina de dobra 2. Aplicar força lentamente até raio de curvatura especificado 3. Inspecionar visualmente após desdobramento 4. Medir abertura de trinca **Critério de aceitação:** - **Máximo 1/4 polegada (6,35 mm) de abertura de trinca** - **Máximo 3/8 polegada (9,5 mm) em certos casos** - Sem trincas internas (metalografia se necessário) #### Corpos de Prova para Ensaio de Impacto Charpy **Norma**: AWS D1.1, ASTM E23 **Entalhe em V:** - Profundidade: 2 mm - Raio de curvatura: 0,25 mm - Localização: Centro da linha de solda ou ZAC **Temperatura de teste:** - Temperatura ambiente (20°C): Teste básico - Temperatura baixa (0°C, -20°C): Aplicações críticas/offshore - Temperatura criogênica (-40°C, -50°C): Estruturas navais pesadas **Procedimento:** 1. Entalhadores pêndulo 2. Queda controlada do martelo 3. Mede energia absorvida (Joules) **Propriedades esperadas (aço E7018 em 20°C):** - Energia mínima: 27-68 J conforme especificação - Aplicações críticas (naval): 60-100 J **Energia = Energia Inicial - Energia após impacto** #### Metalografia (Microscopia) **Aplicação:** - Validação de qualificação de procedimento (procedimentos críticos) - Análise de estrutura de grão - Detecção de trincas internas - Avaliação de ZAC **Preparação:** 1. Corte amostra 2. Embutimento em resina 3. Lixamento progressivo (80 → 600 grit) 4. Polimento com pano + pasta de diamante 5. Ataque químico (Nital 2-5% para aço carbono) 6. Observação em microscópio (50× a 500×) **Microestrutura esperada (solda de aço E7018):** - Ferrita acicular: 30-60% - Ferrita de contorno de grão: 10-30% - Martensita: 0-10% (em aços baixa liga) - Ausência de trincas por hidrogênio (HAC) ### Qualificação Pré-Qualificada (AWS D1.1) Alguns procedimentos **dispensam RQPS** se seguem rigorosamente as especificações AWS. Pré-qualificados para: - Detalhes de junta específicos (ex: V simples, espessura 6-12 mm) - Processos aprovados (SMAW, GMAW, FCAW, TIG) - Materiais base em grupo (ex: Aço carbono grupo 1-3) - Soldadores devem ser qualificados separadamente **Vantagem**: Reduz tempo e custo de qualificação **Desvantagem**: Menos flexibilidade; qualquer desvio requer nova qualificação completa ### Documento de EPS - Modelo Típico ```markdown # ESPECIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM (EPS) EPS-001: Soldagem de Estrutura em A36 - Junta de Topo V ## DADOS ADMINISTRATIVOS - Empresa: [Nome] - Aprovado por: [Engenheiro] - Data: [Data] - Revisão: 1 - Válida a partir de: [Data] ## MATERIAL DE BASE - Especificação: ASTM A36 - Faixa de espessura qualificada: 6-12 mm - Grupo AWS: Aço carbono (G1-G3) - Temperatura mínima de serviço: 0°C ## METAL DE ADIÇÃO - Especificação: AWS A5.1 E7018 - Diâmetro: 3,25 mm - Armazenamento: 200-250°C ## GÁS DE PROTEÇÃO - Tipo: Ar + 20% CO₂ (MAG) - Vazão: 15-20 L/min - Pureza: 99,5% mínimo ## TIPO DE JUNTA - Tipo: Topo com ranhura V - Ângulo do chanfro: 60° ± 5° - Abertura de raiz: 3-6 mm - Garganta: Até a superfície - Desenho: [Referência do desenho] ## POSIÇÕES DE SOLDAGEM QUALIFICADAS - 1G (Plana) - 2G (Horizontal) - [Outras conforme teste] ## PARÂMETROS DE SOLDAGEM ### Passe 1 (Raiz) - Corrente: 140-160 A (CC+) - Tensão: 20-24 V - Velocidade de soldagem: 150-200 mm/min - Técnica: Oscilação leve ### Passe 2+ (Enchimento) - Corrente: 160-180 A (CC+) - Tensão: 22-26 V - Velocidade de soldagem: 180-250 mm/min - Técnica: Oscilação simples ## PRÉ-AQUECIMENTO - Temperatura mínima: 0°C (CE = 0,35) - Justificativa: Carbono equivalente baixo ## TEMPERATURA ENTRE PASSES - Mínima: 65°C - Máxima: 150°C - Método de controle: Termômetro de contato ## SEQUÊNCIA DE SOLDAGEM - Passe 1: Raiz, de baixo para cima - Passes 2+: Enchimento, oscilação simples - Limpeza: Escova de aço entre passes ## TESTES REQUERIDOS - Inspeção Visual: 100% - Radiografia: Conforme projeto - Tração Transversal: 1 corpo - Dobramento Lateral: 2 corpos - Charpy (-20°C): 3 corpos (se aplicável) ## OBSERVAÇÕES - Não permitido peening - Resfriamento ao ar - RQS válida por: 6 meses --- ``` Fim do documento base de conhecimento. ```