Os passos para uma soldadura forte bem-sucedida

Os passos para uma soldadura forte bem-sucedida

Quais são os passos a seguir para garantir uma boa junta de brasagem?

Uma boa e sólida junta de brasagem não surge por acaso. É o resultado do cumprimento de bons procedimentos muito antes de o processo de brasagem propriamente dito ter lugar. O equipamento de brasagem por indução não consegue compensar um projeto ou processos inadequados.

Então, quais são os passos para se obter uma junta de brasagem fiável?

Bom Design

A soldadura forte baseia-se na ação capilar. A ação capilar é a capacidade de uma liga de soldadura forte fundida fluir para dentro de espaços estreitos sem a ajuda de forças externas, como a gravidade, ou mesmo contra a ação dessas forças.

Para que uma liga de brasagem fundida flua para a interface da junta (superfícies de contacto), as peças têm de apresentar um bom encaixe e folgas adequadas. Uma regra prática comum é uma folga de 0,001” a 0,005” quando se utiliza fluxo e se realiza a brasagem ao ar livre. (Isto baseia-se na brasagem de metais semelhantes ou de materiais de base com um coeficiente de expansão térmica semelhante.)  Isto permite que a ação capilar atue, permitindo que a liga de brasagem flua. Com folgas superiores a este valor, a ação capilar é reduzida e a liga de brasagem pode não preencher a folga completamente. Uma liga de brasagem eutética ou quase eutética fluirá rapidamente e as folgas entre as peças são normalmente menores. Um exemplo disso é a brasagem de cobre em tubagens de combustível e barras de distribuição numa atmosfera controlada. Trabalhar com um fornecedor de ligas de brasagem de renome pode ajudar a determinar as folgas recomendadas com base na liga de brasagem, na atmosfera de brasagem e nos materiais a serem unidos.

E no caso de metais diferentes? À medida que o metal aquece, tende a expandir-se, e materiais diferentes expandem-se a ritmos distintos. A folga sugerida de 0,001” a 0,005” é a folga à temperatura de brasagem, e não à temperatura ambiente. Por exemplo, o latão expande-se mais do que o aço quando aquecido; por isso, tenha em conta a expansão térmica ao projetar peças.

Limpeza

Os materiais a serem unidos por brasagem devem ter as superfícies de contacto limpas. Os materiais têm de estar livres de gordura, óleos, sujidade e óxido superficial (incluindo ferrugem) para que a liga de brasagem adira à superfície. A utilização de soluções desengordurantes disponíveis no mercado deverá remover esses contaminantes das suas peças.  O fluxo não remove óleo nem gordura, e a liga de brasagem não adere a superfícies oleosas. Os óxidos superficiais podem ser removidos quer quimicamente, quermecanicamente.

Fluxo e atmosfera adequados

Depois de as peças serem limpas e antes do aquecimento, aplica-se fluxo nas peças. O fluxo é utilizado para remover os óxidos residuais e proteger os metais de base e os metais de adição contra a oxidação durante o aquecimento. À medida que os metais são aquecidos, têm uma maior tendência para reagir com o oxigénio do ar, e isso acontece rapidamente à medida que as peças ficam mais quentes. O fluxo é útil, mas a ideia de que «quanto mais, melhor» não se aplica necessariamente à brasagem.  Se se utilizar demasiado fluxo, este pode ficar retido na junta e, potencialmente, tornar-se uma fonte de vazios no interior de um conjunto soldado por brasagem.

Nos casos em que a brasagem é realizada numa atmosfera controlada, como azoto ou árgon, a quantidade de fluxo necessária é reduzida e, muitas vezes, eliminada. Uma atmosfera protetora protege a área de brasagem da oxidação. No entanto, em alguns casos, é aplicada uma camada fina de fluxo para reduzir os óxidos superficiais.

Não existe um único fluxo adequado para todas as situações. A escolha do fluxo a utilizar depende dos metais-base a serem soldados por brasagem ou soldadura e da temperatura de brasagem prevista. Um fluxo de soldadura não pode ser utilizado para brasagem e vice-versa.  O fluxo mais comum utilizado numa grande variedade de aplicações de brasagem com prata para unir ligas ferrosas e não ferrosas é geralmente designado por «fluxo branco» ou «fluxo de uso geral» (FB3A) e é eficaz até uma temperatura de 1600 °F. A publicação A5.31 da AWS,«Especificação para Fluxos para Brasagem e Soldadura por Brasagem», apresenta mais detalhes sobre os tipos de fluxos, as faixas de operação úteis e os metais-base para os quais são adequados. Para a brasagem de aços inoxidáveis de crómio de alta temperatura, tungsténio e carbonetos de crómio a temperaturas até 1800 °F, utiliza-se normalmente um fluxo FB3A.  Quando se prevê que a temperatura de brasagem atinja os 2000°F ou quando as peças ficarem a uma temperatura elevada superior a 1450°F durante um período prolongado, utiliza-se habitualmente um fluxo FB3D. Consulte um fabricante de fluxos para obter o fluxo adequado com base nos materiais a unir e nas temperaturas de brasagemesperadas.

Liga adequada para soldadura forte

A escolha de uma liga de brasagem adequada é fundamental para o sucesso de juntas de brasagem fiáveis. Nem todos os peças podem ser brasadas com a mesma liga. Os fabricantes de ligas de brasagem produzem ligas adequadas a uma vasta variedade de aplicações.  A composição química de uma liga adequada para alguns metais-base não funciona necessariamente com outros materiais. Por exemplo, as ligas BCuP concebidas para a brasagem de cobre não podem ser utilizadas para unir componentes de aço, enquanto as ligas de brasagem de prata BAg com pequenas adições de Ni e/ou Mn são benéficas para a união de carbonetos e para a brasagem de aço inoxidável, uma vez que o níquel ajuda a prevenir a corrosão interfacial.  A especificação AWS A.5.8, publicada pela American Welding Society, enumera as várias ligas de brasagem disponíveis no mercado e a sua composição química, juntamente com as temperaturas de liquidus e solidus de cada liga.

Líquido vs. sólido e ligas eutéticas.

O liquidus é a temperatura mais baixa à qual um metal se encontra completamente líquido, enquanto o solidus é a temperatura mais elevada à qual um metal se encontra sólido e, acima dessa temperatura, começa a fundir-se. Quando a temperatura do liquidus é igual à do solidus, uma liga de brasagem é considerada uma liga eutética.  As ligas eutéticas mais utilizadas incluem o cobre puro, ou ligas BCu, que são utilizadas como metal de adição para brasagem numa atmosfera protetora, ou a BAg-8, uma liga de brasagem com 72% de Ag e 28% de Cu.  Por que é importante saber isto? Uma liga de brasagem eutética flui rapidamente e consegue preencher espaços estreitos. As ligas com uma grande diferença entre o solidus e o liquidus são mais lentas e têm a capacidade de preencher espaços mais largos.

Uma das vantagens da soldadura por indução é a repetibilidade e a redução da variação no processo de fabrico. O equipamento de indução, aliado à pré-forma de soldadura adequada, pode tornar o seu departamento de soldadura ainda mais eficiente. Uma pré-forma de soldadura controla o volume da liga de soldadura, permite soldar várias juntas simultaneamente e possibilita a utilização de automação.  Uma pré-forma de brasagem é produzida através da transformação de fio ou tira de brasagem em várias formas — anéis, anilhas, discos, calços —, para citar algumas, concebidas por um fabricante de ligas de brasagem para as peças a serem brasadas.

Fixação adequada

A função de bons dispositivos de fixação é manter as peças alinhadas durante o aquecimento e o arrefecimento, para que a ação capilar possa ocorrer. Os melhores dispositivos de fixação são aqueles que têm baixa massa e são maus condutores de calor, de modo a minimizar a quantidade de calor conduzida para fora da área de brasagem.

Uma peça que possa ser fixada por si própria — como, por exemplo, juntas tubulares — é preferível pela sua simplicidade e versatilidade. As peças fixadas por si próprias e alinhadas com uma pré-forma de brasagem podem ser facilmente aquecidas com uma bobina de aquecimento por indução devidamente concebida. Entre as formas de o conseguir, destacam-se: deixar que a gravidade mantenha os conjuntos de peças unidos, fixar as peças com pinos, estampagem e crimpagem antes da brasagem, para citar alguns métodos comuns.

Se a fixação automática não for viável, será necessário incorporar um sistema de fixação externo no ciclo de soldadura por indução. O objetivo da fixação externa é manter as peças alinhadas e no lugar durante o ciclo de soldadura. As principais considerações a ter em conta na conceção e construção de dispositivos de fixação externos incluem:

  • Minimizar o contacto com as peças a soldar, uma vez que os pontos de contacto funcionarão como dissipadores de calor
  • A resistência ao calor e ao choque térmico dos materiais do dispositivo de fixação
  • Acessibilidade às áreas que serão aquecidas, de modo a permitir que a bobina de aquecimento por indução aqueça adequadamente as peças
  • É necessário ter cuidado para ter em conta a expansão térmica ao projetar acessórios, uma vez que os materiais se expandem quando aquecidos.
  • É necessário ter em conta a simplicidade, a facilidade de utilização e a ergonomia, de modo a minimizar a fadiga do utilizador e a aumentar a aceitação por parte deste.

Frequentemente, a brasagem e a soldadura por indução permitem reduzir o número necessário de suportes para as peças, sendo que o aquecimento mínimo dos suportes aumenta a sua vida útil e mantém a precisão no alinhamento dos componentes a seremunidos.

Aquecimento das peças

Com as peças a soldar fixadas e devidamente alinhadas no interior de uma bobina de indução, as peças estão prontas para serem soldadas.  O equipamento de aquecimento por indução transfere energia para a peça aquecida por meio de um campo eletromagnético variável. São as variações na intensidade, frequência e duração do campo eletromagnético que controlam a taxa de aquecimento e a temperatura da peça. A intensidade do campo eletromagnético é controlada pela geometria da bobina de indução (também conhecida como indutor), pela potência e tensão aplicadas ao indutor e pela posição da peça em relação ao indutor.

Bobinas de indução bobinas de indução aquecerão a área de brasagem de forma uniforme. A liga de brasagem fundida fluirá para as áreas de temperatura mais elevada, pelo que é necessário ter cuidado para alinhar corretamente o indutor com as peças, de modo a aquecê-las uniformemente. A Radyne pode ajudar na conceção e construção de bobinas de aquecimento por indução que forneçam a quantidade adequada de energia às áreas corretas, para produzir peças brasadas fiáveis e repetíveis .

Limpeza após a soldadura por brasagem

O fluxo residual tem de ser removido após a soldadura forte, uma vez que a maioria das composições de fluxo são corrosivas. Se os resíduos de fluxo não forem removidos, o conjunto soldado poderá enfraquecer ou falhar devido à corrosão. Os resíduos de fluxo são normalmente removidos com uma lavagem com água quente. Na maioria dos casos, a água quente e uma escovagem mecânica suave são suficientes para remover os resíduos. Deve ter-se cuidado para não escovar de forma agressiva, de modo a que as partículas não fiquem incrustadas nos metais de base.

Muitas vezes, os conjuntos soldados por brasagem são imersos em água logo após a solidificação da liga de brasagem. Este choque térmico provoca a formação de fissuras nos resíduos após a brasagem. Se as peças forem submetidas a um resfriamento rápido demasiado cedo após a brasagem, podem surgir fissuras e as juntas de brasagem podem ficar com um aspeto rugoso. O resfriamento rápido não deve ser realizado com materiais que apresentem uma grande diferença no seu coeficiente de expansão térmica (CTE).

Em situações em que seja difícil remover resíduos e manchas, poderá ser necessária uma limpeza química. As soluções de decapagem são um método comum para remover resíduos após a brasagem. Consulte o seu fornecedor de ligas de brasagem e fundentes para conhecer outros métodos de limpeza de peças com resíduos de fundente após a brasagem.

Conclusão

Uma excelente junta de brasagem, bem executada, é o resultado da aplicação de procedimentos de brasagem adequados e rigorosos. Ao seguir estes passos, em conjunto com o equipamento de brasagem por indução adequado, é possível obter resultados de brasagem repetíveis, fiáveis e de elevada qualidade. O aquecimento por indução é uma das principais opções em ambientes de fabrico que adotam a excelência operacional e as metodologias Lean e Six Sigma.

Enquanto líder no setor do aquecimento por indução, a Radyne pode ajudá-lo a superar os desafios e a tirar partido das vantagens da soldadura por indução. Para mais informações sobre soluções de aquecimento por indução e processos relacionados,contacte-nos.

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