TCC MECANICA

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Centro Paula Souza

COMPETÊNCIA EM EDUCAÇÃO PÚBLICA PROFISSIONAL Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO

ETEC PHILADELPO GOUVÊA NETTO

ESTUDO DE CASO DA IMPLANTAÇÃO DO CONTROLE DE QUALIDADE NA FABRICAÇÃO E SOLDAGEM DE ESTRUTURAS METÁLICAS EM AÇO CARBONO

SÃO JOSÉ DO RIO PRETO

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2° SEMESTRE DE 2010

Centro Paula Souza

COMPETÊNCIA EM EDUCAÇÃO PÚBLICA PROFISSIONAL Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO

ETEC PHILADELPO GOUVÊA NETTO

HENRIQUE ALEXANDRE INACIO DA SILVA JEFERSON RIOS MOTA JOSÉ LUIS GONÇALVES JOSÉ LUIZ DA SILVA

ESTUDO DE CASO DA IMPLANTAÇÃO DO CONTROLE DE QUALIDADE NA FABRICAÇÃO E SOLDAGEM DE ESTRUTURAS METÁLICAS EM AÇO CARBONO

Trabalho de conclusão de curso apresentado à Escola Técnica Philadelpo Gouvêa Netto, como parte dos requisitos de conclusão do curso de Técnico em Mecânica sob orientação do professor Rubens Barreto Alvarenga.


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2° SEMESTRE DE 2010 HENRIQUE ALEXANDRE INACIO DA SILVA JEFERSON RIOS MOTA JOSÉ LUIS GONÇALVES JOSÉ LUIZ DA SILVA

Estudo de Caso da Implantação do Controle de Qualidade da Fabricação e Soldagem de Estruturas Metálicas em Aço Carbono.

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Escola Técnica Philadelpo Gouvêa Netto como requisito da graduação de Técnico em Mecânica. Aprovado em ___/___/___

Rubens Barreto Alvarenga Professor Orientador Técnico

Giuseppe Ricardo Passarini Professor Orientador do TCC

Wellington Coelho Professor Orientador do TCC


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2° SEMESTRE DE 2010 DEDICATÓRIA

Dedicamos este trabalho aos nossos familiares e a todos que colaboraram de maneira efetiva para a execução deste projeto.

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AGRADECIMENTO

Agradecemos a DEUS em primeiro lugar por tudo que aconteceu em nossas vidas, pela formação, criação do projeto e aos orientadores técnicos: Giuseppe Ricardo Passarini e Wellington Coelho na construtividade e desenvolvimento do projeto. Ao professor orientador do TCC Professor Rubens Barreto Alvarenga pela orientação e ajuda na elaboração deste trabalho.

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RESUMO O trabalho em questão trata do controle de qualidade na fabricação e soldagem de estruturas metálicas de aço carbono via processo de soldagem MIG/MAG. É explicado de forma simples o processo de soldagem MIG/MAG e seus principais defeitos/descontinuidades, bem como, de forma detalhada suas as causas e soluções. Uma tabela é apresentada das porcentagens de defeitos/descontinuidades encontradas antes e depois da implementação do controle de qualidade. Ao final concluímos a importância desta ferramenta de gestão para a elaboração do plano de ação para diminuir ou eliminar estes defeitos.

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SUMÁRIO Resumo.........................................................................................................................

06

Introdução.....................................................................................................................

07

Justificativa...................................................................................................................

07

Objetivo........................................................................................................................

08

Histórico.......................................................................................................................

08

Fundamentação teórica.................................................................................................

09

Desenvolvimento..........................................................................................................

25

Aço carbono.................................................................................................................

25

Aços Liga.....................................................................................................................

26

Processo de soldagem MIG/MAG...............................................................................

27

Controle de qualidade na fabricação de estruturas metálicas....................................... 32 Defeitos mais comuns encontrados na fabricação de estruturas metálicas de aço carbono através da soldagem MIG/MAG....................................................................

34

Conclusão.....................................................................................................................

45

Bibliografias.................................................................................................................

45

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INTRODUÇÃO JUSTIFICATIVA Como primeira justificativa tem-se a exigência de apresentação de um trabalho de conclusão de curso (TCC) para a obtenção do título de Técnico em Mecânica pela Escola Técnica Estadual Philadelpho G. Netto de São José do Rio Preto – SP. Em seguida existe a necessidade de integração das diversas disciplinas e conceitos aprendidos durante o referido curso, dentre elas: Tecnologia de Projetos, Tecnologia de Automação, Tecnologia de Fabricação, Tecnologia de Elementos de Máquinas, Tecnologia Mecânica, Eletroeletrônica, Representação Digital de Componentes de Mecânica, Representação Gráfica e Componentes de Mecânica, Aplicativos Informatizados em Mecânica, Linguagem, Trabalho e Tecnologia, Tecnologia Industrial, Tecnologia de CNC, Ética, Cidadania e Gestão Ambiental. O projeto justifica-se também pela busca de aumento de produtividade, garantia da qualidade e da competitividade pelas diversas organizações presentes no parque industrial de São José do Rio Preto – SP. Na busca por manter ou mesmo superar sua posição no mercado consumidor, as empresas devem estar cientes da necessidade de implantação de sistemas padronizados e contínuos para sua gestão, buscando a garantia da qualidade de seus produtos e da produtividade de seus processos produtivos. O Controle de qualidade na fabricação e soldagem de estruturas metálicas de aço carbono vem como uma ferramenta para atingir estas metas.

O projeto justifica-se principalmente pela busca contínua na melhoria educacional, conceito que todo ser humano deve ter, a fim de propiciar a alavancagem da vida social, econômica, cultural e política. Neste sentido, o projeto em tela, é o corolário de uma jornada de 14 anos estudando, desde a 1° série do Ensino Fundamental passando pelo Ensino Médio e finalizando com o Ensino Técnico, uma luta com a participação efetiva da família e amigos.

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OBJETIVO

O TCC no curso Técnico em Mecânica tem como propósito colocarmos em prática todo o aprendizado adquirido durante o curso na área mecânico-industrial. O objetivo deste projeto é demonstrar que o controle de qualidade na fabricação e soldagem de estruturas metálicas em aço carbono é uma ferramenta fundamental de Gestão de Processos para planejar, controlar, acompanhar e avaliar a produção de equipamento a fim de entregar para o cliente final um equipamento que respeite todas as normas e requisitos de qualidade nacionais e internacionais. Isto posto, analisaremos o controle de qualidade na fabricação e soldagem de estruturas metálicas em aço carbono através do processo de soldagem MIG/MAG utilizando a ferramenta de controle de qualidade de Ensaio Visual e Dimensional de Solda com ênfase na qualidade versus quantidade de solda aprovadas e reprovadas.

HISTÓRICO O trabalho direcionou-se para a fabricação e soldagem de estruturas metálicas em aço carbono via processo de soldagem MIG/MAG, uma vez que os alunos, em sua maioria, têm experiência na área metalúrgica de fabricação e construção de estruturas metálicas e tem como maior preocupação o controle de qualidade e o atendimento às normas e requisitos de fabricação. Existe a necessidade de entregar para o cliente final um produto/equipamento que tenha qualidade e que esteja em conformidade com as Normas e Requisitos de fabricação reconhecidos nacionalmente e internacionalmente a fim de garantir a segurança e confiabilidade do produto. Tanto as normas nacionais, por exemplo, PETROBRAS e ABNT, como as internacionais, AWS, ASME e DIN, exigem para cada produto, no caso de Estrutura Metálica, uma série de características e requisitos de soldagem para sua aprovação.

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Uma vez que as normas consideram a soldagem como um processo especial e que devem ser levados em consideração todos os parâmetros e suas características, há a necessidade de um controle rígido e sistemático destes parâmetros.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A soldagem é considerada, para o Controle de Qualidade em Soldagem na fabricação de estruturas metálicas de aço carbono, como uma fase especial, envolvendo profissionais qualificados, ou seja, suas soldas foram submetidas a testes, de acordo com a norma de cada equipamento, a fim de comprovar o atendimento a requisitos pré-estabelecidos. Para um Controle de Qualidade com eficiência e eficácia todas as fases do processo de produção são inspecionadas/controladas, via o CQ (Controle de Qualidade), desde: Recebimento do Metal Base, Montagem, Soldagem, Acabamento, Embalagem e Transporte. Neste sentido, é fundamental para alcançar a eficiência e eficácia na qualidade do equipamento soldado um Controle de Qualidade desde o recebimento da matéria prima (Metal de Base) ao transporte do equipamento. A soldagem é um processo já em desenvolvimento desde a antiguidade. Segundo Fernando Laureti Thomaz da Silva (Coleção Tecnologia SENAI, 1997, pág. 13) estudos levam a crer que a origem dos metais tenha coincidido com a do fogo, tido como descoberto por volta do ano 8000 a.C. Nestes termos a soldagem é entendida, segundo Fernando Laureti Thomaz da Silva (Coleção Tecnologia SENAI, 1997, pág. 13) como a técnica de unir duas ou mais partes, assegurando entre elas a continuidade e as características mecânicas e químicas do material. A série de Normas NBR ISO 9000 para Sistemas de Qualidade considera a soldagem como processo especial que, dependendo da complexidade da construção soldada, requer métodos de controle que podem abranger as atividades de projeto, de seleção de materiais, de fabricação e de inspeção a fim de garantir que a qualidade especificada seja alcançada.

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No que concerne a atividade de inspeção de soldagem é importante que esta atividade seja desenvolvida por profissional devidamente qualificada e certificado, cuja sistemática encontra-se na Norma Brasileira ABNT NBR-14.842. É ela que estabelece critérios e a sistemática para a qualificação e certificação de inspetores de soldagem, e descreve as atribuições e responsabilidades para os níveis de qualificação estabelecidos. Vários são os fatores que deves ser levados em consideração para atender as normas e requisitos de fabricação de Estruturas Metálicas em Aço Carbono através do processo de soldagem MIG/MAG. Tais fatores contribuem de maneira significativa para a qualidade do produto, como: normas do projeto, metalurgia dos aços carbonos, soldabilidade, velocidade de aquecimento, velocidade de resfriamento, diluição, contração, dilatação, repartição térmica, profissionais, local de soldagem, posição, inspeção, segurança, qualificação dos profissionais, instrumentos de medição, controle de deformações, ensaios não destrutivos, consumíveis, simbologia de soldagem e fatores externos. É neste amaranhado de fatores que contribuem de maneira significativa na qualidade da soldagem que se encontra o Controle de Qualidade. É ele quem, através das Normas e Requisitos do produto, irá controlar a eficiência e eficácia no que tange ao atendimento das normas, ou seja, assegurar que o produto não tenha descontinuidades e defeitos não permitidos pela norma. Segundo a Apostila de Inspetor de Soldagem do Instituto Santista de Qualidade Industrial (pág. 36), descontinuidade é a interrupção das estruturas típicas de uma peça, no que se refere à homogeneidade de características físicas, mecânicas e metalúrgicas. Não é necessariamente um defeito. A descontinuidade sé deve ser considerada defeito, quando, por sua natureza, dimensões ou efeito acumulado, tornar a peça inaceitável, por não satisfazer os requisitos mínimos da norma técnica aplicável. As descontinuidades que podem ser encontradas no processo de soldagem MIG/MAG e são definidas na Norma PETROBRAS N- 1738 e estão elencadas na Apostila de Inspetor de Soldagem do Instituto Santista de Qualidade Industrial: 1.

Abertura de arco - Imperfeição local na superfície do metal de base resultante da

abertura do arco elétrico.

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2.

Ângulo excessivo de reforço – Ângulo excessivo entre o plano da superfície do metal

de base e o plano tangente ao reforço de solda traçado a partir da margem da solda.

Ilustração 1 - Exemplos de descontinuidade em soldagem. (Fonte: Fundação Brasileira de Tecnologia da Soldagem, 1996)

3.

Cavidade alongada – Vazio não arredondado com a maior dimensão paralela ao eixo

da solda, podendo estar localizado: (a) na solda – situada ao longo do centro do cordão (Figura A) (b) na raiz da solda (Figura B)


4.

Concavidade – Reentrância na raiz da solda, podendo ser: (a) central – situada ao longo do centro do cordão (Figura A) (b) lateral - situada nas laterais do cordão (Figura B)


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5.

Concavidade excessiva – Solda em ângulo com a face excessivamente côncava.


6.

Convexidade excessiva - Solda em ângulo com a face excessivamente convexa.


7.

Deformação angular – Distorção angular da junta soldada em relação a configuração

de projeto exceto para junta soldada de topo.


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8.

Deposição insuficiente – insuficiência de metal na face da solda.


9.

Desalinhamento – Junta soldada de topo, cujas superfícies das peças, embora

paralelas, apresentam-se desalinhadas, excedendo à configuração de projeto.


10.

Embicamento – Deformação angular da junta soldada de topo.


11.

Falta de Fusão – Fusão incompleta entre a zona fundida e o metal de base, ou entre

passes da zona fundida, podendo estar localizada: (a) na zona de ligação (Figura A) (b) entre os passes (Figura B) (c) na raiz da solda (Figura C e D)

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12.

Falta de Penetração – Insuficiência de metal na raiz da solda.


13.

Inclusão de escória – Material sólido não metálico retido no metal de solda ou entre o

metal de solda e o metal de base podendo ser: (a) alinhada (Figura A e B) (b) isolada (Figura C) (c) agrupada (Figura D)


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14.

Inclusão metálica – Metal estranho retido na zona fundida

15.

Micro-trinca – Trinca com dimensões microscópicas

16.

Mordedura – Depressão sob a forma de entalhe, no metal de base acompanhando a

margem da solda.


17.

Mordedura na raiz – Mordedura localizada ma margem da raiz da solda.


21

18.

Penetração excessiva – Metal da zona fundida em excesso na raiz da solda.


19.

Perfuração – Furo na solda ou penetração excessiva localizada resultante de perfuração

do banho de fusão durante a soldagem.


20.

Poro – Vazio arredondado, isolado e interno à solda.

21.

Poro superficial – Poro que emerge á superfície da solda.

22.

Porosidade – Conjunto de poros distribuídos de maneira uniforme, entretanto não

alinhado.


22

23.

Porosidade Agrupada – Conjunto de poros agrupados.


24.

Porosidade alinhada – Conjunto de poros dispostos em linha, segundo uma direção

paralela ao eixo longitudinal da solda.


25.

Porosidade vermiforme – Conjunto de poros alongados ou em forma de espinha de

peixe situados na zona fundida.


26.

Rachadura – ver termo preferencial: trinca.

23

27.

Rechupe de cratera – Falta de metal resultante da contração da zona fundida,

localizada na cratera do cordão de solda (Figura A 21).


28.

Rechupe interdendrítico – Vazio alongado situado entre dendritas da zona fundida.

29.

Reforço Excessivo – Excesso de metal da zona fundida, localizado na face da solda.


30.

Respingos – Glóbulos de metal de adição transferidos durante a soldagem e aderidos à

superfície do metal de base ou à zona fundida já solidificada. 31.

Sobreposição – Excesso de metal da zona fundida sobreposta ao metal de base na

margem da solda, sem estar fundido ao metal de base.


24

32.

Solda em ângulo assimétrico – Solda em ângulo, cujas pernas são significativamente

desiguais em desacordo com a configuração de projeto.


33.

Trinca – Tipo de descontinuidade planar caracterizada por uma ponta aguda e uma alta

razão comprimento e largura. 34.

Trinca de Cratera – Trinca localizada na cratera do cordão de solda, podendo ser:

(a) longitudinal (Figura A) (b) transversal (Figura B) (c) em estrela (Figura C)


35.

Trinca em estrela – Trinca irradiante de tamanho inferior à largura de um passe da

solda considerada.

25

36.

Trinca interlamelar – Trinca em forma de degraus, situados em planos paralelos à

direção de laminação, localizada no metal de base próxima a zona fundida.


37.

Trinca irradiante – Conjunto de trincas que partem de um mesmo ponto, podendo estar

localizada: (a) na zona fundida (Figura A) (b) na zona afetada termicamente (Figura B) (c) no metal de base (Figura C)


38.

Trinca longitudinal – Trinca com direção aproximadamente paralela ao eixo

longitudinal do cordão de solda, podendo esta localizada: (a) na zona fundida (Figura A) (b) na zona de ligação (Figura B) (c) na zona afetada termicamente (Figura C)

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(d) no metal de base (Figura D)


39.

Trinca na margem – Trinca que se inicia na margem da solda, localizada geralmente

na zona afetada termicamente.


40.

Trinca na raiz – Trinca que se inicia na raiz da solda, podendo estar localizada:

(a) na zona fundida (Figura A) (b) na zona afetada termicamente (Figura B)

27


41.

Trinca ramificada – Conjunto de trincas que partem de uma trinca, podendo estar

localizada: (a) na zona fundida (Figura A) (b) na zona afetada termicamente (Figura B) (c) no metal de base (Figura C)


42.

Trinca sob cordão – Trinca localizada na zona afetada termicamente não se estendendo

à superfície da peça (Figura A) .

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43.

Trinca transversal – Trinca com direção aproximadamente perpendicular ao eixo

longitudinal do cordão de solda, podendo estar localizada: (a) na zona fundida (Figura A) (b) na zona afetada termicamente (Figura B) (c) no metal de base (Figura C)


Várias são as ferramentas lançadas pelo Controle de Qualidade no que tange a Fabricação de Estruturas Metálicas em Aço Carbono, via processo de soldagem MIG/MAG com o objetivo de atender as normas e os requisitos do produto, dentre elas podemos citar: Ensaio Visual e Dimensional de Soldas, Ensaio Macrográfico, Ensaio de Dureza, Ensaio de Dobramento,

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Ensaio de Tração, Ensaio de Fratura, Ensaio de Impacto, Ensaio de Líquido Penetrante, Ensaio de Partículas Magnéticas, Ensaio de Ultrassom e por fim Ensaio de Radiografia. Para o Ensaio Visual e Dimensional de Soldas em juntas soldadas é usado a Norma PR059/2004, que tem como critérios de aceitação: 1.

Junta de topo, considerar inaceitável: Trinca, Falta de fusão, Falta de Penetração,

Concavidade com profundidade maior que 2mm, Deposição Insuficiente, Poro Isolado, Porosidade Agrupada, Mordedura na face ou raiz com profundidade maior que 1mm, Sobreposição, Abertura de Arco, Respingo, Desalinha mento superior a 2mm, Embicamento ou pré-deformação superior a 5°, Perfuração, Altura do reforço da face e da penetração da raiz acima do especificado na tabela a seguir:

Tabela de especificação da altura do reforço da face e da penetração da raiz Espessura nominal do metal de base Altura máxima

2.

e ≤ 6,4mm

1,6mm

6,4mm < e ≤ 12,7mm

2,4mm

12,7mm < e ≤ 25,4mm

4,0mm

e > 25,4mm

4,8mm

Juntas de ângulo considerar inaceitável: Diferença entre pernas maior que 3,2mm,

Dimensões de pernas abaixo do valor mínimo indicado na tabela abaixo:

Tabela de especificação de diferença de pernas Espessura nominal da alma

Valor mínimo da perna

e ≤ 9,5mm

9,5mm

9,5mm < e ≤ 12,7mm

12,5mm

12,7mm < e < 15,9mm

16,0mm

e > 15,9mm

22,0mm

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DESENVOLVIMENTO

1.

Aço Carbono

A soldagem é normalmente realizada com a aplicação localizada de calor e/ou deformação plástica na junta a ser soldada. Como resultado, temos alterações significativas nas propriedades do metal base. Essas alterações dependem das reações ocorridas durante o aquecimento/resfriamento da poça de fusão. Isto posto, é de grande importância para os profissionais que atuarão na construção e fabricação do projeto o conhecimento dos materiais de base utilizados para a construção/fabricação. O aço é uma liga ferro-carbono que contém geralmente entre 0,008% até 2,11% de carbono, além de outros elementos que resultam dos processos de fabricação. É obtido a partir do ferro gusa líquido que é produzido nos altos fornos das usinas siderúrgicas no setor da aciaria. Na aciaria temos o processo de descarbonetação, ou seja, remoção de parte do carbono existente no gusa. Outros elementos são reduzidos a quantidades mínimas: Enxofre (S), fósforo (P), Silício (Si) e o Manganês (Mn). Tais elementos têm influência direta nas propriedades mecânicas do aço e devem ser controlados:  Manganês – Em aços com pouco carbono torna o aço mais dúctil e maleável. Em aços

com muito carbono endurece e aumenta a resistência aos choques;  Silício – Contribui para o aumento da dureza e tenacidade. Evita porosidade.  Fósforo – Em teores elevados torna o aço frágil e quebradiço.  Enxofre – Torna o aço granuloso e áspero. Enfraquece a resistência.

Segundo a Apostila de Tecnologia Aplicada I – Caminhão Betoneira – SENAI, pág. 85, os aços carbonos são especificados dependendo do teor de carbono em três classes:  Aços com baixos teores de carbono: entre 0,008% a 0,3%;  Aços com médios teores de carbono: entre 0,3% a 0,7%;  Aços com altos teores de carbono: entre 0,7% a 2,11%.

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A lógica aplicada ao aço carbono é a de que a quantidade de carbono influencia diretamente nas propriedades mecânicas dos aços quanto a dureza, tenacidade, resistência a tração, maleabilidade, ou seja, quanto mais carbono o aço contiver, mais duro ele será. A lógica vale também para o contrário, ou seja, quanto menos carbono ele contiver, menos duro ele será.

2. Aços Liga Conforme o teor de elementos de liga, ou seja, elementos adicionados de maneira intencional para conferir aos aços propriedades especiais, os aços podem ser subdivididos em:  Aço de Baixa Liga ( soma dos teores de liga inferior a 5%);  Aços de Média Liga (elementos de liga entre 5 e 10%); e  Aço de Alta Liga (com mais de 10% de elementos de liga).

Os principais elementos de liga adicionados ao aço carbono são:  Alumínio - Al;  Manganês - Mn;  Níquel - Ni;  Cromo – Cr;  Molibdênio - Mo;  Vanádio – V;  Silício – Si;  Cobre – Cu;  Cobalto – Co; e  Tungstênio – W.

A adição de elementos de liga tem por objetivo obter ligas, ou metais de base, com diferentes finalidades e propriedades mecânicas, tais como:  Alterar as propriedades mecânicas;  Aumentar a usinabilidade;  Aumentar a temperabilidade;  Conferir dureza a quente;  Aumentar a capacidade de corte;  Conferir resistência ao desgaste;

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 Conferir resistência á corrosão;  Conferir resistência à oxidação – calor;  Modificar as características elétricas e magnéticas.

Elementos de liga Níquel

Manganês

Estabiliza os carbonetos. Ajuda a criar microestrutura dura por meio de têmpera. Diminui a velocidade de resfriamento. Forma carbonetos. Acelera o crescimento de grãos.

Cromo

Molibdênio Silício

Título de elementos de liga e suas funções Influência na Influência nas Aplicações estrutura propriedades Refina o grão. Aumento da Aço para Diminui a resistência à construção velocidade de tração. mecânica. transformação na Alta ductibilidade. Aço Inoxidável. estrutura do aço Aço resistente a altas temperaturas.

Influencia estabilização carboneto Auxilia desoxidação fluidez.

na do

Aumento da resistência mecânica e temperabilidade da peça. Resistência ao choque.

Aço construção mecânica

para

Aumento da resistência à corrosão e à oxidação e altas temperaturas Aumento de resistência à tração

Aços para construção mecânica. Aços ferramenta. Aços Inoxidáveis. Aço ferramenta. Aço cromo-níquel.

Produtos Peças automóveis. Utensílios domésticos. Caixas tratamento térmico. Peças automóveis peças para geral engenharia mecânica

para

para para e uso em

Produtos para a indústria química: talheres, válvulas e peças para fornos. Ferramentas de corte

na e

Aumento da Aços com alto Peças fundidas. resistência à teor de carbono. oxidação em temperaturas elevadas. Tabela - Fonte: Tabela dos efeitos dos elementos de liga mais comuns Tecnologia Aplicada I – 2005.

3.

Processo de soldagem MIG/MAG

3.1

Fundamentos

Segundo a Norma ASME – Séc. IX a sigla do processo é GMAW – Gás Metal Arc Welding. Marques, Modenesi e Bracarense entendem que a soldagem GMAW onde a união de peças metálicas é estabelecida entre um eletrodo metálico nu, consumível, e a peça de trabalho. Para a proteção da poça de fusão é usado um gás ou uma mistura de gases que podem ser ativos ou inertes. No Brasil o processo é popularmente e comercialmente conhecido como

33

MIG (Metal Inerte Gás) quando o gás para proteção usado é inerte ou MAG (Metal Ativo Gás) quando o gás para proteção usado é ativo. 3.2

Aplicação

O processo GMAW é utilizado em diversas aplicações uma vez que pode ser utilizado em todas as posições, ou seja: plana, horizontal, vertical e sobrecabeça. São indicados para a soldagem de estruturas metálicas, tanques, reconstrução de peças desgastadas – amantegamento, vigas e outras. Podem ser usados para a soldagem de materiais ferrosos e não ferrosos, como alumínio, magnésio, cobre aço carbono e inoxidável. Como não é utilizado fluxo, a possibilidade de inclusão de escória é mínima, mas pode ocorrer em função do silício do arame eletrodo. Tem uma taxa de deposição de aproximadamente de 15 kg/h. 3.3

Parâmetros de Soldagem

Os parâmetros de soldagem influenciam diretamente na qualidade do cordão de solda. São eles: intensidade de corrente (amperagem), tensão (voltagem), velocidade de soldagem, comprimento do arco (stick-out), gases de proteção, diâmetro do arame eletrodo, posição de soldagem, polaridade, modo de transferência. 

Intensidade de Corrente



Tensão e comprimento do arco A tensão depende diretamente do comprimento do arco e do diâmetro do eletrodo, do

gás de proteção e do modo de transferência. Com a constância destas variáveis o aumento da tensão provocará uma largura maior e altura menor do cordão de solda. Melhor molhagem e redução da penetração. Tensões elevadas provocam porosidade, respingos e mordeduras no cordão. 

Velocidade de Soldagem

A velocidade de soldagem está ligada a quantidade de energia liberada na soldagem. Assim, quanto maior é a velocidade de soldagem menor é a quantidade de calor desprendida no cordão de solda. Velocidades excessivas provocam menor penetração e velocidades baixas provocam alterações estruturais. 

Gases de Proteção

Os gases de proteção influem diretamente na soldagem de diversas maneiras: na proteção do cordão de solda da contaminação atmosférica, no tipo de transferência, profundidade e formato do cordão de solda.

34

Os gases mais utilizados no processo de soldagem GMAW são o Argônio, CO2, Hélio e misturas destes. São divididos em dois tipos: Gases Inertes (Argônio, Hélio e suas misturas) e Gases Ativos (CO2, Oxigênio e Nitrogênio). Cada tipo de gás e misturas tem objetivos diferentes e deve ser levadas em consideração pelo projeto. Tabela de comparação das características de soldagem com os gases hélio e argônio puro. Característica Argônio Hélio Condutividade Térmica

Baixa

Elevada

Tensão do Arco

Menor

Maior

Calor gerado no arco

Menor

Maior

Aplicações Penetração central

Chapas finas e Metais de baixa condutividade térmica Maior que nas laterais

Chapas grossas e metais de alta condutividade térmica Menor

Largura do cordão

Mais estreito

Mais largo

Transferência metálica

Todos os tipos

Globular ou curto circuito

Estabilidade do arco

Boa

Instável

Velocidade de soldagem

Menor

Maior

Efeito de limpeza na soldagem

Maior

Menor

Custo/volume de gás

Menor

Maior

Peso em relação ao ar

38%

14% do ar

de alumínio e suas ligas

Tabela - Fonte: Tabela de comparação das características de soldagem com os gases hélio e argônio puro. Emílio, 1992.

Segundo Wainer, Brandi e Mello, as misturas gasosas visam obter

características

intermediárias, já que a adição de hélio ao argônio melhora o contorno do cordão. Com a adição de gases ativos (CO2 e/ou oxigênio) aos gases inertes visam melhorar a estabilidade do arco voltaico, porém neste caso o processo de soldagem e MAG. O processo de soldagem é considerado MAG, utilizado em soldagem de aço carbono e suas ligas, quando na mistura tiver mais que 3% de um gás ativo (CO2, Oxigênio e Nitrogênio). Quando na mistura tiver até 3% de um gás ativo o processo é considerado MIG e é utilizado em soldagem de alumínio e suas ligas. 

Diâmetro do arame eletrodo

O diâmetro do eletrodo está ligado diretamente com a intensidade de corrente, ou seja, quanto menor o diâmetro do eletrodo menor será a intensidade de corrente.

35



Sentido de Soldagem

O sentido de soldagem diz respeito ao ângulo e direção da tocha. Considerando um sentido de soldagem da direita para a esquerda (Empurrando) temos menor penetração e maior largura do cordão de solda. Já um sentido de soldagem esquerda para a direita, com o mesmo grau de inclinação da tocha, conforme abaixo, temos uma maior penetração, menor largura e maior altura do cordão de solda.

Fonte: Apostila SENAI: Processo de Soldagem MIG/MAG, Julho de 2003.



Polaridade

Temos dois tipos de polaridade: direta e inversa. A polaridade direta é o tipo de ligação para soldagem em corrente contínua, onde os elétrons deslocam-se do eletrodo para a peça. A peça é considerada como pólo positivo e o eletrodo como pólo negativo. A polaridade inversa é o tipo de ligação para soldagem com corrente contínua, onde os elétrons deslocam-se da peça para o eletrodo. A peça é considerada como pólo negativo e o eletrodo como pólo positivo.


36



Modos de Transferências

Para a soldagem do processo GMAW é fundamental conhecer os modos de transferência, ou seja, a forma como a gota se desprende do eletrodo para a poça de fusão. São eles:



Transferência por curto circuito

Segundo Quites, este módulo de transferência ocorre quando a tensão e a corrente de soldagem são baixas. Em geral, é usado na soldagem fora de posição ou na soldagem de chapas finas, quando estes baixos valores são necessários. Uma gota de material se forma na ponta do eletrodo e vai aumentando de tamanho até tocar na poça de fusão. O arco se apaga momentaneamente e a gota é rapidamente atraída para a poça de fusão.




Transferência globular

Segundo Quites, este tipo de transferência ocorre para valores mais altos de tensão. Neste caso as gotas de metal se transferem para a poça de fusão antes que ocorra o curto circuito. O diâmetro médio das gotas transferidas varia com a corrente e são geralmente maior que o diâmetro do eletrodo.


37



Transferência por “spray”

A transferência por “spray” ocorre quando temo elevadas amperagens e tensões. A taxa de

deposição é cerca de 10 kg/h e é utilizada somente nas posições plana e horizontal. As gotículas são extremamente pequenas.




Consumíveis

Os consumíveis para a soldagem pelo processo GMAW são especificados pela Norma AWS A5.18 e prescreve os requerimentos para a classificação de eletrodos sólidos ou compostos e varetas na soldagem de aço carbono. São escolhidos de acordo com o metal base a ser soldado.

4.

Controle de qualidade na fabricação de estruturas metálicas – Ensaio Visual e

Dimensional de Solda O ensaio visual e dimensional de solda é um ensaio não destrutivo básico. Qualquer ensaio de soldagem deve vir precedido de uma avaliação visual. É utilizado para controlar, durante e após a fabricação, os vários aspectos que poderão interferir na qualidade da solda desejada. 

Procedimentos para o Ensaio

Segundo a Coleção Tecnologia SENAI de Soldagem, o local para a realização do ensaio deve estar limpo, bem iluminado e deve ser feita em três etapas: 1

Verificação antes da soldagem

É a verificação documental, ou seja, a qualificação dos procedimentos de soldagem, o certificado de qualificação do soldador, a validade das amostras de produção e os certificados de materiais envolvidos quanto materiais base quanto consumíveis.

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Após a verificação documental é feita a inspeção visual e dimensional das áreas a serem soldadas. Nesta fase procura-se detectar descontinuidades que possam causar defeitos no cordão de solda. Uma atenção especial a limpeza é feita nesta etapa. Não deve haver impurezas como graxas, óleos. É feita a verificação dos consumíveis e certificados de qualificação. Por último inspeção dimensional das juntas a serem soldadas e parâmetros de soldagem de acordo com a IEIS – Instrução e Execução de Inspeção de Soldagem. 2.

Verificação durante a soldagem

Após a inspeção das condições antes da soldagem é feita a inspeção durante a soldagem. Esta etapa, assim como as outras, é de fundamental importância, pois é nela que verificaremos se as condições pré-estabelecidas estão sendo cumpridas pelos profissionais envolvidos no processo de soldagem. Nesta etapa verificamos os parâmetros de soldagem como: intensidade de corrente, tensão, polaridade, velocidade de soldagem, vazão do gás de proteção, controle de temperatura interpasse e limpeza. 3.

Verificação após a soldagem

A verificação após a soldagem é feita mediante os critérios de aceitação do projeto/norma do produto. Nesta etapa são verificados as descontinuidades e defeitos existentes no cordão de solda em comparação com o critério de aceitação da norma. Para o Ensaio Visual e Dimensional de Soldas em juntas soldadas é usado a Norma PR-059/2004, que tem como critérios de aceitação: 1.

Junta de topo, considerar inaceitável: Trinca, Falta de fusão, Falta de Penetração,

Concavidade com profundidade maior que 2mm, Deposição Insuficiente, Poro Isolado, Porosidade Agrupada, Mordedura na face ou raiz com profundidade maior que 1mm, Sobreposição, Abertura de Arco, Respingo, Desalinhamento superior a 2mm, Embicamento ou pré-deformação superior a 5°, Perfuração, Altura do reforço da face e da penetração da raiz acima do especificado na tabela a seguir:

39

Tabela de especificação da altura do reforço da face e da penetração da raiz Espessura nominal do metal de base Altura máxima

2.

e ≤ 6,4mm

1,6mm

6,4mm < e ≤ 12,7mm

2,4mm

12,7mm < e ≤ 25,4mm

4,0mm

e > 25,4mm

4,8mm

Juntas de ângulo considerar inaceitável: Diferença entre pernas maior que 3,2mm,

Dimensões de pernas abaixo do valor mínimo indicado na tabela abaixo:

Tabela de especificação de diferença de pernas

5.

Espessura nominal da alma

Valor mínimo da perna

e ≤ 9,5mm

9,5mm

9,5mm < e ≤ 12,7mm

12,5mm

12,7mm < e < 15,9mm

16,0mm

e > 15,9mm

22,0mm

Defeitos mais comuns encontrados na fabricação de estruturas metálicas de aço

carbono através da soldagem MIG/MAG. A definição de descontinuidade/defeito, segundo a Apostila de Inspetor de Soldagem do Instituto Santista de Qualidade Industrial (pág. 36), descontinuidade é a interrupção das estruturas típicas de uma peça, no que se refere à homogeneidade de características físicas, mecânicas e metalúrgicas. Não é necessariamente um defeito. A descontinuidade sé deve ser considerada defeito, quando, por sua natureza, dimensões ou efeito acumulado, tornar a peça inaceitável, por não satisfazer os requisitos mínimos da norma técnica aplicável.

40

1.

Abertura de arco.

Ilustração 34 - Exemplos de descontinuidade em soldagem. Abertura de Arco de uma junta soldada. (www.google.com.br).

2.

Convexidade excessiva.

Ilustração 35 - Exemplos de descontinuidade em soldagem. (www.google.com.br).

41

3.

Deposição insuficiente.


4.

Falta de Fusão.


42

5.

Falta de Penetração.


6.

Mordedura.


43

7.

Penetração excessiva.


8.

Porosidade.


44

9.

Reforço Excessivo.


10.

Respingos.


45

11.

Sobreposição.


12.

Solda em ângulo assimétrico.

Ilustração 45 - Exemplos de descontinuidade em soldagem.

46

13.

Trinca de Cratera


14.

Trinca longitudinal.


47

Tabela de porcentagens de defeitos Correção

Defeito

Origem do defeito

Porosidade

Óleo, oxidação grosseira, carepa.

Limpeza do metal base

Corrente de ar, bocal obstruído ou pequeno.

Proteção do ambiente de solda.

Vazão de gás excessiva.

Adequar a vazão do gás

Falha na remoção da escória vítrea entre os passes de solda.

Limpeza da escória do cordão de solda

Junta de solda muito estreita.

Aumentar a junta.

Corrente de soldagem muito baixa;

Aumentar a corrente.

Extensão do eletrodo muito grande.

Diminuir a extensão do eletrodo

Tensão e/ou corrente de soldagem muito baixa.

Aumentar a corrente.

Falta de penetração

Falta de fusão.

Porcentagens de defeitos anteriores 22%

Porcentagem de Defeitos atuais 4%

12%

3%

13%

3%

18%

8%

Usar CC+. Polaridade errada; Diminuir a velocidade. Velocidade de soldagem muito baixa. Soldagem sobre um cordão convexo.

Mordedura

Eliminar a convexidade do cordão anterior.

Oscilação da tocha muito larga ou muito estreita.

Diminuir a oscilação da tocha.

Velocidade de soldagem muito alta.

Diminuir a velocidade.

48

Trincas.

Respingos excessivos

Convexidade Excessiva

Furo da raiz

Tensão de soldagem muito alta.

Diminuir a tensão.

Corrente de soldagem excessiva.

Diminuir a corrente de soldagem.

Parada insuficiente às margens do cordão de solda.

Para ma margem para preenchimento do cordão.

Composição química incorreta do arame de solda.

Adequar a composição química do arame eletrodo.

Cordão de solda muito pequeno.

Aumentar a largura do cordão.

Má qualidade do material de base sendo soldado

Substituir o metal base.

Uso de CO2 Tensão do arco muito baixa.

Use misturas Ar-CO2 ou Ar-O2 no lugar de CO2. Aumentar a tensão do arco.

Indutância Baixa.

Aumente a indutância.

Tensão do arco ou corrente de soldagem muito baixa.

Aumentar a tensão.

Extensão do eletrodo excessiva.

Diminuir a extensão do eletrodo.

Indutância Baixa.

Aumente a indutância.

Polaridade errada.

Polaridade CC+

Corrente de soldagem muito alta.

Diminuir a corrente de solda.

7%

2%

35%

15%

15%

6%

5%

1%

49 Velocidade de soldagem muito baixa.

Aumentar a velocidade.

Composição química incorreta do arame de solda.

Adequar a composição química do arame eletrodo.

Cordão de solda muito pequeno.

Aumentar a largura do cordão.

Má qualidade do material de base sendo soldado

Substituir o metal base.

Solda em ângulo assimétrico

Ângulo incorreto de soldagem.

Corrigir o ângulo de soldagem.

Mão de obra desqualificada.

Treinamento da mão de obra.

Sobreposição

Corrente de soldagem alta.

Reforço Excessivo Embicamento

Trinca longitudinal

Desalinhamento

Deposição Insuficiente

6%

2%

36%

12%


18%

8%

Velocidade de soldagem baixa.

Aumentar a velocidade de soldagem.

26%

12%

Tensão de soldagem baixa.

Aumentar a tensão de soldagem.

Montagem inadequada.

Adequar a montagem.

16%

2%



Montagem inadequada.

Adequar a montagem.

16%

5%



Velocidade de soldagem alta. Mão de obra desqualificada.

Diminuir a velocidade. Treinamento da mão de obra.

22%

2%

50

CONCLUSÃO

Sendo a soldagem reconhecida, pelo fabricante de estruturas metálicas, como um processo especial, que deve ser levado em consideração desde a compra de produtos de qualidade a certificação e qualificação dos profissionais envolvidos na produção, faz-se necessário um controle da qualidade na fabricação e soldagem de estruturas metálicas em aço carbono a fim de controlar os processos com o objetivo de entregar para o cliente final um equipamento que atenda as normas de projeto e produto. Através do mapeamento das descontinuidades/defeitos nas soldagens foi elaborado um plano de ação com o objetivo de diminuir ou eliminar os defeitos/descontinuidades encontrados processos. O plano de ação da empresa consistia basicamente de alguns pontos: qualificação da mão de obra, conscientização da qualidade do produto, controle e inspeção (inicial e final) das soldagens. Desta forma concluímos que foi possível demonstrar que o controle de qualidade é uma ferramenta de gestão de processos uma vez que fez o mapeamento dos defeitos e descontinuidades existentes e indicou um Plano de Ação com o objetivo de diminuir ou, em alguns casos, eliminar os defeitos e descontinuidades encontradas nos processos de soldagem.

TCC MECANICA

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