Especialização Em Engenharia De Soldagem: Disciplina: Sld004 – Consumíveis De Soldagem Prof. Adilson Manjon Moreno

ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃOPAULO

LABORATÓRIO DE SOLDAGEM E JUNÇÃO EPUSP - PMT

Especialização em Engenharia de Soldagem

Disciplina: SLD004 – Consumíveis de Soldagem Prof. Adilson Manjon Moreno

APOIO TÉCNICO

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Sumário 1. 2. 3. 4. 5.

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Principais Tipos de Consumíveis de Soldagem Processo de Fabricação de Consumíveis de Soldagem Inspeção de Consumíveis de Soldagem Normalização de Consumíveis de Soldagem Orientação para Compra de Consumíveis de Soldagem

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Relevância do tema

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O conhecimento das especificações e características dos diversos consumíveis de soldagem é uma ferramenta muito importante na busca da melhor produtividade para os diversos processos de soldagem.

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1. Principais Tipos de Consumíveis de Soldagem

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Terminologia

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Europeia Americana Manual Metal Arc – MMA Shielded Metal Arc – SMAW Metal Inert Gas – MIG Gas Metal Arc – GMAW Tungsten Inert Gas – TIG Gas Tungsten Arc – GTAW DC Electrode Positive – DCEP Reverse Polarity – DCRP DC Electrode Negative – DCEN Straight Polarity - DCSP Submerged Arc Welding - SAW Flux Cored Arc Welding - FCAW Plasma Arc Welding - PAW

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Taxa de Deposição e Diluição para Diferentes Métodos de Soldagem

Método de Soldagem SMAW SMAW MIG (spray) MIG (spray) TIG SAW (arame) SAW (fita) Eletroescória (fita) FCAW

Diâmetro do Consumível Taxa de Deposição (mm) (Kg/h) 3,25 1,5 5,00 3 1,20 2–5 1,60 3–7 2,40 1–2 3,20 4–8 0,5 x 60 15 – 17 0,5 x 60 20 – 22 1,20 3–6

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Diluição (%) 30 35 30 30 20 35 15 10 25

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Taxa de Deposição e Diluição para Diferentes Métodos de Soldagem

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Comparação entre taxas de deposição para diferentes consumíveis

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Eletrodo Revestido

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• Eletrodos revestidos são os consumíveis de soldagem mais flexíveis e comumente utilizados. Podem ser empregados para a soldagem de aços carbono, aços inoxidáveis, ligas de cobre, ligas de níquel, ligas de alumínio e ferros fundidos; • Caracterizados pela grande flexibilidade em todas as posições de soldagem; • Os eletrodos revestidos são amplamente empregados para diversos segmentos industriais, desde fabricação de equipamentos pesados até reparos de manutenção.

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Eletrodo Revestido

A = Alma metálica B = Revestimento (mineral + metais) C = Plasma D = Escória solidificada E = Metal de solda F = Poça de fusão G = Arco com gotas metálicas H = Metal de base

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Eletrodo Revestido • Revestimento do eletrodo

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Alma metálica Revestimento básico Sessão transversal do eletrodo AWS A5.1 E7018. Diâmetro 3,2mm. Engenharia de Soldagem – EPUSP

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Eletrodo Revestido

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• Tipos de revestimento - Baseado na usabilidade dos eletrodos, os revestimentos podem ser classificados pelos seguinte tipos: - Revestimentos básicos: Esse revestimento possui alto conteúdo de CaF2e CaCO3, o que proporciona ao metal de solda baixos níveis de óxidos e poucas inclusões. Como resultado deste característica, os valores de tenacidade são melhorados, incluindo baixos teores de hidrogênio difusível. Exemplo: AWS A5.1 E7018; - Revestimentos rutílicos: Esse tipo de revestimento apresenta grandes quantidades de TiO2 em sua composição, promovendo maior facilidade na ignição do arco, boa remoção de escória e bom acabamento do cordão de solda. Entretanto, as propriedades mecânicas são inferiores aquelas obtidas usando eletrodos de revestimento básico;

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Eletrodo Revestido

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- Revestimentos celulósicos: Esse tipo de revestimento possui uma alta carga de celulose (maior que 30%) caracterizando os eletrodos celulósicos uma alta potência de arco aliado a uma profunda penetração do metal de solda. Eletrodos celulósicos apresentam baixo volume de escória, arco elétrico tipo spray e devido ao controle de umidade contida no revestimento, nunca devem ser ressecados.

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Arame Tubular

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• A soldagem por arame tubular é caracterizada por altas taxas de deposição metálica, boa flexibilidade e boa soldabilidade. O cordão de solda resultante possui bom acabamento; • O arame tubular é composto de um tudo metálico (aço inoxidável ou aço carbono) preenchido com fluxo granular. O fluxo contém compostos formadores de escória e elementos de liga; • O fluxo é especificamente formulado para garantir a correta composição química do cordão de solda, além de fornecer as propriedades mecânicas requeridas e promover a boa soldabilidade do consumível nas posições recomendadas.

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Arame Tubular

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Fita metálica

Fluxo granular Sessão transversal do arame AWS E71T-1. Diâmetro 1,2mm. Engenharia de Soldagem – EPUSP

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Arame Tubular

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• Principais aplicações: indústrias nuclear e naval, construção de plataformas para exploração de petróleo e fabricação de estruturas e peças de aço carbono, aços de baixa liga e aços inoxidáveis. • A formação de uma escória protetora aliado a utilização de gás de proteção faz com que a soldagem por arame tubular seja mais indicada para aplicações em campo do que as soldagens MIG e TIG

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Arame Tubular

(a)

(b)

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(c)

Três tipos de arames tubulares: (a) open arc, (b) flux cored e (c) metal cored.

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Arame Tubular

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Arco Submerso

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• A soldagem por arco submerso é caracterizada pela alta produtividade de soldagem de sessões espessas; • Seu principal uso está na soldagem de seções espessas (maiores do que 10mm) na posição plana;

• Também utilizada para soldagem de revestimento (cladding).

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Arco Submerso

A = Metal de solda B = Escória protetora C = Remoção de fluxo D = Ponta de contato E = Arame F = Fluxo G = Alimentador de fluxo H = Passe de raiz I = Metal de base

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Arco Submerso

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• Fluxo – Na soldagem por arco submerso, tanto o arco elétrico quanto a poça de fusão são protegidos por uma camada de fluxo; – O fluxo desempenha um papel importante na soldabilidade do material e nas propriedades do cordão de solda; – Durante a soldagem, parte do fluxo fundido é transferido ao cordão de solda e parte se converte na formação de escória.

– Existem dois principais grupos de fluxos: fundidos e aglomerados.

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Arco Submerso •

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Fluxos Fundidos:

– Os fluxos fundidos são constituídos por compostos minerais como óxidos de manganês, silício, alumínio, titânio, zircônio, magnésio e cálcio; – Estes ingredientes são fundidos em forno a gás em temperaturas entre 12501450°C. O fluxo fundido é vazado contra um jato de água adquirindo aspecto vítreo e após a moagem fica granular. – Os fluxos fundidos têm as seguintes características: (a) Homogeneidade química; (b) Os finos podem ser removidos sem mudança da composição do fluxo; (c) Não são higroscópicos, dispensando a secagem; (d) Não se pode adicionar elementos de liga, pois estes se oxidariam durante o processo de fusão; (e) Alto custo de fabricação. Engenharia de Soldagem – EPUSP

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Arco Submerso •

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Fluxos Aglomerados: – Mais moderno do que os fluxos fundidos, possui a vantagem de conter elementos de liga; – Os fluxos aglomerados possuem adições de ferro-ligas como ferrosilício, ferro-manganês ou ligas similares que têm como principal função desoxidar a poça de fusão. A esses ingredientes é adicionado um agente aglomerante, normalmente silicato de sódio; – O produto agregado é sinterizado em fornos com temperaturas entre 600-900°C;

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Arco Submerso •

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Fluxos Aglomerados: – Os fluxos aglomerados têm as seguintes características: (a) Permite o uso de desoxidantes e adição de elementos de liga; (b) A escória se destaca facilmente; (c) Baixo custo de fabricação; (d) Os finos não devem ser totalmente removidos, pois podem alterar a composição original; (e) São higroscópicos, principalmente os fluxos básicos, necessitando de resecagem antes do seu uso.

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Arco Submerso

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• A relação entre a quantidade de óxidos básicos e ácidos que constituem o fluxo é determinada pelo o índice de basicidade (B.I.). Dessa forma, os fluxos podem ser divididos em três grupos: – Ácidos: B.I. < 0,9 – Neutros: B.I. 0,9 – 1,2 – Básicos: B.I. > 1,2 – 3,0

• A basicidade possui grande efeito nas propriedades mecânicas da junta soldada. Quanto maior for a basicidade do fluxo, menor será a quantidade de óxidos e outras inclusões no metal de solda.

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MIG/MAG

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• A principal característica da soldagem MIG/MAG é sua alta produtividade, podendo ser facilmente automatizado; • Os processos de soldagem MIG/MAG são aplicados à soldagem de materiais com várias espessuras, ferrosos ou não ferrosos, como ligas de alumínio, ligas de cobre, ligas de magnésio, ligas de níquel, aços de alta resistência e aços inoxidáveis. • A soldagem MIG/MAG tem sido muito utilizada na indústria automobilística, automatizada ou não, na indústria ferroviária, na fabricação de pontes, vigas, escavadeiras, tratores.

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MIG/MAG

A = Bocal B = Bico de cobre C = Arame D = Gás de proteção E = Metal de solda F = Poça de fusão G =Arco (transferência metálica) H = Metal de base

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MIG/MAG

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• Soldagem com proteção gasosa (GMAW – Gás Metal Arc Welding) – MIG: Ar, He, Ar + He – MAG: Ar + O2, CO2, Ar + CO2

• Características da soldagem MIG/MAG: – Economicamente interessante devido a alta velocidade de soldagem e por permitir soldagem durante longos períodos de tempo sem precisar trocar o eletrodos;

– Possibilidade de soldagem em todas as posições; – O arco elétrico e a poça de fusão são visíveis durante todo o processo. Engenharia de Soldagem – EPUSP

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MIG/MAG

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•

O tipo de gás de proteção utilizado na soldagem MIG/MAG tem influência nas características do arco e na transferência de metal, na penetração, largura e formato do cordão de solda, na velocidade de soldagem e no custo do processo.

•

O gás de proteção utilizado deve ser compatível com a composição química do arame a ser soldado.

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TIG

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• A soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) é caracterizada pela alta qualidade do metal de solda depositado, boa precisão de soldagem e boa resistência mecânica do cordão de solda; • É amplamente empregado na soldagem de tubulações (espessura da parede maior que 0,3mm), podendo ser automatizado. • A soldagem TIG pode ser autógena (sem metal de adição) sem grandes problemas, porém a resistência a corrosão pode ser prejudicada. Para a soldagem de aços de alta performance é recomendável o uso de metal de adição.

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TIG

A = Bocal B = Suporte do eletrodo C = Eletrodo de tungstênio D = Gás de proteção E = Metal de solda F = Poça de fusão G =Arco (transferência metálica) H = Metal de adição I = Metal de base

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TIG

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• Eletrodo de tungstênio – O eletrodo para a soldagem TIG pode ser de tungstênio puro ou de liga de tungstênio (1 – 2% de óxido de tório, zircônio ou cério); – O diâmetro do eletrodo varia entre 1,0mm a 4,8mm; – Para minimizar o risco de inclusão de tungstênio no cordão de solda, a ponta do eletrodo é arredonda.

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TIG •

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O ângulo do eletrodo de tungstênio possui efeito significativo na penetração do cordão de solda. Ângulos estreitos (15 – 30°) resultam em um arco elétrico mais largo, com menor penetração. Ângulos maiores (60 – 75°) resultam em arco estreito, aumentando a penetração.

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Eletroescória

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• A soldagem por eletroescória é uma evolução da soldagem por arco submerso. • A diferença básica é que a soldagem por eletroescória utiliza uma escória condutiva (ao invés de arco elétrico) para transferir o metal fundido. • A baixa penetração do cordão de solda reduz consideravelmente os efeitos da diluição resultante da operação de soldagem. Por esta razão, a soldagem por eletroescória normalmente requer apenas uma camada.

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Eletroescória

Método Camada Final Camada Consumível

ESW

347

SAW

347

1 1 2

309L Nb 309L 347

Composição Química do C Si Mn 0,03 0,5 1,5 0,03 0,5 1,2 0,02 1 1

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Metal de Solda (%) Cr Ni Nb 19,6 10,5 0,65 19 10,5 19,7 10,5 0,3

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Eletroescória

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• Características: – O fluxo utilizado na soldagem por eletroescória é diferente do fluxo utilizado na soldagem por arco submerso e não pode ter elementos de liga.

– A poça de fusão da soldagem por eletroescória é normalmente maior do que a poça de fusão formada na soldagem por arco submerso. Isso dificulta o revestimento de peças cilíndricas com diâmetros menores que 1000mm

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2. Processo de Fabricação de Consumíveis de Soldagem

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Eletrodo Revestido

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Eletrodo Revestido

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Arame Tubular

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Arame Tubular

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Arame Tubular

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• Tipos de fechamento

(a) Topo

(b) Overlap

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3. Inspeção de Consumíveis de Soldagem

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Eletrodo Revestido

Problema

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Defeito de Aplicação

Eletrodo fora de centro

Problemas de aplicação

Secagem insuficiente

Porosidade

Gravação Ilegível

Falha na identificação do material

Alma torta

Problemas de aplicação

Diâmetro do revestimento incorreto

Problemas de aplicação

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Eletrodo Revestido

Alma

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Ponta de pega

Gravação

Revestimento

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Arame Tubular Problema

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Defeito de Aplicação

Falha no enchimento

Problemas na soldabilidade do material Alteração das características mecânicas Alteração da composição química

Diâmetro incorreto

Problemas de aplicação

Falta de lubrificação

Problemas de aplicação

Cast incorreto

Problemas de aplicação

Helix incorreto

Problemas de aplicação

Oxidação

Porosidade Aspecto visual indesejável

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Arame Tubular

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• Cast: Corresponde ao diâmetro de uma única volta do arame repousado sob uma superfície plana. Valores de cast muito elevados ou muito pequenos podem causar problemas de alimentação do arame tanto no alimentador como no bico de contato. Ambos tem efeito negativo na estabilidade do arco elétrico.

• Helix: Corresponde a distância vertical entre as duas pontas de um pedaço de arame repousado sob uma superfície plana. Valores de helix muito elevado resultará na rotação do arame no alimentador, causando a rotação do arco elétrico durante a soldagem.

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Arame Sólido (TIG/MIG/MAG) Problema

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Defeito de Aplicação

Diâmetro incorreto

Diâmetro incorreto Problemas de aplicação

Cast incorreto

Problemas de aplicação

Helix incorreto

Problemas de aplicação

Falta de limpeza do arame

Problemas de aplicação

Gravação ilegível

Falha na identificação do produto

Falha no ajuste do comprimento da alma

Falta de acabamento no eletrodo

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4. Normalização de Consumíveis de Soldagem

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Principais Normas Aplicadas a Consumíveis de Soldagem Especificação

Descrição

Especificação

SFA-5.01/SFA-5.01M Procedure Guidelines for consumables SFA-5.1/SFA5.1M

Carbon Steel Electrodes for Shielded Metal Arc Welding

SFA-5.2/SFA5.2M

Carbon and Low-Alloy for Oxyfuel Gas Welding

Descrição Titanium and Titanium-Alloy Welding Electrodes and SFA-5.16/SFA-5.16M Rods Carbon Steel Electrodes and Fluxes for Submerged Arc SFA-5.17/SFA-5.17M Weding Carbon Steel Electrodes and Rods for Gas Shielded Arc SFA-5.18/SFA-5.18M Welding

SFA-5.4/SFA-5.4M

Aluminum and Aluminum-Alloy Electrodes for Shielded Metal Arc Welding Stainless Steel Electrodes for Shielded Metal Arc Welding

SFA-5.5/SFA-5.5M

Low-Alloy Steel Electrodes for Shielded Metal Arc Welding SFA-5.22/SFA-5.22M

SFA-5.3/SFA-5.3M

SFA-5.6/SFA-5.6M SFA-5.7/SFA-5.7M

SFA-5.20/SFA-5.20M Carbon Steel Electrodes for Flux Cored Arc Welding SFA-5.21

Copper and Copper-Alloy Electrodes for Shielded Metal Arc SFA-5.23/SFA-5.23M Welding Copper and Copper-aAlloy Bare Welding Rods and SFA-5.24/SFA-5.24M Electrodes

SFA-5.8/SFA-5.8M

Filler Metals for Brazing and Braze Welding

SFA-5.25/SFA-5.25M

SFA-5.9/SFA-5.9M

Bare Stainless Steel Welding Electrodes and Rods

SFA-5.26/SFA-5.26M

Bare Aluminum and Aluminum-Alloy Welding Electrodes and Rods Nickel and Nickel-Alloy Welding Electrodes for Shielded SFA-5.11/SFA-5.11M Metal Arc Welding Tungsten and Oxide Disperse Tungsten Electrodes for Arc SFA-5.12/SFA-5.12M Welding and Cutting SFA-5.13 Surfacing Electrodes for Shielded Metal Arc Welding SFA-5.14/SFA-5.14M Nickel and Nickel-Alloy Bare Welding Electrodes and Rods SFA-5.15 Welding Electrodes for Cast Iron SFA-5.10/SFA-5.10M

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SFA-5.28/SFA-5.28M

Bare Electrodes and Rods For Surfacing Stainless Steel Flux Cored and Metal Cored Welding Electrodes and Rods Low-Alloy Steel Electrodes and Fluxes for Submerged Arc Welding Zirconium and Zirconium-Alloy Welding Electrodes and Rods Carbon and Low-Alloy Steel Electrodes and Fluxes for Electroslag Welding Carbon and Low-Alloy Steel Electrodes for Electrogas Welding Low-Alloy Steel Electrodes and Rods for Gas Shielded Arc Welding

SFA-5.29/SFA-5.29M Low-Alloy Steel Electrodes for Flux Cored Arc Welding SFA-5.31

Flux for Brazing and Braze Welding

SFA-5.32/SFA5.32M Welding Shielding Gases SFA-5.34/SFA-5.34M Nickel-Alloy Electrodes for Flux Cored Arc Welding

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Exemplos de Classificação

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• AWS A5.4 – Stainless Steel Electrodes for SMAW E 308 L – XX E = Eletrodo Revestido 308 = Composição Química L = Baixo Carbono XX = Classificação de usabilidade Composição Química: Ver tabela Classificação de usabilidade: -15 = Apenas DC+ ᴓ >4,00mm pode ser soldado em todas as posições Revestimento básico ou rutílico -16 = AC e DC+ Revestimento rutílico -17 = Escória resfria lentamente AC e DC+ em todas as posições

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Exemplos de Classificação

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• AWS A5.9 – Bare Stainless Steel Welding Electrodes and Rods ER 308 L – Si ER = Arame Sólido EQ = Fita 308 = Composição Química L = Baixo Carbono Si = Altos teores de Silício (0,65 – 1,00%) Composição Química: Ver tabela

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Exemplos de Classificação

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• AWS A5.11 – Nickel and Nickel-Alloy Welding Electrodes for SMAW E NiCrMo – 12 E = Eletrodo Revestido NiCrMo = Composição Química 12 = Index separando as diferentes composições químicas do mesmo grupo Composição Química: Ver tabela

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Exemplos de Classificação

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• AWS A5.14 – Nickel and Nickel-Alloy Bare Welding Electrodes and Rods ER NiCrMo – 3 ER = Arame Sólido EQ = Fita NiCrMo = Composição Química 3 = Index separando as diferentes composições químicas do mesmo grupo Composição Química: Ver tabela

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Exemplos de Classificação

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• AWS A5.22 – Stainless Steel Flux Cored and Metal Cored Welding Electrodes and Rods E 308 L T X – 1 E = Eletrodo 308 = Composição Química L = Baixo Carbono T = Arame Tubular X = Posição de Soldagem 1 = Gás de Proteção Composição Química: Ver tabela Posição de Soldagem: 0 = Plana 1 = Todas as Posições Gás de Proteção: 1 = CO2 3 = Auto Protegido 4 = 75 – 85% Ar (Restante = CO2) 5 = 100% Ar

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5. Orientação para Compra de Consumíveis de Soldagem

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Visão Geral das Principais Normas

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Norma

Origem

Requerido por/para

AWS A 5.01

USA

ASME

ISO 14344

Global

Vários

EN 10204

Europa

PED

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Orientação para Compra de Consumíveis de Soldagem

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• São considerados três tópicos para a aquisição de um consumível de soldagem: – A classificação do consumível; – A classificação do lote; – Os testes a serem realizados.

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AWS 5.01

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ISO 14344

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Definição de Lote

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Níveis de Testes – AWS 5.01

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Níveis de Testes – EN ISO 14344

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Orientação para Compra de Consumíveis de Soldagem

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• Dry Batch: Corresponde a uma quantidade de ingredientes secos que foram misturados uma vez em um misturador. • Dry Blend: Corresponde a mistura de dois ou mais dry batch’s, formando um composto no qual os ingredientes estão uniformemente dispersos, como se todos os ingredientes fossem misturados ao mesmo tempo em um grande misturador. • Wet Mix: Corresponde a adição de um binder líquido a um dry batch ou dry blend, misturados em um misturador.

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Orientação para Compra de Consumíveis de Soldagem

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• Heat: Sua definição varia com o processo de fabricação do material (a) Material obtido após única etapa de fusão, onde a reação gás-metal ou escória-metal ocorrem para a produção do metal; (b) Uma série contínua de fundidos de um lote controlado de metais e de elementos de liga, em um forno de fusão sob as mesmas condições de fusão; (c) Uma série contínua de refusões em um forno de acordo com as mesmas condições de fusão.

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Orientação para Compra de Consumíveis de Soldagem Segundo AWS A 5.01

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