definição de soldagem

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DEFINIÇÃO DE SOLDAGEM
Prof. Dr. Almir Quites
15/02/2011
Você pode unir peças, transformando-as em uma única, sem
superfícies de contato, colas ou dispositivos de fixação; em outras
palavras, sem descontinuidades. Basta realizar uma soldagem.
O que é isto?
Antigamente, conceituava-se soldagem como “a junção de
metais por fusão”. Todavia nem sempre foi preciso recorrer à
fusão e não só os metais são soldáveis. Além disso, há condições
nas quais a soldagem pode se realizar mesmo sem aquecimento.
Foi adotado, então, o seguinte conceito, ainda muito usado:
“soldagem é a união de peças por métodos que não se baseiam no
emprego de dispositivos de fixação”. Contudo, este conceito não
distinguia bem a soldagem da colagem.
A definição da Associação Americana de Soldagem (AWS) é a
seguinte: “welding is a materials joining process which produces
coalescence of materials by heating them to suitable
temperatures with or without the application of pressure or by
the application of pressure alone and with or without the use of
filler material". Tradução: "soldagem é o processo de junção de
materiais que produz a coalescência dos materiais mediante o
aquecimento deles a temperatura apropriada com ou sem a
aplicação de pressão ou com aplicação apenas de pressão e com ou
sem o uso de material de enchimento".
Sou professor universitário desde 1965 e, em meus cursos,
sempre me recusei a adotar a definição corrente de soldagem,
estabelecida pela AWS (American Welding Society).
Uma definição como esta, usada internacionalmente, deveria
ser bem formulada, mas não é. Destoa a expressão "com ou sem",
usada duas vezes, a qual não exclui nada nem acrescenta nada.
Portanto é inútil na definição. Depois, percebe-se que a expressão
"mediante o aquecimento deles (dos materiais) à temperatura
apropriada" exclui a soldagem em temperatura ambiente (sem
aquecimento). Finalmente, implico com a palavra coalescência, o
que requer considerações mais detalhadas em mais parágrafos.
“Coalescence”, em inglês, é uma palavra de origem latina,
de coalescere, junção do prefixo co (junto = "together") com o
verbo alescere (crescer = "to grow up"). Foi introduzida na língua
inglesa no início do século XVI, significando o crescimento de duas
partes em uma única por mútua assimilação.
O termo coalescência tem acepções diferentes na
Linguística, na Psicologia, na Botânica, na Genética, na Medicina,
na Astronomia, na Meteorologia, na Ciência da Computação etc.
No entanto, numa definição de soldagem, é imperioso que se
atenha aos significados da Engenharia, que são os significados da
Química e da Física. A soldagem, que se pretende definida pelo
conceito de coalescência, não pode redefinir esta palavra.
Na área da Química, há várias definições. Por exemplo:
coalecência é “the process by which separate masses of miscible
substances seem to "pull" each other together should they make
the slightest contact” [1]. Tradução: “processo pelo qual massas
separadas de substâncias miscíveis parecem se atrair ao mais leve
contato”. Outro exemplo: “coalescência é a junção de gotículas,
levando à formação de glóbulos maiores que, finalmente, pode
levar a fase dispersa a tornar-se uma fase contínua, separada da
dispersão por uma única interface” [2].
Evidentemente, estas definições não condizem com o que
acontece na soldagem e só são aplicáveis a fases miscíveis, ou seja
a líquidos, gases ou partículas (fumos, por exemplo).
Na área da Física, encontram-se definições tais como esta:
“coalescence is the process by which two or more droplets,
bubbles or particles merge during contact to form a single
daughter droplet, bubble or particle” [3]. Tradução: “coalescência
é o processo pelo qual duas ou mais gotas, bolhas ou partículas se
fundem durante o contato para dar forma a uma única filha, seja
gota, bolha ou partícula”.
Outra definição da área da Física é a seguinte: "the fusion of
drops or bubbles upon contact with each other in a mobile
medium (liquid or gas) or on the surface of a body. It is
accompanied by enlargement of drops (bubbles) and is brought
about by the effect of forces of inter-molecular attraction. It is a
spontaneous process accompanied by a decrease in the free energy
of the system. As a result of coalescence, emulsions and foams
may cease to exist as disperse systems and undergo complete
separation into two macrophases, liquid-liquid or liquid-gas” [4].
Tradução: “a união de gotas ou de bolhas ao contato, uma com a
outra, em um meio fluído (líquido ou gás) ou na superfície de um
corpo. É acompanhada da ampliação das gotas (bolhas) e é
causada pelo efeito das forças da atração intermolecular. É um
processo espontâneo, acompanhado de uma diminuição na energia
livre do sistema. Em conseqüência da coalescência, as emulsões e
espumas podem deixar de existir como sistemas de dispersão e se
separarem completamente em duas macrofases, líquido-líquido ou
líquido-gás”. Este conceito assenta-se na Termodinâmica e
enfatiza que a coalescência é um processo espontâneo, portanto
acompanhado de redução da energia livre do sistema. Ora, a
soldagem não é normalmente um processo espontâneo e, mesmo
que fosse (em casos muito especiais), não seria isto que a
caracterizaria. Além disso, a soldagem pode acontecer no estado
sólido, sem fusão.
Em metalurgia usa-se tanto a definição da física como a da
química, principalmente na metalurgia do pó, onde o conceito se
estende a estruturas cristalinas desordenadas [5].
Parece-me muito óbvio que o conceito de coalescência não
se presta para base da definição de soldagem.
Estávamos ainda no ano de 1979 quando editei meu primeiro
livro de soldagem. Chamava-se TECNOLOGIA DA SOLDAGEM A ARCO
VOLTAICO [6]. Um ano antes, aproximadamente, já na redação do
primeiro capítulo, foi preciso tomar uma decisão sobre como
conceituar soldagem. Logo percebi que não poderia me basear na
idéia de coalescência e que deveria descartar conceitos
meramente operacionais. Precisaria ir ao cerne da questão,
visando alcançar uma definição. Então, adotei a seguinte
formulação:
Soldagem é a operação que objetiva a união de
duas ou mais peças assegurando a continuidade das
propriedades químicas e físicas na junta.
A definição de continuidade é bem estabelecida na
metalurgia e tem origem na matemática. Além disso, trata-se de
um conceito que faz parte do cotidiano dos ensaios não
destrutivos. Claro que este conceito não é aplicável ao nível
submicroscópico ou de camadas atômicas. Nestes níveis não existe
continuidade.
Logo, é a capacidade de produzir uma junta sem
descontinuidades que define um processo de união como sendo
uma soldagem. Esta é a definição que adoto em todos os cursos da
SOLDASOFT.
A palavra continuidade tem aqui o mesmo significado usado
na matemática quando se descreve a continuidade de funções.
Assim por exemplo, se a dureza medida transversalmente a uma
junta variar, esta variação deve ser contínua para que a operação
de união possa ser considerada uma soldagem. Outras operações
de união não são capazes de obter essa continuidade - caso da
rebitagem, parafusagem, colagem e brasagem.
Na prática industrial, nem sempre um processo de soldagem
transcorre sem produzir descontinuidades, embora seja capaz
disso. Se isto ocorrer, algumas descontinuidades poderão ser
toleradas, outras não. Se forem inaceitáveis, serão consideradas
defeitos. Então, definem-se critérios de aceitação para decidir se
uma descontinuidade pode ser tolerada ou se a união deve ser
reparada. Os critérios de aceitação dependem do uso posterior da
peça soldada. Em alguns, casos estes critérios devem ser muito
rigorosos, como no caso de soldagens em reatores nucleares.
Como se faz para unir duas peças conforme a definição de
soldagem?
Primeiro é preciso posicionar as peças de modo a definir o
local e a forma da junta a ser feita. Na prática corrente, sempre
existirá uma folga entre as partes a unir, por menor que seja.
Logo, para assegurar a continuidade, são necessárias:
a) interposição de material adicional (material de
enchimento), capaz de preencher o espaço entre os
materiais de base;
b) solubilização do material de base e do material de adição
(diluição do material de base na solda).
Chama-se de material de base o material que constitui as
partes a unir. A fig.1 mostra, como exemplo, o caso em que os
elementos 1 e 2 estão colocados frente a frente (de topo) e
separados por uma folga. No espaço entre eles queremos realizar
uma união por soldagem. As setas indicam que utilizando energia e
material adicional podemos preencher a junta e realizar uma
soldagem. No final do processo, os dois elementos a unir se
transformam em um único, isto é, transformam-se numa peça
soldada.
Fig 1 - Caracterização de um processo de soldagem: 1) antes: materiais
de base; 2) durante: processo de soldagem; 3) depois: peça soldada.
A solubilização requer energia. Por exemplo, no caso da
soldagem a arco voltaico, esta energia provém quase que
exclusivamente do próprio arco voltaico. Entretanto, no caso da
soldagem por resistência elétrica, têm-se dois tipos de energia:
(a) o calor gerado pelo “efeito Joule”, quando da
passagem de corrente elétrica pelas peças, e
(b) a energia mecânica da pressão exercida entre as
duas peças ou chapas.
Quando a energia é aplicada com a intenção de fundir o
material de base, a solubilização se processa na fase líquida. No
entanto, a energia pode ser aplicada com outro objetivo: provocar
uma tensão no material, capaz de produzir a solubilização na fase
sólida (portanto, sem fusão). No primeiro caso, tem-se uma
soldagem por fusão. No segundo, uma soldagem por pressão.
Assim, a soldagem por fusão é obtida pela solubilização, na fase
líquida, das partes a unir e subseqüente solidificação da junção.
Por sua vez, a soldagem por pressão é obtida pela solubilização, na
fase sólida, das partes a unir.
Pode-se ainda classificar a soldagem por fusão, segundo o
processo de obtenção do calor, em soldagem a chama, soldagem
elétrica a arco voltaico, elétrica por indução, etc. Há casos em
que não é nítida a diferença entre soldagem por pressão e por
fusão.
Referências:
[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Coalescence_(disambiguation)
[2] R. Rinaldi; C. Garcia; L. L. Marciniuk; A. V. Rossi; U.Schuchardt.
Synthesis of biodiesel: a contextualized experiment proposal for the general
chemistry laboratory. Quím. Nova vol.30 no.5 São Paulo Sept./Oct. 2007.
[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Coalescence_(physics)
[4] http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Coalescence
[5] J. M. Rojo.; Superfícies cristalinas desordenadas: una frontera
entre la fisica y la quimica? TEMAS ACTUALES EN CIENCIA DOS MATERIALES;
Universidad de Sevilla, 2000. Pag. 121.
[6] Quites, A. M. ; Dutra J. C. ; Tecnologia da Soldagem a Arco
Voltaico(CDD 671.521 2 / CDU 621.791.75).