Você já se perguntou como máquinas complexas permanecem conectadas sem problemas? Este artigo mergulha no fascinante mundo da solda de topo - um método de alta eficiência usado para unir metais. Você aprenderá sobre suas aplicações, tipos e a ciência por trás de sua eficácia. Prepare-se para descobrir os segredos dessa técnica de soldagem essencial!
A solda por resistência de topo, comumente chamada de solda de topo, é uma técnica sofisticada de solda por resistência que utiliza o calor gerado pela resistência elétrica para unir simultaneamente duas peças de trabalho ao longo de todas as suas faces finais. Esse processo cria uma costura de solda forte e contínua sem a necessidade de material de enchimento.
A alta produtividade, a facilidade de automação e a versatilidade da solda a topo levaram à sua ampla adoção em vários setores. Suas aplicações podem ser categorizadas em quatro áreas principais:
A soldagem de topo é classificada em soldagem de topo por resistência e soldagem de topo por flash.
A soldagem de topo por resistência envolve pressionar continuamente as faces das extremidades de duas peças de trabalho, aquecê-las até um estado plástico usando calor de resistência e, em seguida, aplicar rapidamente a pressão de forjamento de retorno (ou manter a pressão de soldagem sem adicionar pressão de forjamento de retorno) para concluir a soldagem.
(1) Resistência e aquecimento na solda de topo por resistência
A distribuição da resistência durante a solda de topo é mostrada na Figura 14-2. A resistência total pode ser representada pela seguinte fórmula:
R=2Rω+Rc+2Reω
Onde,
Como a resistência de contato entre a peça de trabalho e o eletrodo é pequena e está localizada longe da superfície da junta, ela geralmente é desconsiderada. A resistência interna da peça de trabalho é proporcional à resistividade ρ do metal soldado e ao comprimento l0 da peça de trabalho que se estende do eletrodo, e inversamente proporcional à área da seção transversal s da peça de trabalho.
Como em soldagem por pontosNa soldagem de topo por resistência, a resistência de contato depende do estado da superfície, da temperatura e da pressão da superfície de contato. Quando há óxidos perceptíveis ou outras impurezas na superfície de contato, a resistência de contato aumenta. O aumento da temperatura ou da pressão diminuirá a resistência de contato devido a um aumento na área de contato real.
No início da soldagem, a densidade de corrente no ponto de contato é alta; quando a temperatura da face final aumenta rapidamente, a resistência de contato diminui drasticamente. Quando aquecida a uma determinada temperatura (600 graus para aço, 350 graus para liga de alumínio), a resistência de contato desaparece completamente.
Assim como na soldagem por pontos, a fonte de calor da soldagem de topo também vem do calor de resistência gerado na área de soldagem. Durante a solda de topo por resistência, a resistência de contato existe por um tempo extremamente curto, e o calor produzido representa menos de 10-15% do calor total.
No entanto, como essa parte do calor é gerada em uma área muito estreita próxima à superfície de contato, ela causará um rápido aumento da temperatura nessa área e um rápido aumento da resistência interna. Mesmo que a resistência de contato desapareça completamente, a intensidade do calor nessa área ainda é maior do que em outras áreas.
Quanto mais duras forem as condições de soldagem utilizadas (ou seja, quanto maior for a corrente e menor for o tempo de eletrificação) e quanto menor for a força de compressão da peça de trabalho, mais pronunciado será o impacto da resistência de contato no aquecimento.
(2) Bumbum Soldagem por resistência Ciclo, parâmetros do processo e preparação da peça de trabalho
1) Ciclo de soldagem:
Durante a soldagem de topo por resistência, duas peças de trabalho são sempre pressionadas juntas. Quando a temperatura da face final aumenta para temperatura de soldagem Tω, a distância entre as faces das extremidades das duas peças de trabalho é de apenas alguns angstroms, e os átomos entre as faces das extremidades interagem entre si, produzindo grãos comuns na junta, formando uma solda.
Há dois tipos de ciclos de soldagem na soldagem de topo por resistência: isobárica e com aumento da pressão de forjamento.
O primeiro tem um mecanismo de pressurização simples e é fácil de implementar. O segundo ajuda a melhorar qualidade da soldagemO produto é usado principalmente para soldagem de topo por resistência de ligas de aço, metais não ferrosos e suas ligas.
Para obter deformação plástica suficiente e melhorar ainda mais a qualidade da junta, também deve ser definido um programa de perturbação por corrente elétrica.
2) Parâmetros do processo:
Os principais parâmetros do processo de soldagem de topo por resistência são: comprimento da protrusão, corrente de soldagem (ou densidade da corrente de soldagem), tempo de ativação da soldagem, pressão de soldagem e pressão de perturbação.
(a) Comprimento da protrusão l0:
O comprimento em que a peça de trabalho se projeta além da face da extremidade do eletrodo da abraçadeira. Ao escolher o comprimento da protrusão, dois fatores devem ser considerados: a estabilidade da peça de trabalho durante o revolvimento e a dissipação de calor para a abraçadeira.
Se l0 for muito longo, a peça de trabalho ficará instável e se curvará durante o revolvimento. Se l0 for muito curto, devido à maior dissipação de calor para o grampo, a peça esfriará demais, dificultando a deformação plástica. Para uma peça de trabalho com um diâmetro de d, geralmente aço de baixo carbono: l0=(0,5-1)d, alumínio e latão: l0=(1-2)d, cobre: l0=(1,5-2,5)d.
(b) Corrente de soldagem Iω e tempo de soldagem tω:
Durante a soldagem de topo por resistência, a corrente de soldagem é frequentemente expressa em termos de densidade de corrente jω. jω e tω são os dois principais parâmetros que determinam o aquecimento da peça de trabalho. Os dois podem ser ajustados de acordo com uma determinada faixa. Podem ser adotadas tanto uma grande densidade de corrente e tempo curto (condições fortes) quanto uma pequena densidade de corrente e tempo longo (condições fracas).
No entanto, se as condições forem muito fortes, é fácil produzir defeitos de não penetração; se as condições forem muito brandas, isso causará uma grave oxidação da face da extremidade da interface, grãos grosseiros na área da junta e afetará a resistência da junta.
(c) Pressão de soldagem Fω e pressão de perturbação Fu:
O Fω afeta tanto a geração de calor quanto a deformação plástica na junta. A redução de Fω é benéfica para a geração de calor, mas não para a deformação plástica.
Portanto, é fácil aquecer com um Fω menor e perturbar com um Fu muito maior. Entretanto, o Fω não pode ser muito baixo, caso contrário, causará respingos, aumentará a oxidação da face da extremidade e causará folga perto da interface.
3) Preparação da peça de trabalho:
Na soldagem de topo por resistência, o formato da face final e o tamanho das duas peças de trabalho devem ser os mesmos para garantir o aquecimento consistente e a deformação plástica das peças de trabalho. A face final da peça de trabalho e a superfície em contato com a braçadeira devem ser rigorosamente limpas.
Óxidos e sujeira na face da extremidade afetarão diretamente a qualidade da junta. Óxidos e sujeira na superfície da peça de trabalho em contato com a abraçadeira aumentam a resistência de contato, causando a queima da superfície da peça de trabalho, maior desgaste da abraçadeira e maior perda de potência.
A peça de trabalho pode ser limpa usando meios mecânicos, como rebolos e escovas de arame, ou pode ser lavada com ácido.
As inclusões de óxido são facilmente produzidas na resistência juntas soldadas. Para metais raros, algumas ligas de aço e metais não ferrosos com altos requisitos de qualidade de soldagem, atmosferas protetoras como argônio e hélio são frequentemente usadas.
Embora a solda de topo por resistência tenha vantagens, como juntas lisas, pequenas rebarbas e simples processo de soldagemPor isso, ele é usado apenas para soldagem de topo de seções transversais pequenas (menos de 250 mm), pois as propriedades mecânicas da junta são relativamente baixas e a preparação da face da extremidade da peça de trabalho exige muito esforço.2) perfis metálicos.
A soldagem de topo com flash pode ser dividida em soldagem de topo com flash contínuo e soldagem de topo com flash de pré-aquecimento. Ambas consistem em duas fases principais: a fase de flashing e a fase de forjamento. A soldagem de topo com flash de pré-aquecimento apenas adiciona uma fase de pré-aquecimento antes da fase de flashing.
1. Os dois estágios da soldagem a topo com flash
1. Fase de intermitência
A principal função da intermitência é aquecer as peças de trabalho. Nessa fase, a fonte de alimentação é ligada primeiro e as extremidades das duas peças são levadas a um leve contato, criando vários pontos de contato. Quando a corrente passa, os pontos de contato derretem, formando pontes de metal líquido que conectam as duas extremidades.
Devido à densidade de corrente extremamente alta nessas pontes, o metal líquido evapora e as pontes se rompem. À medida que o grampo móvel avança lentamente, novas pontes são continuamente formadas e rompidas. Sob a ação da pressão do vapor e da força eletromagnética, as partículas de metal líquido são continuamente pulverizadas para fora do espaço entre as juntas, formando um jato de faísca ou flash.
Durante o processo de flashing, as peças de trabalho encurtam gradualmente, e a temperatura das extremidades também aumenta gradualmente. À medida que a temperatura da extremidade aumenta, a taxa de ruptura da ponte se acelera, e a velocidade de avanço do grampo móvel também deve aumentar gradualmente.
Antes do final do processo de flashing, é necessário formar uma camada de metal líquido em toda a superfície da extremidade da peça de trabalho e levar o metal a uma temperatura de deformação plástica em uma determinada profundidade.
Devido à forte oxidação do vapor de metal e das partículas de metal produzidas pela explosão da ponte, o teor de oxigênio do meio gasoso na lacuna interfacial diminui, reduzindo sua capacidade de oxidação e, assim, melhorando a qualidade da junta.
Entretanto, a intermitência deve ser estável e intensa. Estabilidade significa que não deve ocorrer nenhum circuito aberto ou curto-circuito durante o processo de intermitência. Um circuito aberto enfraquece a autoproteção do junta de soldaO curto-circuito pode causar a oxidação fácil da junta. Um curto-circuito pode causar a queima excessiva da peça de trabalho, levando à sua sucata.
A intensidade refere-se a um número considerável de rajadas de ponte por unidade de tempo. Quanto mais intenso for o flashing, melhor será a autoproteção da junta de solda, especialmente no estágio posterior do flashing.
2. Fase de forjamento
No final da fase de flashing, uma pressão final suficiente é imediatamente aplicada às peças, o espaço entre as juntas diminui rapidamente, a ponte para de estourar e a fase de forjamento começa.
O objetivo do forjamento é vedar a lacuna e o buraco de fogo deixados pela ruptura da ponte na superfície da extremidade da peça de trabalho, extrudar o metal líquido e as inclusões oxidadas da superfície da extremidade, fazer com que o metal plástico limpo entre em contato próximo e produzir certa deformação plástica na área da junta. Isso promove a recristalização, forma grãos comuns e obtém uma junta firme.
Embora haja metal derretido durante o processo de aquecimento da soldagem de topo com flash, ela é essencialmente uma soldagem em estado plástico.
A soldagem de topo com flash de pré-aquecimento primeiro aquece a peça de trabalho com pulsos de corrente intermitentes antes de entrar nas fases de flashing e forjamento.
Os objetivos do pré-aquecimento são os seguintes:
(a) Reduzir o consumo de energia: Peças de trabalho maiores podem ser soldadas em uma máquina de solda de menor capacidade. Sem pré-aquecer a peça de trabalho a uma determinada temperatura, é impossível iniciar um processo de flashing contínuo quando a capacidade da máquina de solda é insuficiente.
(b) Diminuir a taxa de resfriamento após a soldagem: Isso é benéfico para evitar que as juntas de aço temperado produzam estruturas temperadas e rachaduras durante o resfriamento.
(c) Reduzir o tempo de intermitência: Isso pode reduzir a permissão de piscar e economizar metais preciosos.
As desvantagens do pré-aquecimento são:
(a) Prolonga o ciclo de soldagem e reduz a produtividade.
(b) Isso torna a automação do processo mais complexa.
(c) O controle do pré-aquecimento é mais difícil. Se o grau de pré-aquecimento for inconsistente, isso reduzirá a estabilidade da qualidade da junta.
2. Resistência e aquecimento na solda de topo com flash
A resistência de contato (Rc) durante a soldagem de topo com flash é a resistência total nas pontes de metal líquido entre as faces finais das duas peças de trabalho. A magnitude de Rc é determinada pelo número e pela área da seção transversal dessas pontes, ambos influenciados pela área da seção transversal da peça de trabalho, pela densidade da corrente e pela taxa de aproximação entre as peças de trabalho. À medida que esses parâmetros aumentam, o número e a área da seção transversal das pontes também aumentam, diminuindo assim o Rc.
A solda de topo com flash tem um Rc significativamente maior em comparação com a solda por resistência, persistindo durante toda a fase de flash. Embora sua resistência diminua gradualmente, ela permanece maior do que a resistência interna da peça de trabalho até o momento em que começa o forjamento, momento em que Rc desaparece completamente.
A Figura 14-5 mostra as variações típicas de Rc, 2Rω e R durante a soldagem de topo com flash. A diminuição de Rc é atribuída ao aumento do número e do tamanho das pontes devido ao aumento da temperatura das faces das extremidades e à crescente velocidade de aproximação das peças durante o processo de flash.
Como Rc é grande e dura durante toda a fase de flash, o aquecimento em juntas de solda de topo com flash depende principalmente de Rc.
3. Ciclo de soldagem, parâmetros de processo e preparação da peça de trabalho para soldagem de topo com flash
1. Ciclo de soldagem
O ciclo de soldagem da solda de topo com flash, conforme mostrado na Figura 14-7, inclui o tempo de reinicialização - o tempo que leva para a solda de topo móvel - e o tempo de reinicialização. fixação As mandíbulas retornam à posição original depois de liberar a peça de trabalho. Há dois métodos de pré-aquecimento: pré-aquecimento por resistência e pré-aquecimento por flash.
2. Parâmetros do processo
Os principais parâmetros da solda topo a topo com flash incluem: comprimento da protrusão, corrente de flash, volume de flash, velocidade de flash, volume de perturbação, velocidade de perturbação, pressão de perturbação, corrente de perturbação e força de fixação do grampo. A Figura 14-8 ilustra os volumes e os comprimentos de protrusão na soldagem de topo com flash contínuo. Abaixo estão as explicações de como cada parâmetro afeta a qualidade da soldagem e os princípios para sua seleção:
(a) Comprimento da protrusão (l0)
Assim como na soldagem por resistência, l0 afeta a distribuição de temperatura ao longo do eixo da peça de trabalho e a deformação plástica da junta. Além disso, à medida que l0 aumenta, a impedância do circuito de soldagem e a potência necessária também aumentam. Para materiais de haste e tubos de paredes espessas, l0 é normalmente (0,7-1,0)d, em que d é o diâmetro do material da haste redonda ou o comprimento lateral do material da haste quadrada.
No caso de chapas finas (δ=1-4 mm), para garantir a estabilidade durante o revolvimento, l0 geralmente é (4-5)δ.
Quando soldagem de diferentes metaisPara obter uma distribuição consistente da temperatura em ambas as peças de trabalho, o l0 do metal com condutividade elétrica e térmica mais baixa deve ser menor. A Tabela 1 fornece valores de referência para l0 na soldagem de topo com flash diferentes metais.
(b) Corrente de flash (If) e corrente de perturbação (Iu)
Se é determinado pela área da seção transversal da peça de trabalho e pela densidade de corrente (jf) necessária para o flashing. A magnitude de jf está relacionada às propriedades físicas do metal que está sendo soldado, à velocidade de flashing, à área e ao formato da seção transversal da peça de trabalho e à condição de aquecimento da face da extremidade. Durante o processo de flash, à medida que vf aumenta gradualmente e Rc diminui, jf também aumenta. Durante o revolvimento, à medida que Rc desaparece rapidamente, a corrente aumentará para a corrente de revolvimento (Iu).
Tabela 1 Comprimentos de protrusão para solda a topo com flash de diferentes metais
| Tipos de metais | Comprimento estendido (mm) | ||
| Esquerda | Certo | Esquerda | Certo |
| Aço com baixo teor de carbono | Aço austenítico | 1.2d | 0.5d |
| Aço de médio carbono | Aço de alta velocidade | 0.75d | 0.5d |
| Aço | Latão | 1.5d | 1.5d |
| Aço | Cobre | 2.5d | 1.0d |
Observação: d refere-se ao diâmetro da peça de trabalho (mm).
Ao soldar peças de aço de seção transversal grande, para aumentar a profundidade de aquecimento da peça de trabalho, deve-se adotar uma velocidade de flashing mais lenta, e a densidade média de corrente usada geralmente não excede 5A/mm2. A Tabela 2 mostra os valores de referência para a densidade de corrente (jf) e a energia elétrica (ju) na soldagem de topo com flash de peças com uma área de seção transversal de 200 a 1000 mm2.
Tabela 2: Valores de referência para densidade de corrente (jf) e energia elétrica (ju) durante a soldagem de topo com flash
| Tipos de metais | jf （A/mm2） | jf（A/mm2） | |
| Valor médio | Valor máximo | ||
| Aço de baixo carbono | 5-15 | 20-30 | 40-60 |
| Alta Aço-liga | 10-20 | 25-35 | 35-50 |
| Liga de alumínio | 15-25 | 40-60 | 70-150 |
| Liga de cobre | 20-30 | 50-80 | 100-200 |
| Liga de titânio | 4-10 | 15-25 | 20-40 |
A magnitude da corrente é determinada pela tensão sem carga, U20, do transformador de soldagem. Portanto, na produção real, a tensão secundária sem carga é normalmente definida. Ao selecionar U20, é necessário considerar a impedância do circuito de soldagem. Uma impedância maior exige um aumento correspondente em U20. Ao soldar peças de seção transversal grande, às vezes é usado um método de ajuste da tensão secundária em estágios. Inicialmente, uma U20 mais alta é usada para iniciar o arco e, em seguida, é reduzida para um valor adequado.
(c) Taxa de fluxo instantâneo δf
O volume de flashing, δf, deve ser escolhido de modo que uma camada de metal fundido seja formada em toda a face da extremidade da peça de trabalho no final do flashing, atingindo também a temperatura de deformação plástica em uma determinada profundidade. Se δf for muito pequeno, não será possível atender a esses requisitos, o que afetará a qualidade da soldagem. Por outro lado, se δf for muito grande, resultará em um desperdício de material metálico e reduz a produtividade. A seleção de δf também deve considerar se o pré-aquecimento está envolvido, pois o pré-aquecimento da solda de topo com flash pode reduzir δf em 30-50% em comparação com a solda de topo com flash contínuo.
(d) Velocidade do flash vf
A velocidade do flash, vf, deve ser suficiente para garantir a intensidade e a estabilidade do flash. No entanto, se vf for muito alta, a zona de aquecimento será reduzida, aumentando a dificuldade de deformação plástica. Além disso, a corrente de soldagem necessária aumenta, aprofundando a profundidade do entalhe após o estouro do feixe, reduzindo, assim, a qualidade da junta. Ao selecionar vf, os seguintes fatores devem ser considerados:
1) A composição e as propriedades do material a ser soldado. Materiais com muitos elementos facilmente oxidados ou com boa condutividade e condutividade térmica exigem um vf maior. Por exemplo, a soldagem de aço inoxidável austenítico e ligas de alumínio requer um vf maior do que soldagem de aço de baixo carbono.
2) Se o pré-aquecimento está envolvido. O pré-aquecimento facilita o início de um flash e, portanto, o vf pode ser aumentado.
3) Deve haver um flash forte antes do revolvimento. O vf deve ser alto para garantir uma camada de metal uniforme na face da extremidade.
(e) Taxa de vazão de forjamento de ruptura δu
O volume de perturbação, δu, influencia a expulsão do metal líquido e o grau de deformação plástica. Se δu for muito pequeno, o metal líquido permanecerá na interface, o que pode causar defeitos como folga, encolhimento e rachaduras. Se δu for muito grande, a resistência ao impacto da junta será reduzida devido à severa flexão do limite do grão. δu é selecionado com base na área da seção transversal da peça de trabalho, aumentando à medida que a área da seção transversal aumenta.
Durante o revolvimento, para evitar a oxidação da interface, a corrente não é cortada imediatamente antes que as interfaces da face final sejam fechadas. Portanto, o volume de revolvimento deve incluir duas partes: o volume com corrente e o volume sem corrente, sendo que o primeiro é 0,5 a 1 vez maior que o segundo.
(f) Velocidade de forjamento perturbadora vu
A velocidade de revolvimento, vu, deve ser a mais rápida possível para evitar dificuldades na expulsão do metal líquido e na deformação plástica do metal na interface devido ao resfriamento do metal, bem como para evitar a oxidação do metal da face final. A velocidade mínima de revolvimento depende das propriedades do metal.
Por exemplo, a velocidade mínima de revolvimento para soldagem de aço austenítico é duas vezes maior que a do aço perlítico. Materiais com boa condutividade térmica, como ligas de alumíniorequerem uma alta velocidade de revolvimento (150-200 mm/s). Para o mesmo metal, um gradiente de temperatura maior na interface exige uma velocidade de revolvimento mais alta devido ao resfriamento mais rápido da junta.
(g) Pressão de forjamento de ruptura Fu
A pressão de ruptura, Fu, é normalmente representada como uma pressão por unidade de área, também conhecida como tensão de ruptura. A magnitude da tensão de revolvimento deve ser suficiente para expulsar o metal líquido da interface e gerar uma certa quantidade de deformação plástica na junta. Se a tensão de revolvimento for muito baixa, não haverá deformação suficiente, reduzindo a resistência da junta. Se a tensão de revolvimento for muito alta, a deformação será excessiva, causando uma severa flexão do limite do grão e, portanto, reduzindo a resistência ao impacto da junta.
A magnitude da tensão de revolvimento depende das propriedades do metal, das características de distribuição de temperatura, do volume e da velocidade de revolvimento e do formato da área da seção transversal da peça de trabalho. Os metais com resistência a altas temperaturas exigem uma alta tensão de revolvimento.
O aumento do gradiente de temperatura também exige uma tensão de ruptura maior. Devido ao aumento do gradiente de temperatura causado por uma alta velocidade de flash, os metais de soldagem com boa condutividade térmica, como cobre e alumínio ligas, requer uma alta tensão de revolvimento (150-400Mpa).
(h) Parâmetros de pré-aquecimento para solda de topo com flash:
Além dos parâmetros de processo mencionados acima, o temperatura de pré-aquecimento e a duração também devem ser consideradas. A temperatura de pré-aquecimento é escolhida de acordo com a seção transversal e a propriedades do material da peça de trabalho. Ao soldar aço de baixo carbono, a temperatura geralmente não deve exceder 700-900 graus Celsius.
À medida que a área da seção transversal da peça de trabalho aumenta, a temperatura de pré-aquecimento deve aumentar de forma correspondente. A duração do pré-aquecimento depende da potência da máquina de solda, do tamanho da seção transversal da peça de trabalho e das propriedades do metal, e pode variar em uma ampla faixa. Depende da temperatura de pré-aquecimento necessária. Durante o processo de pré-aquecimento, a redução causada pelo pré-aquecimento é pequena e não é estabelecida como um parâmetro de processo.
(i) A força de fixação (Fc) da pinça deve garantir que a peça de trabalho não escorregue durante o forjamento.
Fc está relacionado à pressão de forjamento (Fu) e ao coeficiente de atrito (f) entre a peça de trabalho e o grampo, com a seguinte relação Fc≥Fu/2f. Normalmente, F0= (1,5-4,0)Fu, com aço de baixo carbono de seção transversal compacta no limite inferior e aço inoxidável laminado a frio chapa de aço no limite superior. Quando o grampo é equipado com um dispositivo de suporte, a força de fixação pode ser bastante reduzida e, nesse momento, Fc=0,5Fu é suficiente.
3. Preparação da peça de trabalho:
A preparação da peça de trabalho para a soldagem de topo inclui: a geometria da superfície da extremidade, a usinagem da extremidade do blank e a limpeza da superfície. Na soldagem de topo, a forma geométrica e o tamanho das faces de união das duas peças de trabalho devem ser essencialmente idênticos.
Caso contrário, não será possível garantir o aquecimento consistente e a deformação plástica das duas peças, afetando assim a qualidade da junta. Na produção, a diferença no diâmetro das peças circulares não deve exceder 15%, e a das peças quadradas e tubulares não deve exceder 10%.
Ao soldar peças de trabalho com seção transversal grande, é melhor chanfrar uma extremidade da peça de trabalho para aumentar a densidade da corrente e facilitar o início do flash. Nesse caso, o pré-aquecimento ou o aumento da tensão secundária no início do flash é desnecessário.
A usinagem da extremidade do blank para a solda de topo pode ser realizada em máquinas de cisalhamento, puncionadeiras, tornos ou usando corte a plasma ou por chama, seguida da limpeza da extremidade. Na soldagem de topo com flash, o metal da extremidade é queimado durante o flash, portanto, os requisitos de limpeza da face da extremidade não são muito rigorosos. No entanto, os requisitos de limpeza da superfície de contato entre a braçadeira e a peça de trabalho devem ser os mesmos da solda de topo por resistência.
4. Soldagem a topo com flash de metais comuns:
Quase todos os aços e metais não ferrosos podem ser soldados por flash, mas, para obter juntas de alta qualidade, é necessário tomar as medidas de processo adequadas de acordo com as propriedades relevantes do metal. A análise é a seguinte:
(1) Condutividade elétrica e térmica:
Para metais com boa condutividade elétrica e térmica, deve-se usar uma potência específica e uma velocidade de flash mais altas e um tempo de soldagem mais curto.
(2) Resistência a altas temperaturas:
Para metais com alta resistência a altas temperaturas, é necessário ampliar a região termoplástica e usar uma força de forjamento maior.
(3) Faixa de temperatura de cristalização:
Quanto mais ampla for a faixa de temperatura de cristalização, mais ampla será a zona semifundida. Uma pressão de forjamento e uma retenção de forjamento maiores devem ser usadas para extrudar todo o metal derretido na zona semifundida, a fim de evitar que furos de contração, folgas, rachaduras e outros defeitos permaneçam na junta.
(4) Sensibilidade ao calor:
Há duas situações comuns. A primeira é o aço temperado, que, após a soldagem, é propenso a uma estrutura de têmpera na junta, causando aumento da dureza e diminuição da plasticidade. Em casos graves, podem se formar rachaduras por têmpera.
O aço temperado geralmente usa solda de topo com pré-aquecimento de zona de aquecimento ampla, e medidas de resfriamento lento e têmpera são tomadas após a soldagem. A segunda situação envolve metais reforçados por trabalho a frio (como o aço inoxidável austenítico), em que a junta e a zona afetada pelo calor amolecem durante a soldagem, reduzindo a resistência da junta. Na soldagem desses metais, geralmente são usadas uma velocidade de flash e uma pressão de forjamento maiores para minimizar a zona amolecida e atenuar o grau de amolecimento.
(5) Oxidação: As inclusões de óxido nas juntas prejudicam seriamente sua qualidade. Portanto, prevenir e remover a oxidação é fundamental para melhorar a qualidade da junta. A formação da oxidação varia de acordo com a composição do metal. Se o ponto de fusão do óxido formado for menor do que o do metal que está sendo soldado, o óxido terá boa fluidez e será facilmente espremido durante o forjamento.
Se o ponto de fusão do óxido for maior do que o do metal que está sendo soldado, como SiO2, Al2O3, Cr2O3, eles só poderão ser expelidos quando o metal ainda estiver em estado fundido. Portanto, quando liga de soldagem aços que contenham quantidades significativas de silício, alumínio, cromo e elementos semelhantes, devem ser adotadas medidas rigorosas de processo para eliminar completamente os óxidos.
Estas são as características da soldagem com flash comumente usada materiais metálicos:
1) Flash Soldagem de aço carbono: Esses materiais têm altos coeficientes de resistência, protegem a interface oxidando elementos de carbono para fornecer atmosferas de CO e CO2 durante o aquecimento e não contêm elementos que formam óxidos de alto ponto de fusão.
Portanto, eles são relativamente fáceis de soldar. Como o teor de carbono no aço aumenta, o coeficiente de resistência, a faixa cristalográfica, a resistência a altas temperaturas e a tendência de endurecimento também aumentam.
Portanto, é necessário aumentar a pressão de forjamento e a quantidade de forjamento de acordo. Para atenuar os efeitos do endurecimento, pode-se usar o pré-aquecimento da solda flash, seguido do tratamento térmico pós-solda.
Ao soldar aço carbono por flash, o carbono se difunde em direção à face da extremidade aquecida e é fortemente oxidado. Durante o forjamento, o metal derretido da zona semifundida com alto teor de carbono é espremido, formando uma camada sem carbono (de aparência branca, também chamada de faixa brilhante) na junta.
A largura da camada de carbono empobrecido aumenta com o aumento do teor de aço e com o prolongamento do tempo de pré-aquecimento; ela diminui com o aumento do teor de carbono e com a redução da tendência de oxidação do meio gasoso. Um tratamento térmico prolongado pode eliminar a camada depletada de carbono.
A soldagem rápida de aço carbono é a mais comumente usada. Se as condições de soldagem forem escolhidas corretamente, geralmente não haverá dificuldades. Isso se aplica até mesmo ao ferro fundido, que é difícil de soldar por fusão.
Em geral, o ferro fundido usa soldagem com flash pré-aquecido, pois a soldagem com flash contínuo pode facilmente resultar na formação de boca branca. Devido ao seu alto teor de carbono, uma quantidade significativa de CO e CO2 atmosferas protetoras são produzidas durante a intermitência, proporcionando forte autoproteção.
Mesmo com flutuações significativas nos parâmetros do processo, existe apenas uma pequena quantidade de inclusões de óxido na interface.
2) Soldagem instantânea de ligas de aço: A influência do conteúdo do elemento de liga no desempenho do aço e as medidas de processo que devem ser tomadas são as seguintes:
1) Alumínio, cromo, silício e molibdênio no aço formam facilmente óxidos de alto ponto de fusão; a velocidade de flashing e de forjamento deve ser aumentada para reduzir sua oxidação.
2) À medida que o teor de elementos de liga aumenta, a resistência a altas temperaturas melhora, exigindo um aumento na pressão de forjamento.
3) Para aços perlíticos, como elementos de liga a tendência de endurecimento aumenta, medidas devem ser tomadas para evitar a fragilidade por endurecimento.
A tabela abaixo fornece valores de referência para os parâmetros do processo de soldagem flash para aço-carbono e aço-liga.
Valores de referência para os principais parâmetros da soldagem rápida para vários tipos de aço.
| Categoria | Velocidade média do flash (mm/s) | Velocidade máxima do flash (mm/s) | Velocidade de forjamento (mm/s) | Pressão máxima de forjamento (Mpa) | Tratamento térmico pós-soldagem | ||
| Flash de pré-aquecimento | Flash contínuo | Flash de pré-aquecimento | Flash contínuo | ||||
| Aço de baixo carbono | 1.5-2.5 | 0.8-1.5 | 4-5 | 15-30 | 40-60 | 60-80 | Não é necessário resfriamento |
| Aço de baixa liga | 1.5-2.5 | 0.8-1.5 | 4-5 | ≥30 | 40-60 | 100-110 | Revenimento com resfriamento lento |
| Aço de alto carbono | ≤1.5-2.5 | 0.8-1.5 | 4-5 | 15-30 | 40-60 | 110-120 | Calor de têmpera |
| Aço de alta liga perlítico | 3.5-4.5 | 2.5-3.5 | 5-10 | 30-150 | 60-80 | 110-180 | Normalização do calor |
| Aço austenítico | 3.5-4.5 | 2.5-3.5 | 5-8 | 50-160 | 100-140 | 150-220 | Geralmente não é necessário |
As características de soldagem do aço de baixa liga são semelhantes às do aço de médio carbono, apresentando uma tendência de endurecimento, o que exige métodos adequados de tratamento térmico. Esse tipo de aço tem alta resistência a altas temperaturas e tende a formar inclusões de óxido. Exige maior pressão de forjamento e velocidades mais rápidas de flashing e forjamento.
Alta liga de aço carbono não só apresenta as características do aço de alto carbono, mas também contém uma certa quantidade de elementos de liga. Devido ao seu alto teor de carbono e à ampla faixa de temperatura de cristalização, a zona semifundida na interface é ampla.
Se a pressão de forjamento for insuficiente ou a deformação plástica não for suficiente, o metal líquido remanescente na zona de semifusão formará uma estrutura porosa. Além disso, a presença de elementos de liga pode levar a inclusões de óxido de alto ponto de fusão. Portanto, são necessárias velocidades mais altas de flashing e forjamento, maior pressão de forjamento e uma quantidade maior de forjamento.
Os principais elementos de liga do aço austenítico são Cr e Ni. Esse aço tem alta resistência a altas temperaturas, baixa condutividade elétrica e térmica, baixo ponto de fusão (comparado ao aço de baixo carbono) e contém um grande número de elementos de liga que podem facilmente formar óxidos de alto ponto de fusão (como o Cr).
Portanto, é necessária uma pressão de forjamento significativa e altas velocidades de flashing e forjamento. A alta velocidade de flashing pode reduzir a zona de aquecimento, evitando efetivamente o rápido crescimento de grãos na zona afetada pelo calor e a diminuição da resistência à corrosão.
3. Flash Soldagem de alumínio e suas ligas:
Esses materiais têm boa condutividade elétrica e térmica, um baixo ponto de fusão, são facilmente oxidados com óxidos de alto ponto de fusão e têm uma faixa estreita de temperatura plástica, o que torna a soldagem um desafio.
O soldabilidade da solda de topo em liga de alumínio é ruim. Se os parâmetros do processo não forem adequadamente selecionados, haverá tendência a inclusões de óxido, porosidade e outros defeitos, levando a uma redução significativa da resistência e da plasticidade da junta. Durante a soldagem por flash, devem ser adotadas velocidades de flash e forjamento muito altas, grande volume de forjamento e modos de forjamento forçado. O fator de potência necessário também precisa ser muito maior do que o do aço.
4. Flash Soldagem de cobre e suas ligas:
O cobre conduz melhor o calor do que o alumínio e tem um ponto de fusão mais alto, o que o torna mais difícil de soldar do que o alumínio. Durante a soldagem rápida de cobre puro, é difícil formar uma camada de metal líquido na face final, manter um processo de flashing estável e atingir uma boa faixa de temperatura plástica. Portanto, durante a soldagem, é necessária uma velocidade final de flashing, velocidade de forjamento e pressão de forjamento muito altas.
As ligas de cobre (como latão e bronze) são mais fáceis de soldar do que o cobre puro. Durante o processo de soldagem de latãoA evaporação do zinco reduz o desempenho da junta. Para diminuir a evaporação do zinco, deve-se adotar uma velocidade final de flashing muito alta, velocidade de forjamento e pressão de forjamento.
Os parâmetros do processo de soldagem rápida de alumínio, cobre e suas ligas podem ser consultados na tabela abaixo:
Condições de soldagem para soldagem rápida de metais não ferrosos e suas ligas.
| Parâmetros do processo | Material Dimensões (mm) | |||||||||||||||
| Cobre | Latão (H62) | Latão (H59) | A espessura da tira de latão (QSn6.5-1.5). | Haste de alumínio, diâmetro | Liga de alumínio | |||||||||||
| LD5 | LF6 | |||||||||||||||
| Material da haste com um diâmetro de 10 | material do tubo medindo 9,5 por 1,5 | material em folha medindo 44,5 por 10. | Diâmetro da haste | Chapas metálicas Espessura | Espessura da chapa metálica | |||||||||||
| 6.5 | 10 | 6.5 | 10 | 1-4 | 4-8 | 20 | 25 | 30 | 38 | 4 | 6 | 4-7 | ||||
| Tensão sem carga (V) | 6.1 | 5.0 | 10.0 | 2.17 | 4.41 | 2.4 | 7.5 | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| Corrente máxima (KA) | 33 | 20 | 60 | 12.5 | 24.3 | 13.5 | 41 | – | – | 58 | 63 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| Comprimento estendido (mm) | 20 | 20 | – | 15 | 22 | 18 | 25 | 25 | 40 | 38 | 43 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| Quantidade de flash (mm) | 12 | – | – | 6 | 8 | 7 | 10 | 15 | 25 | 17 | 20 | 22 | 22 | 22 | 22 | 22 |
| Duração do flash (s) | 1.5 | – | – | 2.5 | 3.5 | 2.0 | 2.2 | 3 | 10 | 1.7 | 1.9 | 2.8 | 2.8 | 2.8 | 2.8 | 2.8 |
| Velocidade média do flash (mm/s) | 8.0 | – | – | 2.4 | 2.3 | 3.5 | 4.5 | 5 | 2.5 | 11.3 | 10.5 | 7.9 | 7.9 | 7.9 | 7.9 | 7.9 |
| Velocidade máxima do flash (mm/s) | – | – | – | – | – | – | – | 12 | 6 | – | – | – | – | – | – | – |
| Remanescente de forjamento não ajustado (mm) | 8 | – | – | 9 | 13 | 10 | 12 | – | – | 13 | 13 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 |
| Velocidade de forjamento (mm/s) | 200 | – | – | 200-300 | 200-300 | 200-300 | 200-300 | 125 | 125 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 |
| Pressão de forjamento (Mpa) | 380 | 290 | 224 | – | 230 | – | 250 | – | 60-150 | 64 | 170 | 190 | 190 | 190 | 190 | 190 |
| Quantidade atual de forjamento (mm) | 6 | – | – | – | – | – | – | – | – | 6.0 | 6.0 | 7.0 | 7.0 | 7.0 | 7.0 | 7.0 |
| Fator de potência (KVA/mm2) | 2.6 | 2.66 | 1.35 | 0.9 | 1.35 | 0.95 | 2.7 | 0.5 | 0.25 | – | – | – | – | – | – | – |
As juntas de transição soldadas com flash de alumínio e cobre são amplamente usadas no setor automobilístico. Devido à diferença significativa em seus pontos de fusão, com o alumínio derretendo de 4 a 5 vezes mais rápido que o cobre, é necessário aumentar o comprimento de protrusão do alumínio de forma correspondente. Os parâmetros do processo para soldagem rápida de alumínio e cobre podem ser consultados na tabela a seguir.
Quando o alumínio e o cobre são soldados, um composto intermetálico, CuAl2pode se formar, aumentando a fragilidade da junta. Portanto, é essencial expulsar o máximo de CuAl2 o máximo possível da interface durante o forjamento.
Condições de soldagem com flash de cobre e alumínio:
| Seção transversal de soldagem（mm2） | ||||
| Diâmetro da haste | Material da tira | |||
| 20 | 25 | 40*50 | 50*10 | |
| Corrente máxima (KA) | 63 | 63 | 58 | 63 |
| Comprimento estendido (mm) para cobre e alumínio | 334 | 438 | 330 | 436 |
| Resíduo de queima (mm) | 17 | 20 | 18 | 20 |
| Tempo de flash (s) | 1.511.3 | 1.910.5 | 1.611.3 | 1.910.5 |
| Velocidade média do flash (mm/s) | 13 | 13 | 6 | 8 |
| Tolerância de forjamento (mm) | 100-120 | 100-120 | 100-120 | 100-120 |
| Velocidade de forjamento (mm/s) | 190 | 270 | 225 | 268 |
5. Flash Soldagem de titânio e suas ligas
O principal problema com a soldagem rápida de titânio e suas ligas é que a têmpera e a absorção de gases (como hidrogênio, oxigênio e hélio) reduzem a plasticidade da junta. A tendência das ligas de titânio à têmpera está relacionada aos elementos de liga adicionados. Se forem adicionados elementos β-estabilizadores, a tendência à têmpera aumenta e a plasticidade será ainda mais reduzida.
É possível obter juntas satisfatórias usando a soldagem com flash contínuo com flashing intenso e sem gás de proteção. Ao usar a soldagem com flash de pré-aquecimento com velocidades menores de flashing e forjamento, a soldagem deve ser feita em uma atmosfera protetora de Ar ou He. A temperatura de pré-aquecimento é de 1.000 a 1.200 graus e os parâmetros do processo são basicamente os mesmos da soldagem de aço, exceto pelo fato de que a permissão de flash é ligeiramente aumentada. Nesse momento, é possível obter juntas com maior plasticidade.
Os materiais de arame com um diâmetro de d≤5 mm geralmente usam solda por resistência, e os parâmetros de processo podem ser consultados na tabela a seguir:
Condições de soldagem por resistência do material do arame:
| Tipo de metal | Diâmetro (mm) | Comprimento da protrusão (mm) | Corrente de soldagem (A) | Tempo de soldagem (s) | Pressão de perturbação (N) |
| Aço carbono | 0.8 | 3 | 300 | 0.3 | 20 |
| Aço carbono | 2.0 | 6 | 750 | 1.0 | 80 |
| Aço carbono | 3.0 | 6 | 1200 | 1.3 | 140 |
| Cobre | 2.0 | 7 | 1500 | 0.2 | 100 |
| Alumínio | 2.0 | 5 | 900 | 0.3 | 50 |
| Liga de níquel-cromo | 1.85 | 6 | 400 | 0.7 | 80 |
Observação: a margem de forjamento é igual ao diâmetro do fio e a margem de forjamento atual é igual a 0,2-0,3 vezes o diâmetro.
Fios de diâmetro muito pequeno, fios feitos de materiais diferentes e fios com peças estampadas (como tampas de resistores e diodos) podem ser soldados usando a soldagem de armazenamento de energia capacitiva.
O recurso desse tipo de soldagem é que as condições de soldagem são muito rígidas e a faixa de aquecimento é extremamente estreita, reduzindo muito o impacto das propriedades físicas térmicas do metal soldado na formação da junta.
Mais comumente usado no setor de construção, soldagem de vergalhões Normalmente, a soldagem por resistência é usada para diâmetros d10 mm; e a soldagem com flash pré-aquecido para d>30 mm. Ao usar uma máquina de solda manual, devido à baixa potência da máquina de solda (geralmente não superior a 50KVA), a soldagem com flash pré-aquecido é geralmente usada quando d=15-20mm.
Durante a soldagem com haste, podem ser usados eletrodos de fixação semicirculares ou em forma de V, sendo que os últimos são usados para vários diâmetros e, portanto, amplamente aplicados. As hastes têm uma seção transversal sólida e alta rigidez, permitindo comprimentos de protrusão mais longos. Os parâmetros do processo de soldagem por resistência de varetas de aço com baixo teor de carbono e soldagem flash podem ser consultados nas tabelas a seguir:
Condições de soldagem por resistência da haste de aço de baixo carbono:
| Área da seção transversal (mm)2) | Comprimento da protrusão (mm)2) | Quantidade de contração de soldagem (mm) | Densidade de corrente (A/mm2) | Tempo de soldagem (s) | Pressão de soldagem (MPa) | |
| Ligado | Sem energia | |||||
| 25 50 100 250 | 6+6 8+8 10+10 12+12 | 0.5 0.5 0.5 10 | 0.9 0.9 1.0 1.8 | 200 160 140 90 | 0.6 0.8 1.0 1.5 | 10-20 |
1) Aumento de 20-30% ao soldar aço temperado.
2) Para aço temperado, aumente em 100%.
O momento e o fluxo da soldagem flash para hastes de aço de baixo carbono.
| Diâmetro de soldagem (mm) | Pré-aquecimento da solda a topo com flash | Pré-aquecimento da solda a topo com flash | |||||||
| Medida de reserva (mm) | Tempo (s) | Medida de reserva (mm) | Tempo (s) | ||||||
| Vazão total | Pré-aquecimento e intermitência | Forjamento de problemas | Pré-aquecimento | Flash e forjamento | Vazão total | Flash | Forjamento de problemas | ||
| 5 | – | – | – | – | – | 6 | 4.5 | 4.5 | 2 |
| 10 | – | – | – | – | – | 8 | 6 | 6 | 3 |
| 15 | 9 | 6.5 | 2.5 | 3 | 4 | 13 | 10.5 | 10.5 | 6 |
| 20 | 11 | 7.5 | 3.5 | 5 | 6 | 17 | 14 | 14 | 10 |
| 30 | 16 | 12 | 4 | 8 | 7 | 25 | 21.5 | 21.5 | 20 |
| 40 | 20 | 14.5 | 5.5 | 20 | 8 | 40 | 35.5 | 35.5 | 40 |
| 50 | 22 | 15.5 | 6.5 | 30 | 10 | – | – | – | – |
| 70 | 26 | 19 | 7 | 70 | 15 | – | – | – | – |
| 90 | 32 | 24 | 8 | 120 | 20 | – | – | – | – |
A soldagem de tubos é amplamente usada na fabricação de caldeiras, engenharia de tubulações e fabricação de equipamentos de petróleo. Dependendo da seção transversal e do material do tubo, é selecionada a soldagem flash contínua ou pré-aquecida. O eletrodo de fixação pode ser semicircular ou em forma de V.
Em geral, quando a relação entre o diâmetro do tubo e a espessura da parede é maior que 10, pode-se escolher um formato semicircular para evitar que o tubo seja achatado. Um formato em V pode ser escolhido quando a proporção for menor que 10.
Para evitar que o tubo escorregue no eletrodo de fixação, o eletrodo de fixação deve ter um comprimento de trabalho adequado. Quando o diâmetro do tubo é de 20 a 50 mm, o comprimento da peça de trabalho é de 2 a 2,5 vezes o diâmetro do tubo; quando o diâmetro do tubo é de 200 a 300 mm, é de 1 a 1,5 vezes. Os parâmetros do processo para a soldagem flash contínua de tubos de aço de baixo carbono e de aço de liga podem ser consultados na tabela a seguir:
Condições de soldagem de flash contínuo para tubos de aço 20#, 12Cr1MoV e 12Cr18Ni12Ti:
| Tipo de aço | Tamanho (mm) | Tensão secundária sem carga (V) | Comprimento da extensão 2L (mm) | Deslocamento do flash (mm) | Velocidade média do flash (mm/s) | Folga de forjamento (mm) | Quantidade atual de forjamento (mm) |
| 20 | 25×3 32×3 32×4 32×5 60×3 | 6.5-7.0 | 60-70 | 11-12 11-12 15 15 15 | 1.37-1.5 1.22-1.33 1.25 1.0 1.15-1.0 | 3.5 2.5-4.0 4.5-5.0 5.0-5.5 4.0-4.5 | 3.0 3.0 3.5 4.0 3.0 |
| 12Cr1MoV | 324 | 6-6.5 | 60-70 | 17 | 1.0 | 5.0 | 4.0 |
| 12Cr18Ni12Ti | 324 | 6.5-7.0 | 60-70 | 15 | 1.0 | 5.0 | 4.0 |
Os tubos de aço de grande diâmetro e paredes espessas são normalmente soldados por flash usando um processo de pré-aquecimento, com os parâmetros técnicos mencionados na tabela a seguir:
As condições de soldagem para soldagem rápida de tubos de aço de baixo carbono de seção transversal grande após o pré-aquecimento.
| Seção transversal do tubo (mm2) | Tensão secundária sem carga (v) | Comprimento estendido 2L (mm) | Tempo de pré-aquecimento (segundos) | Tolerância de flash (mm) | Velocidade média do flash (mm/s) | Tolerância de inclinação (mm) | Quantidade de perturbação elétrica (mm) | |
| Tempo total | Duração do pulso | |||||||
| 4000 | 6.5 | 240 | 60 | 5.0 | 15 | 1.8 | 9 | 6 |
| 10000 | 7.4 | 340 | 240 | 5.5 | 20 | 1.2 | 12 | 8 |
| 16000 | 8.5 | 380 | 420 | 6.0 | 22 | 0.8 | 14 | 10 |
| 20000 | 9.3 | 420 | 540 | 6.0 | 23 | 0.6 | 15 | 12 |
| 32000 | 10.4 | 440 | 720 | 8.0 | 26 | 0.5 | 16 | 12 |
A solda de topo em chapas finas é amplamente utilizada em linhas de produção contínua para laminação de chapas de aço no setor metalúrgico. A largura das chapas varia de 300 a mais de 1.500 mm, e a espessura varia de menos de 1 mm a vários milímetros. Os materiais incluem aço-carbono, aço-liga, metais não ferrosos e suas ligas, etc.
Após a soldagem de topo da chapa, a junta passará por laminação e produzirá uma grande quantidade de deformação plástica, portanto, não só deve ter uma certa resistência, mas também alta plasticidade. Para chapas de aço com espessura inferior a 5 mm, a solda de topo com flash contínuo é geralmente usada com um eletrodo plano conduzindo em um lado. Quando a chapa é espessa, a solda de topo com flash pré-aquecido é usada com condução em ambos os lados para garantir o aquecimento uniforme ao longo de toda a face da extremidade.
Ao soldar chapas finas, a proporção entre o comprimento e a largura da seção transversal é grande, a área é dispersa, a junta esfria rapidamente e a autoproteção durante o processo de flashing é fraca.
Ao mesmo tempo, a ponte de líquido é pequena e a camada de metal líquido na face da extremidade é fina, o que é propenso a oxidação e solidificação.
Portanto, é necessário aumentar a velocidade do flashing e do forjamento. Após a soldagem, as rebarbas devem ser removidas enquanto a junta ainda estiver quente usando um dispositivo de corte de rebarbas. Os parâmetros do processo para a soldagem rápida de chapas de aço de baixo carbono e de aço inoxidável podem ser consultados nas duas tabelas a seguir:
Flash e retenção de forjamento de chapas de aço de baixo carbono:
| Espessura (mm) | Largura (mm) | Subsídio（mm） | ||||
| Fluxo total | Flash Remainder | Subsídio para forjamento | ||||
| Fluxo total | Com energia | Sem energia | ||||
| 2 | 100 | 9.5 | 7 | 2 | 1 | 1 |
| 400 | 11.05 | 9 | 2.5 | 1.5 | 1 | |
| 1200 | 15 | 11 | 4 | 2 | 2 | |
| 2000 | 17.5 | 15 | 4.5 | 2 | 2.5 | |
| 3 | 100 | 12 | 9 | 3 | 2 | 1 |
| 400 | 15 | 11 | 4 | 2.5 | 2 | |
| 1200 | 16 | 13 | 5 | 2 | 3 | |
| 2000 | 20 | 14 | 6 | 3 | 3 | |
| 4-5 | 100 | 14 | 10 | 4 | 2 | 2 |
| 400 | 17 | 12 | 5 | 2 | 2 | |
| 1200 | 20 | 14 | 6 | 3 | 3 | |
| 2000 | 21 | 15 | 6 | 3 | 3 | |
Taxa de fluxo para flash soldagem de aço inoxidável placas.
| Espessura (mm) | Distância final de fixação (mm) | Tolerância de flash (mm) | Tolerância de inclinação (mm) | Comprimento total da protrusão (mm) |
| 1.0 | 3 | 5.5 | 1.5 | 10 |
| 1.5 | 5 | 8 | 2 | 15 |
| 2 | 6 | 10.5 | 2.5 | 19 |
| 2.5 | 7 | 13 | 3.0 | 23 |
| 3 | 9.5 | 15 | 3.5 | 27 |
| 4 | 11 | 15 | 4 | 30 |
| 5 | 15 | 18 | 5 | 38 |
| 6 | 16 | 18 | 6 | 40 |
| 10 | 18 | 20 | 7 | 55 |
| – | – | – | – | – |
Ao soldar peças de anéis (como aros de roda, anéis de corrente, anéis de rolamento, bordas de montagem de motores a jato etc.), além de considerar as regras gerais de soldagem de topo, os efeitos de desvio e deformação de retorno elástico das peças de anéis também devem ser observados. Devido à existência de manobras, a potência necessária precisa ser aumentada em 15-50%. O desvio aumenta com a diminuição do diâmetro da peça do anel, o aumento da seção transversal e a diminuição da resistividade do material.
Na soldagem de topo de peças de anel, a seleção da pressão de forjamento deve considerar o impacto da recuperação da deformação. Entretanto, como a derivação tem um efeito de aquecimento na parte traseira do anel, o aumento da pressão de forjamento não é grande.
Os aros de aço de bicicletas e motocicletas e os aros de rodas de carros usam solda de topo com flash contínuo. A extremidade frontal do eletrodo de fixação deve corresponder à seção transversal da peça de trabalho. Durante o forjamento, para evitar que a força de rebote afete a qualidade da junta ou até mesmo abra a junta, o tempo de forjamento sem corrente precisa ser estendido.
Correntes de ancoragem, correntes de acionamento e outros anéis de corrente são feitos principalmente de aço de baixo carbono e aço de baixa liga. Quando o diâmetro d 20 mm, a solda de topo com flash de pré-aquecimento pode ser usada. O objetivo do pré-aquecimento é garantir um aquecimento uniforme na interface e produzir facilmente uma certa deformação plástica durante o forjamento.
Os parâmetros do processo para soldagem de topo de anel de corrente podem ser consultados nas duas tabelas a seguir:
Condições de solda de topo para correntes de ancoragem:
| Diâmetro da corrente da âncora (mm) | Tensão secundária (V) | Corrente primária (A) | Número de interrupções de pré-aquecimento | Tempo de ativação da soldagem (s) | Velocidade de perturbação (mm/s) | Velocidade de intermitência (mm/s) | 留量（mm） | ||||||
| Flash | Curto-circuito | Compensação natural | Velocidade constante | Aceleração | Com componente elétrico | Sem componente elétrico | Total | ||||||
| 28 | 9.27 | 420 | 550 | 2-4 | 19±1 | 45-50 | 0.9-1.1 | 1.5 | 4 | 2 | 1.0-1.5 | 1.5 | 10-11 |
| 31 | 10.3 | 450 | 580 | 3-5 | 22±1.5 | 45-50 | 0.9-1.1 | 2 | 4 | 2 | 1.0-1.5 | 1.5 | 10-11 |
| 34 | 10.3 | 460 | 620 | 3-5 | 24±2 | 45-50 | 0.8-1.0 | 2 | 4 | 2 | 1.5 | 1.5 | 11-12 |
| 37 | 8.85 | 480 | 680 | 4-6 | 28±2 | 30 | 0.8-1.0 | 2.5 | 5 | 2 | 1.5 | 1.5-2 | 12-13 |
| 40 | 10.0 | 500 | 720 | 5-7 | 30±2 | 30 | 0.7-0.9 | 2 | 5 | 2 | 1.5-2 | 2 | 12-13 |
Condições de soldagem para soldagem por resistência de anéis de corrente de pequeno diâmetro.
| Diâmetro (mm) | Potência nominal da máquina de solda (KVA) | Tensão secundária (V) | Tempo de soldagem (segundos) | Número de elos de corrente soldados por minuto. | |
| Ligar | Desligado | ||||
| 19.8 | 250 | 4.4-4.55 | 4.5 | 1.0 | 6.4 |
| 16.7 | 250 | 3.4-3.55 | 5.0 | 1.0 | 6.4 |
| 15.0 | 175 | 3.8-4.0 | 3.0 | 1.0 | 6.6 |
| 13.5 | 175 | 3.8-4.0 | 2.5 | 1.0 | 8.8 |
| 12.0 | 175 | 2.8 | 1.5 | 0.8 | 8.6 |
A soldagem de topo de ferramentas é atualmente um dos métodos de fabricação usados no setor de fabricação de ferramentas para a fabricação de peças em bruto, envolvendo principalmente a soldagem de topo de aço rápido (W8Cr4V, W-9Cr4V2) e aço carbono médio. A solda de topo de ferramentas tem as seguintes características:
1) O aço rápido e o aço carbono médio têm diferenças significativas em termos de condutividade térmica e resistividade. À temperatura ambiente, para o aço carbono médio, λ=0,42W/(cm℃), ρ0=18-22μΩcm; para o aço rápido, λ=0,23W/(cm℃), ρ0=48Ωcm. Para que a distribuição de temperatura em ambos os lados da junta seja basicamente a mesma, o comprimento da protrusão do aço rápido deve ser 30-50% menor do que o do aço carbono médio. Geralmente, o comprimento da protrusão do aço rápido é (0,5-1,0)d. Para evitar a dissipação de calor muito rápida, o comprimento da saliência não deve ser inferior a 10 mm.
2) O aço de alta velocidade tem uma alta tendência à têmpera, e a dureza aumentará muito após a soldagem, podendo ocorrer rachaduras por têmpera. Para evitar rachaduras, pode-se usar a soldagem de topo com flash de pré-aquecimento. Durante o pré-aquecimento, o metal em um intervalo de 5 a 10 mm próximo à interface é aquecido a 1100-1200°C. Após a soldagem, recozimento é realizada mantendo-se a 600-700 ℃ em um forno elétrico por 30 minutos.
3) Quando o aço rápido é aquecido a altas temperaturas, pode ocorrer o alargamento dos grãos ou a formação de eutéticos de ledeburita nos limites dos grãos semifundidos, tornando a junta frágil. A eutética de ledeburita não pode ser eliminada por tratamento térmico. Portanto, é necessário forjar o suficiente para eliminar essa estrutura. Os parâmetros do processo para soldagem de topo com ferramenta podem ser consultados na tabela abaixo:
Condições de soldagem de topo com ferramenta:
| Diâmetro (mm) | Área (mm)2) | Tensão secundária (V) | Comprimento estendido (mm) | Margem (mm) | |||||||
| Pré-aquecimento | Flash | Forjamento incômodo | Vazão total | Reserva de aço-ferramenta | Reserva de aço carbono | ||||||
| Aço para ferramentas | Aço carbono | Alimentado | Sem energia | ||||||||
| 8-10 | 50-80 | 3.8-4 | 10 | 15 | 1 | 2 | 0.5 | 1.5 | 5 | 3 | 2 |
| 11-15 | 80-180 | 3.8-4 | 12 | 20 | 1.5 | 2.5 | 0.5 | 1.5 | 6 | 3.5 | 2.5 |
| 16-20 | 200-315 | 4-4.3 | 15 | 20 | 1.5 | 2.5 | 0.5 | 1.5 | 6 | 3.5 | 2.5 |
| 21-22 | 250-380 | 4-4.3 | 15 | 20 | 1.5 | 2.5 | 0.5 | 1.5 | 6 | 3.5 | 2.5 |
| 23-24 | 415-450 | 4-4.3 | 18 | 27 | 2 | 2.5 | 0.5 | 2 | 7 | 4 | 3 |
| 25-30 | 490-700 | 4.3-4.5 | 18 | 27 | 2 | 2.5 | 0.5 | 2 | 7 | 4 | 3 |
| 31-32 | 750-805 | 4.5-4.8 | 20 | 30 | 2 | 2.5 | 0.5 | 2 | 7 | 4 | 3 |
| 33-35 | 855-960 | 4.8-5.1 | 20 | 30 | 2 | 2.5 | 0.5 | 2 | 7 | 4 | 3 |
| 36-40 | 1000-1260 | 5.1-5.5 | 20 | 30 | 2.5 | 3 | 0.5 | 2 | 8 | 5 | 3 |
| 41-46 | 1320-1660 | 5.5-6.0 | 20 | 30 | 2.5 | 3 | 1.0 | 2.5 | 9 | 5.5 | 3.5 |
| 47-50 | 1730-1965 | 6.0-6.5 | 22 | 33 | 2.5 | 3 | 1.0 | 2.5 | 9 | 5.5 | 3.5 |
| 51-55 | 2000-2375 | 6.5-6.8 | 25 | 40 | 2.5 | 3 | 1.0 | 3.5 | 10 | 6 | 3.5 |
| 55-30 | – | 7.0-8.0 | 25 | 40 | 2.5 | 4 | 1.5 | 4 | 12 | 7 | 5 |
1) Solda de topo com flash de tensão reduzida controlada por programa:
Esse método é caracterizado pelo uso de uma tensão de circuito aberto secundária mais alta no início do estágio de flash para facilitar o início do flash. Depois que a temperatura da superfície da extremidade aumenta, um flash de tensão mais baixa é usado, mantendo a velocidade do flash constante para melhorar a eficiência térmica.
Ao se aproximar do estágio de forjamento, a tensão secundária é aumentada novamente para intensificar o flash e aumentar o efeito de autoproteção. Em comparação com a soldagem de topo com flash de pré-aquecimento, a soldagem de topo com flash de tensão reduzida controlada por programa tem vantagens como menor tempo de soldagem, menor necessidade de energia e aquecimento mais uniforme.
2) Solda de topo com flash de pulso:
A característica desse método é que, durante o movimento para frente do grampo dinâmico, uma jornada de vibração recíproca é sobreposta por meio de um dispositivo de vibração hidráulica. A amplitude é de 0,25 a 1,2 mm e a frequência é ajustável uniformemente entre 3 e 35 Hz. A vibração faz com que as superfícies das extremidades da peça de trabalho entrem em curto-circuito e se separem alternadamente, gerando flashes pulsantes.
Em comparação com a soldagem de topo com flash comum, a soldagem de topo com flash de pulso pode mais do que dobrar a eficiência térmica devido à ausência de explosão espontânea sobre a viga. As partículas de respingos são menores e a boca de fogo é rasa, permitindo que a tolerância de forjamento seja reduzida para 2/3-1/2.
Os dois métodos acima foram projetados principalmente para atender às necessidades de soldagem de topo com flash de peças de seção grande.
3) Solda de topo com flash de onda retangular:
Em comparação com a soldagem de topo com flash de onda sinusoidal CA de frequência industrial, esse método pode melhorar significativamente a estabilidade do flash. Como a tensão da fonte de alimentação de onda senoidal está próxima de zero, isso fará com que o flash seja interrompido instantaneamente, enquanto a onda retangular pode gerar flashes uniformemente durante todo o ciclo, independentemente da fase da tensão.
O número de flashes por unidade de tempo de uma fonte de energia de onda retangular é 30% maior do que o da CA de frequência industrial, e as partículas de metal respingadas são finas, com uma boca de fogo rasa e alta eficiência térmica. A frequência da onda retangular pode ser ajustada em uma faixa de 30 a 180 Hz. Esse método é frequentemente usado para soldagem de topo com flash contínuo de chapas finas e aros de rodas de liga de alumínio.
As costuras de solda de topo incluem soldas de topo penetradas e juntas em forma de T combinadas com juntas de canto (doravante denominadas soldas de topo), bem como soldas de topo parcialmente penetradas e juntas em forma de T combinadas com juntas de canto.
Como a força sofrida pelas soldas de topo parcialmente penetradas é semelhante à das soldas de canto, isso será discutido na próxima seção.
As soldas de topo geralmente exigem que as peças de trabalho sejam feitas em uma ranhura, por isso também são chamadas de soldas de ranhura. A forma da ranhura está relacionada à espessura da peça de trabalho. Quando a espessura da peça de trabalho é muito pequena (soldagem manual de 6 mm, soldagem submersa de 6 mm, soldagem de topo), a forma da ranhura está relacionada à espessura da peça de trabalho. soldagem a arco 10 mm), uma costura de borda reta pode ser usada.
Para peças de espessura geral, pode ser adotada uma solda em forma de V de um lado ou em forma de V com uma ranhura inclinada.
A ranhura inclinada e a lacuna da raiz c formam um espaço de soldagem onde a haste de soldagem pode girar, fazendo com que o costura de solda fácil de penetrar; a borda romba p tem a função de sustentar o metal fundido.
Para peças mais grossas (t>20 mm), são usadas ranhuras em forma de U, K e X (Figura 3.2.1). Para costuras em forma de V e em forma de U, a raiz da costura de solda precisa ser preenchida.
(a) Ranhura de borda reta
(b) Face única V ranhura
(c) Ranhura em V
(d) Ranhura em U
(e) Ranhura K
(f) Ranhura X
Na junção das soldas de topo, quando a largura da peça de trabalho varia ou a diferença de espessura excede 4 mm, um ângulo de chanfro não superior a 1:2,5 deve ser formado em um ou ambos os lados na direção da largura ou da espessura (3.2.2). Isso facilita a transição mais suave da seção transversal e reduz a concentração de tensão.
Defeitos como buracos de arco geralmente ocorrem no início e no final da costura de solda, afetando significativamente a capacidade de suporte de carga.
Portanto, é uma prática comum configurar um ataque de arco A placa de impacto do arco e uma placa de escoamento do arco (Figura 3.2.3) durante a soldagem, que são removidas depois. Quando for desafiador instalar uma placa de ataque do arco (escoamento) para estruturas sob cargas estáticasé permitido não organizá-las.
Nesse caso, o comprimento calculado da costura de solda pode ser igual ao comprimento real menos 2t (onde t é a espessura da peça de trabalho mais fina).
(a) Alterar a largura.
(b) Altere a espessura.
A resistência de uma junta de solda de topo está relacionada a vários fatores, como o tipo de aço usado, a Tipo de vareta de soldae os padrões de inspeção de qualidade da costura de solda.
Se não houver defeitos na solda, a resistência do metal de solda excederá a do metal de base. Entretanto, devido a tecnologia de soldagem Em caso de problemas, defeitos como porosidade, inclusão de escória, rebaixamento e penetração incompleta podem estar presentes na solda.
Os experimentos mostraram que defeitos de soldagem têm pouco impacto sobre a resistência à compressão e ao cisalhamento das juntas de solda de topo. Portanto, presume-se que a resistência à compressão e ao cisalhamento das juntas de solda de topo seja igual à resistência do material de base.
No entanto, as juntas de solda de topo de tração são altamente sensíveis a defeitos. Quando a relação entre a área do defeito e a área da seção transversal da solda exceder 5%, a resistência à tração da junta de solda de topo diminuirá sensivelmente. Como as soldas que passam por uma inspeção de terceiro nível podem apresentar mais defeitos, sua resistência à tração é de 85% da solda-mãe resistência do metal.
Por outro lado, a resistência à tração das soldas que passam por inspeções de primeiro ou segundo nível pode ser considerada igual à resistência do material de base.
Como a junta de solda de topo faz parte da seção transversal da solda, a distribuição de tensão na solda é quase idêntica à da solda original. Portanto, o método de cálculo é o mesmo usado para o cálculo da resistência de componentes estruturais.
(1) Soldas de topo com carga axial
Em juntas de topo e juntas em T, a resistência das soldas de topo perpendiculares às forças axiais de tração ou compressão (N) (Figura 3.2.4) deve ser calculada usando a seguinte fórmula:
Na equação:
Em conformidade com os padrões de construção e aceitação, as placas de proteção contra arco devem ser aplicadas em todas as soldas de topo para evitar defeitos de iniciação e terminação de arco em ambas as extremidades da costura de solda.
Portanto, o comprimento calculado do cordão de solda deve ser equivalente ao comprimento real. No entanto, em certos casos especiais, como juntas em T, se for difícil aplicar a placa de impacto, o comprimento calculado de cada costura de solda deve ser reduzido em 2t.
Portanto, sob a greve geral do arco soldagem de chapas Em condições normais, todas as soldas de topo comprimidas e cisalhadas, bem como as soldas de tensão de primeiro e segundo níveis, são iguais em resistência ao metal de base e não exigem cálculo. Somente as soldas de tensão de terceiro nível precisam ser calculadas.
Se as costuras de solda direta não puderem atender aos requisitos de resistência, podem ser usadas soldas de topo oblíquas. A solda oblíqua de tensão axial mostrada na Figura 3.2.5 pode ser calculada usando a seguinte fórmula:
Na fórmula, lw representa o comprimento calculado da costura de solda: quando a placa de arco é adicionada, l = b/sinθ; sem a placa de arco, lw = b/sinθ - 2t.
Fvw - Valor de projeto da resistência ao cisalhamento para cordão de solda de topo.
Quando o ângulo de inclinação θ da costura de solda oblíqua for menor ou igual a 56,3°, ou, em outras palavras, quando a tangente de θ for menor ou igual a 1,5, ela poderá ser considerada tão resistente quanto o material de base, e nenhum cálculo será necessário.
Os cordões de solda de topo oblíquos foram amplamente utilizados na década de 1950. No entanto, devido ao grande consumo de materiais e ao processo de construção inconveniente, elas foram gradualmente deixando de ser usadas e foram substituídas por costuras de solda de topo retas.
Normalmente, as costuras retas são soldadas com uma placa de arco de chumbo. Se a resistência à tração não atender aos requisitos, um padrão de inspeção secundário poderá ser adotado ou a posição da junta poderá ser movida para um local com menos força interna.
[Exemplo 3-1] Teste a resistência da costura de solda de topo da chapa de aço mostrada na Figura 3.2.6. Na figura, a = 540 mm, t = 22 mm e o valor de projeto da força axial é N = 2500 kN. O aço é Q235-B, soldado manualmente, com haste de solda do tipo E43, padrão de inspeção de terceiro nível da costura de solda, e uma placa de arco de chumbo é adicionada durante a soldagem.
[Solução] O comprimento calculado da conexão de costura reta é lw=54cm. A tensão normal da costura de solda é:
Se não atender aos requisitos, use uma solda de topo diagonal, com uma inclinação de corte de 1,5:1, ou seja, 8=56°, e um comprimento de solda de:
Portanto, a tensão normal nesse momento é:
A tensão de cisalhamento é:
Isso indica que, quando tanθ ≤ 1,5, o resistência da solda pode ser garantido e não há necessidade de verificação.
(2) Costuras de solda de topo sujeitas ao efeito combinado de momento de flexão e força de cisalhamento
A junta de topo mostrada na Figura 3.2.7 (a) suporta a influência combinada do momento de flexão e da força de cisalhamento.
Como a seção transversal da costura de solda é retangular, os perfis de tensão normal e de tensão de cisalhamento se manifestam como formas triangulares e parabólicas, respectivamente. Seus valores máximos devem atender às seguintes condições de resistência.
Na fórmula:
A Figura 3.2.7(b) ilustra uma junta de uma viga de seção I, empregando uma solda de topo. Além de verificar separadamente a tensão máxima de tração e a tensão de cisalhamento, para áreas sujeitas a tensões significativas de tração e cisalhamento, como a junção da alma e do flange, a tensão equivalente também deve ser verificada usando a equação a seguir:
Na fórmula, σ1 e τ1 representam a tensão normal e a tensão de cisalhamento no ponto de verificação do cordão de solda, respectivamente.
1.1 - Levando em consideração que a tensão máxima equivalente aparece apenas localmente, aumentamos o valor do projeto de resistência adequadamente.
(3) Costuras de solda de topo sob a ação combinada de força axial, momento de flexão e força de cisalhamento
Quando a força axial é combinada com o momento de flexão e a força de cisalhamento, a tensão normal causada pela força axial e pelo momento de flexão no cordão de solda deve ser sobreposta. A tensão de cisalhamento ainda deve ser verificada de acordo com o teste (3.2.5), e a tensão equivalente ainda deve ser verificada de acordo com o teste (3.2.6).
Além de considerar se o comprimento da costura de solda é reduzido ou se a resistência da costura de solda precisa ser descontada, o método de cálculo para a costura de solda de topo é completamente idêntico ao cálculo de resistência do material de base.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
PT_BR 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
RU 
KO