PROCESSO DE SOLDAGEM POR EXPLOSÃO - EXW Prof. Alexandre Queiroz Bracarense, PhD Universidade Federal de Minas Gerais Grupo de Robótica, Soldagem Sold agem e Simulação
1. Definição e descrição geral Soldagem a explosão é um processo de soldagem em estado sólido, que produz uma solda pelo impacto em alta velocidade das peças em trabalho, como resultado de uma detonação controlada. A explosão acelera o metal a uma velocidade que produz uma adesão metálica entre eles após a colisão. A solda é produzida em umas fração de segundo sem adição de metal. É essencialmente um processo a temperatura ambiente em que não ocorre um grande aquecimento das peças em trabalho. As superfícies de contato, entretanto, são aquecidas pela energia de colisão, e a soldagem é conseguida pelo fluxo plástico do metal em suas superfícies. A solda é executada executada progressiv progressivament amente e junto com a explosão explosão e as forças forças criadas criadas avançam avançam de uma extremidade da junta a outra. As deformações da soldagem variam com o tipo da junta. São conseguidas deformações imperceptíveis em várias soldas, e sem perda mensurável de metal. A soldagem é normalmente executada ao ar livre, mas também pode ser executada em outras atmosferas ou em vácuo quando as circunstancias o exigirem. Muitas soldas são executadas em seções relativamente grandes em área, porém existem aplicações com pequenas superfícies com sucesso.
2. Princípios do processo Um típico arranjo dos componentes para soldagem por explosão é mostrado na figura 1.
Figura 1 - Arranjo típico dos componentes para soldagem por explosão Fundamentalmente existem três componentes: 1) Metal base 2) Metal primário ou de caldeamento 3) Explosivo O componente base permanece estacionário enquanto o primário é soldado a ele. O componente base pode ser suportado por uma base ou matriz, particularmente quando ele é relativamente delgado. O componente base / apoio (se utilizado) devem possuir massa suficiente para minimizar as distorções durante o processo de soldagem por explosão.
O componente primário é posicionado usualmente paralelo ao componente base; porém para aplicações especiais ele pode estar a um pequeno angulo em relação ao componente base. No arranjo paralelo, os dois são separados por uma distancia especificada, que se refere como distancia de afastamento (standoff distance). No arranjo angular o afastamento pode ser ou não utilizado no vértice do angulo. A explosão localizada dobra e acelera o componente primário através do afastamento, a alta velocidade, para que ele colida sob um certo angulo com o componente base e seja soldado a ele. A frente de colisão e solda progride através da junção conforme a explosão avança. O explosivo, normalmente em forma granular, é distribuído uniformemente sobre a superfície superior do componente primário. A força que a explosão exerce sobre o componente primário depende das características da detonação e da quantidade de explosivo. Um separador de um material tipo neoprene, entre o componente primário e o explosivo, pode ser necessário para proteção do componente da erosão provocada pela detonação do explosivo. 2.1. Detonação do explosivo
As atividades que ocorrem durante a soldagem por explosão estão ilustradas na figura 2. A maneira na qual o explosivo é detonado é extremamente importante. A detonação deve ser efetuada progressivamente através da superfície do componente primário. A velocidade da detonação determina a velocidade na qual a colisão progride através da área de junção. É conhecido que a velocidade de colisão é uma das variáveis importantes do processo. A seleção de um explosivo que produza uma velocidade de detonação requerida é da maior importância para que se consiga por consequência uma boa solda. Alem disso o explosivo deve providenciar uma explosão uniforme para que a velocidade de colisão seja uniforme do início ao fim da solda. 2.2. Velocidade e ângulo do componente primário
Enquanto a detonação se move através da superfície do componente primário, ambas as intensas pressões, a da frente de explosão e a gerada pela expansão dos gases imediatamente abaixo da frente de explosão, aceleram o componente primário a um certo angulo e velocidade. Este angulo e velocidade dependem do tipo e quantidade do explosivo, da espessura de parede e propriedades mecânicas do componente primário, e da distancia de afastamento (standoff distance) empregada. 2.3. Colisão, jato e soldagem
As seguintes variáveis interrelacionadas são importantes para o processo de soldagem a explosão: 1- Velocidade de colisão 2- Angulo de colisão 3- Velocidade do componente primário A intensa pressão necessária para se produzir a soldagem é gerada no ponto de colisão quando duas destas variáveis estejam entre limites perfeitamente definidos. Estes limites são determinados pelas propriedades dos materiais a serem soldados. As pressões forçam as superfícies dos dois componentes a um intimo contato e causa um fluxo plástico localizado na área imediatamente próxima ao ponto de colisão. Ao mesmo tempo o jato é formado no ponto de colisão, como visto na figura 2. O jato varre para fora da superfície original de cada componente qualquer filme de contaminação que possa estar presente. Isto limpa o metal
como é requerido para se obter uma soldagem metalúrgica forte. Pressões residuais no sistema são mantidas o suficiente após a colisão para permitir a liberação do contato íntimo dos componentes metálicos e para completar a solda.
Figura 2 – Desenho esquemático mostrando o ponto de colis ão 2.4. Natureza da adesão
A interface entre os dois componentes de uma soldagem a explosão é normalmente como uma onda em uma microescala, o tamanho da onda depende das condições de colisão encontradas na soldagem. Umas onda típica de explosão é mostrada na figura 3.
Figura 3 – Corte transversal de uma junta de soldagem por explosão Muitas soldas com uma interface em onda contém pequenas bolsas de material do jato localizadas normalmente a frente e atras dos picos das ondas (no declive). Estes materiais são compostos da combinação dos dois metais parentes, e uma parcial ou completa fusão dos materiais geralmente ocorre. As bolsas podem ser dúcteis quando a combinação dos metais formam soluções sólidas, mas podem ser frágeis ou podem conter descontinuidades em suas combinações, formando compostos intermetálicos. Bolsas de outros materiais podem não ser
prejudiciais, caso sejam bem pequenas. Uma boa prática de soldagem produzem pequenas bolsas. Grandes bolsas, por outro lado, ocorrem devido a excessivas condições de colisão (velocidade do material primário, velocidade de colisão e angulo de colisão), ou podem produzir falhas contínuas de soldagem. Grandes bolsas e falhas de soldagem contínuas podem conter um substancial número de vazios por enrugamento e outras descontinuidades que reduzem a resistência e ductilidade. Elas são normalmente prejudiciais para sua integridade e utilização da solda. Por estas razões práticas de soldagem que produzam tamanhos excessivos de onda ou falhas contínuas de soldagem devem ser evitadas. Em certas ocasiões, uma interface plana da solda é formada quando a velocidade de colisão está abaixo do valor crítico para a particular combinação dos metais utilizados na solda. Soldas deste tipo normalmente possuem propriedades mecânicas satisfatórias, mas a regra é não utilizar esta prática. Pequenas variações nas condições de colisão podem produzir falta de adesão.
3. Propriedades dos materiais explosivos Os explosivos utilizados para soldagem a explosão São normalmente granulares, e sua composição é normalmente baseada em Nitrato de Amônia como componente principal. Isto permite que sua detonação ocorra em uma faixa de velocidade entre 2000 a 3000 m/s necessária para alcançar no ponto de colisão, as condições necessárias para uma ótima soldagem. Em geral, a velocidade de detonação do explosivo depende da sua composição, espessura e embalagem ou densidade obtida.
4. Afastamentos para arranjos paralelos e angulares. Dois tipos de afastamentos podem ser utilizados na soldagem a explosão: paralelo ou angular. O uso de um angulo pré-determinado está normalmente restrito a pequenas áreas ou soldas curtas tais como solda de tubo a espelho (trocadores de calor e caldeiras), soldas em dobra (angulo) entre chapas ou componentes tubulares, ou outras pequenas áreas de soldas especiais. O afastamento paralelo, ou constante, é utilizado para grandes áreas de soldagem, e constituem a maior aplicação da soldagem por explosão. Para outra operações tal como revestimento de chapas planas (cladding), a geometria do afastamento e quantidade de explosivo deve ser previsto no projeto dos componentes para a soldagem. A distancia de afastamento empregada na preparação da soldagem por explosão, vai Ter muita influencia no tamanho da onda na interface. Aumentos na distancia de afastamento aumenta o angulo de colisão entre os componentes primário e base (veja figura 2) acima do limite do angulo de dobramento dinâmico no qual o explosivo utilizado é capaz de acelerar o componente de revestimento. O tamanho da onda da interface aumenta com o acréscimo do angulo de colisão. Em termos gerais, a distancia de afastamento em uma soldagem paralela é normalmente entre a metade e umas vez a espessura do componente de revestimento que será acelerado pelo explosivo. No arranjo angular, o angulo está tipicamente entre um e oito graus.
5. Qualidade da adesão A qualidade de umas soldagem a explosão depende apenas da natureza da interface, e dos efeitos que o processo causou nas propriedades dos componentes metálicos. As propriedades dos metais incluem Resistência, maleabilidade e ductilidade. Os efeitos da soldagem nestas propriedades podem ser determinadas por comparação dos resultados de tração, impacto,
dobramento e ensaios de fadiga na solda e materiais base. Procedimentos de teste das normas ASTM podem ser utilizados. A qualidade da adesão pode ser determinada por ensaios destrutivos e não-destrutivos. Caso o tamanho das amostra de teste sejam limitadas pela espessura dos componentes e a solda é plana e na essência não há espessura, teste especiais destrutivos são utilizados para avaliação da Adesão. Os ensaios devem refletir as condições que a solda vai sofrer em serviço.
6. Inspeção Não-destrutiva Devido a natureza da soldagem a explosão, a inspeção não-destrutiva está restrita quase na totalidade a inspeção ultra-sônica. Inspeção radiográfica somente é aplicada a soldas entre metais com uma significante diferença entre suas densidades e uma interface com um padrão de ondas grandes. 6.1. Inspeção ultra-sônica
A inspeção ultra-sônica é o método não-destrutivo mais utilizado para o exame de soldas por explosão. Não podemos determinar a resistência da solda, mas verificamos falta de integridade. Técnicas de pulso-eco são normalmente usadas para aços de revestimento em vasos de pressão.1 A faixa de frequência ultra-sônica normalmente adequada é de 2,5 a 10 MHz. Ajustes devem ser efetuados para diferenças nas impedâncias acústicas entre os vários metais. O equipamento de ultra-som deve ser calibrado em amostras padrões contendo áreas aderidas e áreas conhecidamente não aderidas, que forneçam um sinal de amplitude de tela de 50 a 75 por cento da altura total de tela para a área aderida. Áreas não aderidas refletem o sinal antes de se completar o circuito. Isto é mostrado pela distancia do sinal a uma posição apropriada na tela. Registros de "C-Scan" posem ser feitos para se obter registros permanentes dos resultados do exame. Para grandes chapas caldeadas, quando uma varredura de 100% da área de superfície não é necessária, o exame pode ser efetuado em uma grade retangular desenhada na chapa. Áreas não aderidas que forem detectadas devem ser investigadas para se determinar se elas são pequenas a ponto de serem aceitáveis, ou grandes ou numerosas que se tornam inaceitáveis. O tamanho e número de áreas não aderidas que podem ser permitidas em uma chapa caldeada, dependem do serviço previsto para a chapa. Chapas para trocadores de calor, algumas vezes exigem acima de 98% de adesão, e limites são estabelecidos para o tamanho e número de áreas não aderidas permitidas. 6.2. Inspeção radiográfica
Radiografia pode ser utilizada para inspeção de soldas a explosão em metais que possuam uma diferença significante nas suas densidades e tamanho de onda suficientemente grande para ser contrastante em radiografia. A radiografia é executada perpendicularmente a superfície do lado com o metal de maior densidade. O filme deve estar em intimo contato com a superfície do lado de menor densidade. A radiografia pode delinear a onda da interface como linhas claras e escuras uniformemente espaçadas. O número de ondas por unidade de comprimento são então contadas e a qualidade da solda correlacionada através de um ensaio destrutivo ao tamanho da onda. Alem disso, nas áreas em que não se delineia padrões de onda, podem indicar uma interface de solda plana ou sem solda em toda a área. 1
Ver ANSI/ASTM A578, Standard Specification for Straight Beam Ultrasonic Inspection of Plain and Clad Steel Plates for Special Applications (última edição)
7. Ensaios destrutivos Os ensaios destrutivos são usados para determinar a resistência da solda e o efeito do processo nas propriedades dos metais base. Técnicas de teste normalizadas podem se usadas, mas ensaios especialmente projetados, às vezes são necessários para determinar a resistência da adesão para várias configurações. 7.1. Chapas caldeadas
Os requisitos para chapas de aço carbono caldeadas com cobre, aço inoxidável ou ligas de níquel são cobertos em normas apropriadas da ANSI/ASTM. 2 Estas normas primeiramente usam simples ensaios de dobramento e cizalhamento para determinar a resistência do composto. 7.2. Ensaio "Chisel"
O ensaio de "Chisel" (formão) é largamente utilizado para determinar a integridade da adesão na soldagem por explosão. O ensaio é executado com a introdução de um formão ou talhadeira através da interface. A capacidade da interface em resistir a separação pela força da talhadeira fornece uma excelente medição qualitativa da força de adesão. Caso a solda não esteja boa, falhas vão ocorrer ao longo da interface a partir do ponto de introdução da talhadeira. Caso a solda esteja boa, enquanto a talhadeira corta, a fragilidade da junção dos dois metais ou fratura, ocorre em um dos dois metais fora da interface da solda. 7.3. Ensaio de tensão de cizalhamento
Este ensaio é projetado para se determinar a tensão de cizalhamento da solda. A configuração do corpo de prova é mostrado na figura 4. É preferível espessuras iguais dos dois componentes. O comprimento da zona de cizalhamento, "d", pode ser definida a menor possível, ou não haverá dobramento em cada componente. A falha pode ocorrer por cizalhamento, paralelo a linha de solda. Caso a falha ocorra em um dos metais base, a resistência ao cizalhamento da solda é obviamente maior do que a do metal base. Em qualquer evento, os resultados são úteis para efeito de comparação somente, utilizando-se um corpo de prova comum.
2
Ver normas ANSI/ASTM, especificações A263, A264, A265 E B432 (últimas edições)
Figura 4 – Ensaio de cisalhamento 7.4. Ensaio de tração
Um especial "RAM" ou ensaio de tração de ruptura de anel, pode ser usado para avaliação da resistência a tração de soldas por explosão. Como é mostrado na figura 5 , o corpo de prova é desenvolvido para submeter a interface da solda a um esforço de tração. A área da seção de corte do corpo de prova é o anel entre o diâmetro interno e o externo. Um corpo de prova típico possui um pequeno comprimento na região a ser tracionada, na intenção de causar a ruptura na interface da solda ou imediatamente adjacente. Caso a ruptura ocorra em um dos metais base, o ensaio mostra que a solda é mais forte do que o metal base.
Figura 5 – Ensaio de ruptura de anel O ensaio é executado posicionando o corpo de provas no bloco de base com o mandril (RAM) no furo. Uma tensão de compressão é então aplicada entre o mandril e a base. A tensão da fratura é então registrada. 7.5. Ensaio metalográfico
Metalografia pode fornecer informações úteis sobre a qualidade das soldas a explosão. A amostra para o exame metalográfico deve ser obtida de modo que a interface possa ser examinada em um plano paralelo a direção de detonação e normal a superfície dos componentes soldados. Uma boa formação, uma boa definição do padrão de onda é geralmente uma boa indicação de uma boa solda. Dependendo da combinação dos materiais a serem avaliados, a amplitude e freqüência da onda pode variar alguma coisa sem uma influencia significante na resistência da solda. Bolsas pequenas e isoladas de fundição resultantes dos vórtices do jato usualmente não prejudicam a qualidade da solda. Grandes bolsas contendo vazios ou microtrincas indicam que o angulo de colisão e a energia estão muito altos e a solda esta ruim.
Condição de colisão excessiva entre os metais como Titânio, ligas de alta resistência de Níquel, e aços martensíticos podem produzir faixas de tensão surgindo da interface das linhas da onda, resultando em cizalhamento localizado. Condições próprias de soldagem devem ser empregadas para minimizar a ocorrência destas faixas e os potenciais efeitos prejudiciais na performance do produto caldeado. Amostras para o exame metalográfico dever ser retiradas em uma área que seja representativa da solda inteira. Efeitos de borda podem resultar em áreas sem uma boa qualidade de solda ao longo das bordas da solda. Amostras destas regiões não são representativas do resto da solda.
8. Procedimentos de soldagem 8.1. Tipos de juntas
Soldas a explosão possuem uma limitação a juntas de superposição ou com superfícies que se ajustam. No caso de revestimento, as superfícies dos dois componentes possuem a mesma geometria, e um dos componentes sobrepõe o outro. Em juntas tubulares de transição e de topo, uma superposição é utilizada normalmente. A superposição e a soldagem nestas juntas devem ser longas o suficiente para se obter uma garantia de não haver falha em serviço por cizalhamento ao longo da interface. 8.2. Preparação da superfície
As superfícies a serem soldadas devem ser limpas e livres de imperfeições grosseiras par se obter soldas homogêneas, resistentes e dúcteis. A rugosidade necessária depende dos metais a serem soldados. Em geral a superfície com acabamento de 0,5 microns ou melhor, é necessário para se obter soldas de alta qualidade. 8.3. Fixação e preservação
Para uma qualidade consistente, as condições de soldagem devem ser uniformes sobre a área total a ser aderida. Isto inclui a distancia de afastamento para componentes paralelos ou angulo9 inicial para componentes inclinados e uma rigidez suficiente para suportar o componente base. Para caldeamento em componentes relativamente finos, espaçadores ou suportes para manter a distancia de afastamento exigida, são normalmente posicionados ao longo das arestas externas da chapa a se caldeada, onde normalmente os efeitos de borda são normalmente removidos. Quando o componente primário ou de revestimento é tão fino, e a deflexão nele provocada pelo seu peso combinado com o peso do explosivo no topo, pode provocar problemas em se manter a distancia de afastamento necessária, suportes adicionais de afastamento podem ser exigidos nas áreas centrais. Tipicamente, materiais de pequeno peso tais como blocos de espuma ou de madeira balsa estrategicamente distribuídos abaixo de áreas centrais da chapa de revestimento. Eles são normalmente consumidos no processo de soldagem e tem um efeito mínimo no resultado da solda. Durante o revestimento de chapas com uma base espessa ou de componentes de base, a base é posicionada diretamente no solo. Caso a base seja relativamente fina ou sujeita a excessiva deformação durante o processo de soldagem a explosão, é necessário que seja suportada uniformemente de modo mais rígido, um suporte maciço para minimizar a deflexão. Para revestimento de tubos ou união de tubulações, um mandril interno ou externo é necessário para preservar o componente base. 8.4. Capacidades e limitações
Um atributo do processo de soldagem a explosão é a capacidade da união de grande variedade de metais similares ou não. As combinações de materiais dissimilares que podem
ser unidos pelos outros processos de soldagem tal como aço carbono com aço inoxidável, se juntam aos que são metalúrgicamente incompatíveis para soldas por fusão, tais como alumínio ou titânio ao aço. O processo pode ser utilizado para juntar componentes de umas grande faixa de tamanhos. Áreas de superfície menores que 6,5 cm 2 a acima de 37 m 2 podem ser soldadas. Desde que o componente base esteja estacionário durante a soldagem, não há limites superiores para sua espessura. A espessura do componente primário pose variar de 0,25 a 31,8 mm ou mais, dependendo do material. Configurações geométricas podem ser soldadas por explosão caso se consiga uma progressão uniforme da frente de explosão. Isto inclui chapas planas tais como estruturas cilíndricas ou cônicas. Soldas podem ser executadas em algumas configurações complexas, mas este trabalho requer um conhecimento completo e um controle preciso do processo.
9. Aplicações 9.1. Metais Soldáveis
Como regra geral, qualquer metal pode ser soldado por explosão caso possua suficiente resistência e ductilidade para suportar a deformação exigida na alta velocidade associada com o processo. Metais que sofrem fratura quando expostos a choques associados com a detonação do explosivo e a colisão dos dois componentes não podem se soldados por explosão. Metais com Alongamento de no mínimo 5 a 6% [em 2 pol.(51 mm) de comprimento de medição] e Resistência ao Impacto (Charpy entalhe em V) de 13,6 J ou melhor podem ser soldados por este processo. Em casos especiais, metais com baixa ductilidade podem ser soldados com um pré-aquecimento do componente, a uma temperatura ligeiramente elevada até a um ponto em que se tenha uma resistência ao impacto adequada; porém, o uso de explosivos em conjunto com componentes em temperaturas elevadas requer cuidados especiais de segurança. Os metais comercialmente importantes e ligas que podem ser soldadas por explosão podem se vistas na figura 6.
Figura 6 – Combinações de metais soldáveis pelo processo. Enquanto a soldagem por explosão não produz mudanças nas propriedades de massa, ela produz várias mudanças notáveis nas propriedades mecânicas e na dureza dos metais,
particularmente nas áreas adjacentes a interface como indicado na figura 5. Em geral o severo fluxo de deformação plástica localizada ao longo da interface durante a soldagem, aumenta a dureza e a resistência do material nesta região. Com isto a ductilidade diminui. Seus efeitos podem ser eliminados por um posterior tratamento térmico (ver figura 7). Porém , o tratamento térmico particular aplicado, deve ser tal que não reduza a ductilidade da solda por umas desfavorável difusão ou formação de compostos intermetálicos frágeis na interface.
Figura 7 - Perfil de dureza na junta soldada entre aço inoxidável e aço carbono após soldagem e após tratamento térmico. 9.2. Revestimento de chapas
O revestimento de chapas planas constitui a maior aplicação comercial da soldagem por explosão. Uma típica chapa revestida é mostrada na figura 8.. É normal se utilizar a chapa revestida nas condições de após soldagem, porque o endurecimento ocorre imediatamente adjacente a interface, e normalmente não provoca um efeito significante nas propriedades de trabalho de deformação posteriores da chapa. A despeito disto, vários serviços posteriores exigem tratamento térmico. Chapas revestidas normalmente se deformam durante a soldagem por explosão e devem ser desempenadas para atender as especificações de empeno (figura 9.) O desempeno é usualmente efetuado por prensas ou rolos de desempeno.
Figura 8 – Chapa revestida.
Figura 9 – Chapas revestidas sendo desempenadas. Cabeças de vasos de pressão e outros componentes podem ser fabricados de chapas caldeadas por explosão por técnicas convencionais a quente ou a frio ( ver figuras 10 e 11) Conformação a quente deve se feita de acordo com as propriedades metalúrgicas dos materiais, e com a possibilidade de umas indesejável difusão que pode ocorrer na interface. Titânio revestindo aço, em qualquer instância, não pode ser conformado a temperaturas superiores a 760 oC para prevenir a formação de intermetálicos indesejáveis que podem provocar falhas por fragilidade na solda. Reduzir a espessura por laminação é um meio conveniente e econômico de se produzir chapas bimetálicas com a parede exigida para o próximo processo.
Figura 10 - Caldeamento de chapas para vaso de pressão
Figura 11 – Soldagem de tubos em espelhos de trocador de calor 9.3. Revestimento de cilindros
EXW pode ser utilizada para revestir cilindros em suas superfícies internas ou externas. Uma aplicação disto é o revestimento interno de aço forjado com aço inoxidável para fabricação de luvas para conexão de vasos de pressão de grandes espessuras. Luvas revestidas com diâmetros internos de 13 a 610 mm, e comprimentos acima de 900mm são fabricados. Exemplo na figura 12.
Figura 12 – Revestimento interno e externo de cilindros
9.4. Juntas de transição
Juntas com soldas de fusão entre dois metais incompatíveis são difíceis ou impossíveis de se fazer. Muitas delas podem exibir baixa resistência de ductilidade. Juntas de transição por EXW é a solução para este problema. Muitas juntas são feitas com pequenas larguras das chapas, que depois são soldadas a cada um dos metais compatíveis por soldagem convencional a fusão. Muito cuidado deve de ser tomado porém, para limitar a temperatura de instalação, e consequentemente com a temperatura de serviço na interface da solda a um nível suportável para a combinação dos materiais na junta. 9.5. Conecções elétricas
Alumínio, cobre e aço são os metais mais comumente utilizados nos sistemas elétricos. Juntas entre eles são frequentemente necessárias para e aproveitar as propriedades especiais de cada um. Estas juntas devem ser perfeitas pois conduzem altas amperagens eficientemente, minimizando perdas de potência e evitando superaquecimento das partes em serviço. Juntas de transição curtas de placas finas de alumínio e cobre ou alumínio e aço são eficientes condutores de eletricidade. Este conceito é rotineiramente utilizado na fabricação de ânodos para a indústria primária de alumínio. A temperatura limite para juntas de transição entre alumínio e aço é de 260 oC ou menos para serviço contínuo. Juntas de cobre/alumínio são limitadas a 150 oC. Em presença de eletrólitos tais como água salgada, o alumínio e aço formam um par galvanico. Em uma conexão mecânica, a corrosão eletrolítica da junta é um grave problema. A junta de transição é metalúrgicamente soldada, e não há corrosão. Juntas estruturais de transição são utilizadas para fixar estruturas de alumínio a passadiços (decks) de navios comerciais ou caldeiras navais. 9.6. União de tubos
Juntas de transição tubulares em várias configurações podem se feitas em chapas grossas revestidas. A interface da solda é perpendicular ao eixo do tubo neste caso. Quase a maioria das juntas de transição tubulares por EXW são de alumínio com aço, Zircônio com aço inoxidável, zircônio com ligas de níquel e cobre com alumínio. As juntas podem ser fabricadas diretamente por EXW em sobreposição ou estilo telescópio similar a operação de revestimento de cilindros. Ela oferece a vantagem de uma longa duração e frequentemente requer pouca ou nenhuma usinagem após a soldagem.
10. Outras Aplicações 10.1. Trocadores de calor
EXW pode ser utilizada para fabricação de juntas de tubos com espelhos de trocadores de calor. O processo e essencialmente uma versão de revestimento de um cilindro de pequeno comprimento com um pequeno explosivo localizado perto da extremidade do tubo e que possui um comprimento aproximado de 13 mm, ou três vezes a espessura da parede do tubo, o que for maior. Alguns pontos devem ser considerados nesta aplicação particular de EXW, incluindo o diâmetro do tubo, a razão entre a parede e o diâmetro de tubo, a distância entre os furos da placa de tubos (espelho) e a espessura da chapa do espelho. Os tubos podem se soldados
individualmente ou em grupos. O número em cada grupo é controlado pela quantidade de explosivo que pode ser detonado com segurança de cada vez. Muitas aplicações envolvem tubos com diâmetros na faixa de 13 a 38,1 mm. Combinação de metais podem ser utilizadas. 10.2. Perda de água e tamponamento de tubos de trocadores de calor
EXW pode ser usada para tamponar vazamentos em tubos de trocadores de calor. Produtores de energia elétrica e industrias petroquímicas, usam o processo porque é rápido, fácil e confiável. Apesar do processo parecer simples, somente pessoal qualificado, técnicos treinados podem executá-lo. Dois exemplos de tampões (plugs) estão na figura 13. Todos os tampões são pré-fabricados, e prontos para instalação. Os materiais podem ser do mesmo do tubo, ou ligas comuns de Níquel. Após a inserção do tampão no tubo e detonação, a solda ocorre automaticamente. Preparações em campo são necessárias, e requerem uma cuidadosa atenção. É de se esperar que os tubos a serem tamponados contenham corrosão ou fluidos do processo dentro dos tubos.
Figura 13 – Exemplos de tamponamento utilizando EXW A preparação requer as seguintes etapas: • •
Remover todo o líquido de dentro dos tubos. A melhor maneira é com ar comprimido. Caso o fluido reapareça, um tampão de borracha deve ser colocado dentro do tubo de 150 200 mm de profundidade para prevenir a presença de liquido na área de soldagem
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A superfície interna do tubo deve ser limpa até a uma superfície brilhante. Use rebolo de carbonetos ou outro abrasivo para limpar a superfície, caso uma escova de aço não remova os óxidos ou produtos de corrosão. O tubo deve ser limpo até a umas profundidade de 90 a 100 mm. Inspecione os tubos para verificação de ranhuras ou riscos. Estes devem ser removidos ou reduzidos em alguns décimos de mm em profundidade. Assegure que a superfície esteja limpa e seca quando o explosivo for inserido.
Após a soldagem os tubos devem passar por umas inspeção visual, e os tampões testados através de pressão pneumática, pressão hidrostática ou sensor de gás hélio. 10.3. Soldagem de "Pipeline"
Por volta e 1980, o procedimento da junção de tubulações de grande diâmetro para transporte de gás e óleo por EXW no campo, começou a ser comercializado. A primeira aplicação comercial foi executada para unir uma linha de 6 km de tubos com 1067 mm de diâmetro em 1984. O arranjo envolve o uso de cargas de explosivos balanceadas internamente e externamente ver figura 14, para se obter a solda necessita-se de uma pequena sobreposição ou tipo telescópio.
Figura 14 – Soldagem de tubos
11. Segurança Essa soldagem só deve ser executado por pessoas capacitadas e treinadas, em virtude da natureza do processo. Principalmente porque todo o explosivo é controlado pelo governo, e seu armazenamento inspira cuidados (normas para estoque e armazenamento e detonação).
