Características do processo
A brasagem é um processo de soldagem originado da solda forte. Solda forte, também conhecida por “brazing”, é a soldagem em que o metal de adição apresenta temperatura acima de 450°C, mas inferior à temperatura de fusão do metal de base. A solda forte dá origem à brasagem e à soldabrasagem ou solda brasada. Existe outro método de soldagem, conhecido como solda branda ou fraca, em que o metal de adição tem o ponto de fusão abaixo de 450°C.
Segundo definição da AWS-Associação Americana de Soldagem -a brasagem reúne um grupo de processos de união que liga metais pelo aquecimento adequado e pelo uso de um metal de adição com temperatura de fusão mais baixa do que a temperatura “solidus” do metal de base; o metal de adição preenche a junta por capilaridade. Neste tipo de união, o metal de base nunca se funde e é este fato que diferencia a brasagem de outros processos de soldagem por fusão.
capilaridade
A capilaridade ou ação capilar é a capacidade que um metal em estado líquido apresenta de preencher espaços existentes entre os grãos das peças a soldar. No processo de brasagem não é necessário trabalhar o perfil das peças, pois estas não se fundem. O que vai unir as peças é o metal de adição, este sim, fundido, que penetra pelos espaços existentes entre elas.
molhagem
A brasagem de qualidade vale-se da propriedade de molhagem do metal de adição sobre o material a ser brasado. A molhagem é a ação de espalhar o metal líquido sobre uma superfície sólida. Para que ocorra a molhagem entre uma superfície sólida e um líquido, é importante que exista alguma afinidade entre estes dois materiais e que as faces a serem unidas estejam perfeitamente limpas de graxa e óxidos. A limpeza pode ser feita por decapagem química ou mecânica.
metal de base
Em adição aos requisitos mecânicos do metal de base na junta brasada, o efeito do ciclo de brasagem sobre o metal de base e sobre a resistência final deve ser considerado. A resistência do metal de base tem um profundo efeito na resistência da junta brasada; deste modo, deve ser claramente considerada quando for feito o projeto, especialmente no caso de projetos específicos. Alguns metais de base são mais difíceis de brasar do que outros; por exemplo, quando o metal de base é níquel com alto teor de titânio e/ou alumínio, existem dificuldades para a brasagem por forno.
uma boa junta brasada considera quatro aspectos: projeto da junta, metal de adição, uniformidade de distribuição de calor e adequada proteção com fluxo ou atmosfera
O processo de brasagem se inicia pela limpeza prévia das partes a serem soldadas para remover contaminantes e óxidos e pela aplicação de um fluxo capaz de dissolver óxidos metálicos sólidos que ainda estejam presentes, de modo a prevenir nova oxidaçáo; em seguida, aquece-se a área a ser soldada até que o fluxo responsável pela proteção do metal de base atinja a temperatura de fusão e que o metal de adição também esteja na adequada temperatura de fusão.
Como a fluidez do material de adição é muito maior do que a do fluxo, o material de adição desloca o fluxo e o substitui na junta; após o resfriamento, o material de adição preenche a junta e o fluxo se distribui pela periferia da junta, protegendo-a ainda durante o resfriamento. Esse fluxo remanescente deve ser removido com água quente ou fria e escova, pois é quimicamente agressivo, podendo causar corrosão na área brasada.
Aplicação
A solda forte foi inicialmente desenvolvida para reparar peças trincadas ou quebradas. Quando se solda ferro fundido por fusão, o processo requer alto pré- aquecimento e baixa velocidade de resfriamento, para minimizar o aparecimento de trincas e a formação de cementita; a utilização da solda forte evita as trincas, de modo que poucos problemas com expansão e contração são encontrados.
Na maioria dos casos, a solda forte é feita pelo processo de soldagem oxicombustível, com uma liga de cobre em forma de vareta e um fluxo adequado; no entanto, é possível utilizar os processos TIG ou arco plasma, sem a necessidade da utilização de fluxos e sem fundir o metal de base.
A brasagem é utilizada na união de metais dissimilares, de peças de pequena espessura, de metais tratados termicamente e em uniões de metal com cerâmica. Abrange um campo vasto que vai desde a indústria elétrica e eletrônica atéa indústria automobilística e de aviação.
A soldabrasagem é empregada na soldagem de tubos, varões, barras e componentes fundidos e forjados, quando se desejam resultados com pequenas deformações. É geralmente utilizada para unirferrofundido e aços, mas pode também ser empregada para unir cobre, níquel e sua ligas. Outros metais podem ser unidos por soldabrasagem com um adequado metal de adição, além de metais dissimilares.
A solda branda é utilizada principalmente nas indústrias elétrica e eletrônica, na soldagem de circuitos impressos, de componentes e em ligações de terminais elétricos.
vantagens
A solda forte apresenta algumas vantagens, em relação aos processos de soldagem por fusão; requer menor calor, o que acarreta maior rapidez para realizar o união, embora produza pequenas distorções; o metal de adição apresenta baixa tensão residual e sua ductilidade permite usinagem; as soldas têm resistência adequada para muitas aplicações; o equipamento empregado é simples e de fácil utilização; metais frágeis, como ferro fundido cinzento, podem ser unidos sem alto pré-aquecimento.
desvantagens
As desvantagens da solda forte são a resistência de solda, que é limitada à resistência do metal de adição; a temperatura de serviço, que é limitada ao ponto de fusão do metal de adição, como acontece com as ligas de cobre, limitadas à temperatura de serviço de 260°C; e a possibilidade de a solda forte provocar corrosão galvânica na junta.
Processos de brasagem
A brasagem admite alguns processos que são relacionados às fontes de calor necessárias à soldagem. Os processos são: brasagem por maçarico, por forno, por indução, por resistência, por imersão e por infravermelho.
brasagem por maçarico
A brasagem por maçarico utiliza o calor de um ou mais maçaricos. Dependendo da temperatura, o gás utilizado como combustível pode seracetileno, propano, ou outros, enquanto que o gás comburente pode ser ar comprimido ou oxigênio. O ar comprimido tem a vantagem de ser mais barato, mas fornece chama de menor temperatura; o oxigênio, apesar de ser mais caro, fornece maior temperatura para a chama.
Projetos especiais de maçaricos podem ter múltiplos bicos, com a vantagem de aumentar a área aquecida. Cuidados devem ser tomados para evitar um super-aquecimento localizado; por essa razão, deve-se movimentar constantemente o maçarico sobre a peça.
O maçarico manual é particularmente útil para peças de secções e massas desiguais. Operações mecanizadas podem ser feitas onde há alta produção, sendo possível utilizar um ou mais maçaricos com um ou múltiplos bicos. Nas operações mecanizadas, é possível movimentar a peça ou o maçarico ou, ainda, ambos.
A temperatura para a brasagem é limitada ao metal de adição. O metal de adição pode ser colocado antes do aquecimento da junta ou pode ser adicionado durante o aquecimento. O calor éaplicado na junta, fundindo primeiro o fluxo e depois o metal de adição. O metal de adição se apresenta de diversas formas: em anéis, arruelas, fitas, varetas, pós, pastas, e pode ser alimentado manualmente, por meio de uma vareta.
brasagem por forno
A brasagem por forno utiliza fornos a gás, a óleo ou elétricos; é muito utilizada em algumas situações: quando as peças a serem brasadas podem ser pré-montadas em sua posiçáo correta; quando o metal de adição é colocado previamente na junta; no caso de várias juntas serem formadas simultaneamente para completar o conjunto; quando formas complexas são aquecidas uniformemente para prevenir distorções e no caso de haver grande número de peças ou conjuntos pequenos.
A brasagem por forno exige o uso de u ma atmosfera adequada para proteger as peças contra oxidação. A principal vantagem da brasagem por forno sobre os outros processos de brasagem é que é possível usar uma variedade de atmosferas de proteção, tais como atmosfera exotérmica, endotérmica ou de nitrogênio, que pode ser líquido.
Em razão de a atmosfera protetora ter a capacidade de reduzir alguns óxidos como o óxido de ferro, não há a necessidade da utilização de fluxos. Outra vantagem da brasagem por forno é a possibilidade de brasar grandes quantidades de peças, reduzindo o preço unitário. A brasagem por forno é mais eficiente e econômica quando se trata de grandes quantidades de peças.
Uma das limitações da brasagem por forno é a alta temperatura requerida para brasar alguns materiais, como por exemplo aços, principalmente quando o metal de adição é o cobre. O custo do forno e do gerador de atmosfera é alto se comparado com os equipamentos utilizado nos outros processos; por isso, a compra de um forno para produzir pequenos lotes deve ser bem
planejada, pois outro processo pode ser mais econômico.
Outra limitação é a atmosfera de proteção, que contém componentes tóxicos e gases combustíveis capazes de provocar incêndios e explosões.
sequencia de operações básicas no forno
A brasagem por forno requer quatro operações básicas: limpeza, montagem e fixação, brasagem e resfriamento.
A limpeza geralmente é limitada à remoção de óleos utilizados na operação de usinagem. Os métodos preferidos para a limpeza são os produtos alcalinos ou solventes. Deve-se tomar o cuidado de sempre remover os produtos alcalinos antes de executar a brasagem.
Na montagem e fixação, os componentes para a brasagem por forno são geralmente projetados para evitar a necessidade de dispositivos de fixação; no entanto, é possível, ocasionalmente, utilizar dispositivos.
Na brasagem, as peças são colocadas na câmara do forno onde são aquecidas sob uma atmosfera adequada. Quando as peças atingem a temperatura de fusão do metal de adição, este molha e flui sobre a superfície, penetrando na junta por ação capilar.
Após o tempo de brasagem, as peças são transportadas para a câmara de resfriamento, onde são resfriadas sob atmosfera protetora.
tipos de forno
Os fornos para brasagem são classificados em quatro grupos: forno intermitente, em que as peças são carregadas e descarregadas manualmente; forno contínuo, que apresenta transporte automático das peças; forno retorta, em que as peças são colocadas em uma retorta, aquecida no forno depois que o ar contido nela é purgado com uma atmosfera protetora e resfriada a vácuo após o tempo de brasagem; e forno a vácuo, que permite dois tipos de brasagem: alto vácuo e baixo vácuo. Alto vácuo é adequado para brasagem de metais que tenham óxidos de difícil remoção, como níquel e superligas; baixo vácuo é indicado quando o metal de base ou metal de adição são voláteis na temperatura de brasagem.
Quando comparada com outros processos, a brasagem a vácuo apresenta as seguintes vantagens: o vácuo remove essencialmente todos os gases da área de brasagem, o que elimina a necessidade de purga; um sistema a vácuo pode ser usado a 10″5 Torr, contendo até a quantidade aproximada de 0,000001% de gases residuais.
brasagem por indução
O calor para a brasagem por indução é obtido por uma corrente elétrica alternada induzida nas peças a serem brasadas. As peças são colocadas dentro de uma espira refrigerada a água que passa uma corrente alternada ou próximo a ela. As peças não fazem parte do circuito elétrico. O equipamento é composto por uma fonte de energia elétrica e uma bobina, refrigerada a água.
brasagem por resistência
O calor necessário para a brasagem por resistência é obtido pela circulação de uma corrente elétrica através de eletrodos e da peça a ser brasada. O metal de adição, em alguns casos com formatos especiais, é colocado previamente na junta a ser brasada ou pode ser adicionado durante a brasagem. O equipamento pode ser o mesmo utilizado na soldagem por resistência ou por eletrodo de carvão.
brasagem por imersão
A brasagem por imersão pode ser feita segundo dois métodos: brasagem em banho de metal fundido e brasagem por imersão com banho químico.
O banho de metal fundido é normalmente limitado à brasagem de pequenos conjuntos. Um cadinho de dimensões adequadas, geralmente feito de grafite, é aquecido externamente até a temperatura necessária para manter o metal de adição no estado liquido. O método de aquecimento deve ser tal que a temperatura do banho não fique abaixo da temperatura de brasagem quando as peças forem introduzidas. Uma cobertura de fluxo é mantida sobre o banho. As peças devem estar limpas e protegidas por um fluxo antes de serem introduzidas no banho e devem estar presas, firmes e seguras. Quando retiradas do banho, é importante deixar o metal de adição se solidificar completamente.
antes da imersão no banho, as peças devem ser limpas, montadas, e preferencialmente seguras por dispositivos
O banho químico fundido requer um contêiner metálico ou cerâmico para o fluxo e um método de aquecimento para elevar a temperatura do fluxo até a temperatura de brasagem. O aquecimento pode ser externo, aplicado com um maçarico, ou interno, com uma resistência elétrica. Um terceiro método, por indução, também pode ser usado para aquecimento externo do fluxo. Para manter o fluxo dentro da faixa de temperatura são necessários controles. As dimensões do banho devem ser de tal forma que a imersão das peças para brasar não esfrie o fluxo abaixo da temperatura de brasagem.
brasagem por infravermelho
A brasagem por infravermelho pode ser considerada uma forma de brasagem por forno, em que o calor é gerado por radiação invisível de alta intensidade por meio de lâmpadas de quartzo capazes de provocar uma energia radiante de até 5 000 watts. Para concentrar a radiação no localda brasagem usam-serefletores.Ocaloréinversamente proporcional ao quadrado da distância da fonte.
No caso de brasagem a vácuo ou com utilização de gás inerte, as peças montadas e as lâmpadas são colocadas em uma redoma ou retorta que pode ser evacuada ou purgada com gás inerte; as peças são então aquecidas e a temperatura controlada durante todo o processo.
Soldabrasagem
A soldabrasagem ou soldabrasada utiliza um metal de adição com temperatura acima de 450°C mas abaixo do ponto de fusão do metal de base; o metal de adição não se distribui por capilaridade, mas é adicionado na junta por meio de vareta ou por arco elétrico; o metal de base não se funde, somente o metal de adição. O projeto de juntas e o equipamento para a soldabrasagem são os mesmos utilizados na soldagem oxicombustível.
aplicação
A soldabrasagem foi inicialmente desenvolvida para reparar peças trincadas ou quebradas. A soldagem por fusão do ferro fundido requer alto pré-aquecimento e baixa velocidade de resfriamento para minimizar o aparecimento de trincas e a formação de cementita. Os metais de base que mais utilizam a soldabrasada são aço, ferro fundido e cobre.
A soldabrasagem é, na maioria das vezes, feita pelo processo de soldagem oxicombustível, com liga de cobre em forma de vareta e fluxo adequado; também pode ser feita utilizando os processos TIG ou plasma, sem a necessidade da utilização de fluxos e sem fundir o metal de base.
vantagens
A soldabrasagem tem algumas vantagens em relação aos processos de soldagem por fusão. Menor calor é necessário para realizar o união, o que permite rapidez no processo e redução de pequenas distorções. O metal de adição apresenta baixa tensão residual e é geralmente dúctil, o que permite ser usinado. As soldas têm resistência adequada a muitasaplicações. O equipamento utilizado é simples e de fácil utilização. Metais frágeis como ferro fundido cinzento podem ser unidos sem pré- aquecimento alto.
desvantagens
Algumas desvantagens da soldabrasagem são: a resistência da solda é limitada à resistência do metal de adição; a temperatura de serviço é limitada ao ponto de fusão do metal de adição, como por exemplo as ligas de cobre, que são limitadas à temperatura de serviço de 260°C; a soldabrasada pode provocar corrosão galvânica na junta.
Solda branda
Solda branda, também conhecida por solda fraca, mole ou “soldering”, é considerada um tipo de brasagem que utiliza metal de adição com ponto de fusão abaixo de 450°C. A solda branda é utilizada principalmente nas indústrias elétrica e eletrônica, na soldagem de circuitos impressos, de componentes e em ligações de terminais elétricos.
O metal de adição utilizado na solda branda é constituído basicamente pela liga estanho-chumbo, à qual podem ser adicionados vários elementos químicos, de modo a formar ligas diferentes, adequadas a cada aplicação. Ferro e níquel geralmente não estão presentes nas ligas para solda branda; seu limite máximo está especificado em 0,02%, pois há uma considerável redução da propriedade de molhamento quando tal limite é ultrapassado.
a liga estanho-chumbo será sempre indicada pelo primeiro número; por exemplo, a liga 45/65 contém 45% de estanho e 65% de chumbo
impurezas
A liga estanho-chumbo pode sofrer contaminação por impurezas durante a fabricação ou durante o uso. O limite máximo de impurezas geralmente é limitado por normas, como por exemplo a norma ASTM B32. As impurezas podem reduziras propriedades de molhamento, aumentar a taxa de oxidação, mudar o ponto de fusão, afetar a resistência da junta e aumentar a tendência a trincas.
As principais impurezas que podem ocorrer são as provocadas por alumínio, antimônio, arsênio, bismuto, cádmio, cobre, ferro, níquel, fósforo, enxofre e zinco.
Tanto o alumínio quanto o óxido de alumínio aumentam a oxidação da solda; o teor máximo permitido é de 0,005%.
Adiciona-se antimônio para prevenir os efeitos da contaminação do alumínio e regular a transformação beta para alfa, a qual provoca fragilização sob baixas temperaturas. O antimônio também reduz a propriedade de molhamento e a fluidez da solda; o limite máximo de antimônio é 0,5%.
A contaminação por arsênio provoca uma aparência granulada ou arenosa. O arsênio deve ser controlado devido a sua elevada toxicidez; o teor máximo permitido é de 0,05%.
O bismuto aumenta o tamanho de grão da estrutura da solda, provocando uma melhor molhagem pela maior taxa de espalhamento, mas diminui a resistência mecânica da solda.
O cádmio aumenta a tensão superficial da liga e pode causar danos à saúde.
A quantidade de cobre presente nas ligas, sem causar problemas, depende da aplicação.
Fósforo e enxofre devem ser mantidos no valor mínimo possível para evitar problemas como oxidação.
O zinco afeta a propriedade de molhamento e de tensão superficial das ligas e também causa danos à saúde. O limite máximo geralmente está especificado em 0,005%.
Consumíveis
A brasagem pode ser executada com ou sem o uso de fluxo, dependendo da liga de adição e do metal de base. No caso de brasagem sem fluxo, utilizam-se ligas autofluxantes; a soldagem sem fluxo é possível desde que se use proteção gasosa ou vácuo. A brasagem a vácuo geralmente é usada para aplicações em metais cujos óxidos são estáveis, como: alumínio, titânio e aços inoxidáveis.
As ligas autofluxantes mais comuns são as ligas de cobre-fósforo (CuP) e cobre-fósforo-prata (CuPAg), conhecidas como foscoper ou silfoscoper, usadas sobre cobre puro; nestas ligas, o fósforo tem a função de fluxo, desoxidante e metal de base Cu. Estas ligas não são recomendadas para ligas ferrosas, pois formam compostos frágeis Fe2P e Fe3P.
Aços carbono e cobre podem ser brasados sem fluxo através do uso de atmosferas protetoras, uma vez que tanto o aço com baixo teor de carbono quanto o cobre podem ter seus óxidos superficiais facilmente reduzidos por atmosferas contendo hidrogênio ou CO, na temperatura aproximada de 800°C.
Para garantir uma solda de boa qualidade é necessária a utilização de um fluxo adequado, capaz de efetuar a limpeza química das peças a serem brasadas, proteger o metal liquido e as superfícies limpas durante o processo de aquecimento.
fluxos para solda branda
Os fluxos para solda branda podem estarem estado sólido, liquido ou gasoso. Um método funcional de classificação dos fluxos é baseado na propriedade de remover metal oxidado; assim, os fluxos se classificam em três grupos: fluxos inorgânicos ou mais ativos, fluxos orgânicos ou de moderada atividade e fluxos resinosos.
fluxos inorgânicos para solda branda
Os fluxos inorgânicos incluem os ácidos inorgânicos e os sais; são utilizados com excelentes vantagens onde as condições exigem uma rápida e alta ação do fluxo e podem ser aplicados como soluções, pasta ou sais secos.
Os constituintes típicos dos fluxos inorgânicos são: cloreto de zinco, cloreto de amônia, cloreto de estanho, ácido clorídrico, ácido fosfórico e outros cloretos.
Os fluxos ativos são particularmente úteis em aplicações onde a quantidade certa de fluxo pode ser usada e onde uma quantidade de calor possa ser utilizada para decompor totalmente os elementos corrosivos.
fluxos orgânicos para solda branda
Os fluxos orgânicos são menos ativos do que os inorgânicos; são eficientes na temperatura de 90 a 320°C e se compõem de ácidos orgânicos e bases. São ativos na temperatura de brasagem mas este período de atividade é muito curto por causa de sua decomposição térmica e da tendência de volatizar, carbonizar ou queimar quando aquecido a certa temperatura. Se utilizados corretamente, os resíduos são relativamene inertes e podem ser removidos com água.
Os constituintes típicos dos fluxos orgânicos são: ácido abiético, etiletilena diamina, ácido oléico e ácido octodecanóico.
fluxos resinosos para solda branda
Os fluxos resinosos apresentam propriedades físicas e químicas que os tornam adequados para uso na indústria elétrica. São ativos na temperatura entre 117°C e 316°C; seu resíduo é duro, não higroscópico, possui alta resistência elétrica e não é corrosivo.
Os fluxos podem ser aplicados de quatro maneiras: o metal de adição aquecido pode ser mergulhado no fluxo e transferido à junta durante a soldabrasagem; o fluxo pode ser colocado na junta antes de se executar a soldabrasada; o metal de adição pode ser revestido com fluxo; o fluxo pode ser introduzido através da chama oxigás.
Os metais de adição comercialmente utilizados contêm aproximadamente 60% de cobre e 40% de zinco. Ligas com pequena quantidade de estanho, ferro, manganês e silício melhoram as características de fluidez, diminuem a volatilização do zinco, eliminam o oxigênio e aumentam a resistência e a dureza. Metal de adição com 10% de níquel tem uma coloração branca e maior resistência na solda, como é o caso da alpaca.
Numa junta brasada, o metal de adição deverá atender às exigências de temperatura do projeto. Uma orientação sobre a escolha do metal de adição em função do metal de base e do tipo de solda pode ser encontrada em quadros.
Projetos de juntas
Muitas variáveis devem ser consideradas nos projetos de juntas. Do ponto de vista mecânico, o projeto de uma junta brasada não é diferente de um projeto de qualquer outra peça. Recomendam-se normas quando há concentração de cargas, tensões, esforços estáticos e mecânicos, que se aplicam à usinagem ou a outros processos de fabricação.
O projeto de uma junta brasada tem requisitos específicos: a composição química do metal de base e do metal de adição, que pode ser similar ou dissimilar; o tipo de junta, que deve ser adequado ao produto final; e os serviços requeridos, que abrangem desempenhos mecânicos, condutividade elétrica, pressões, resistência à corrosão e temperatura de serviço.
tipos de juntas
Muitos fatores influenciam a seleção do tipo de junta a ser utilizada. Esses fatores incluem o processo de brasagem a ser utilizado, técnicas de fabricação antes da brasagem, número de itens a serem brasados, método de aplicação do metal de adição e os requisitos de serviços da junta.
Existem basicamente dois tipos de juntas que são utilizadas nas operações de brasagem: junta sobreposta e junta de topo.
abertura entre as peças
A abertura entre as peças é a distância entre as superfícies da junta a ser brasada. A distância entre membros similares é facilmente garantida em conjuntos em que as peças são submetidas a pressão ou ajustamento a quente. Em algumas peças, é necessário o uso de fios espaçadores, calços, marcação com punção, para garantir a abertura própria para um ótimo fluxo no interior da junta. Além disso, a abertura entre as peças brasadas deve levar em consideração as condições locais, isto é, temperatura ambiente e temperatura de brasagem.
Quando se utilizam materiais similares de massas aproximadamente iguais, a abertura antes da brasagem em temperatura ambiente é uma boa referência; no entanto, em materiais dissimilares, em que um deles tem maior expansão térmica, pode haver uma tendência a aumentar ou diminuirá abertura, dependendo da posição e da configuração do metal de base. A abertura também influencia a resistência ao cisalhamento.
Aabertura entre as peças tem uma grande influência no desempenho mecânico da junta brasada. Essa influência se aplica a todos os tipos de carga, incluindo estática, fadiga, impacto. É aplicada a todos os projetos de juntas.
Nossos cursos corporativos poderão ser moldados de acordo com as necessidades de cada cliente abordando assuntos mais relevantes!
Assessoria técnica completa na área de soldagem para sua empresa. Atendemos todo o Brasil e Exterior.
CONTATOS 11 3683-0364 / 3683-0754 / 96378-0157 / treinasolda@infosolda.com.br
1 Comentário
Muito bons esclarecimentos básicos