Catálogo / Специализированные работы (сантехника, электрика, вентиляция, сварка) / Ficha Tecnológica: Soldagem a arco mecan...

Специализированные работы (сантехника, электрика, вентиляция, сварка)

Ficha Tecnológica: Soldagem a arco mecanizada com arame tubular de esperas de armadura em moldes reutilizáveis

Esta ficha tecnológica regulamenta os processos de soldagem a arco mecanizada com arame tubular em moldes reutilizáveis para ligações horizontais e verticais de esperas de armadura. O documento estabelece os requisitos de engenharia para a preparação, montagem, parâmetros de soldagem e controle de qualidade dos nós de ligação de estruturas de concreto armado pré-moldado.

6 sections 18 figures

Materiais

Arame tubular com proteção gasosa/autoprotegido para soldagem mecanizada (Ø 2,6 - 3,0 mm, limite de escoamento do metal depositado ≥ 500 MPa)
Eletrodos de soldagem com revestimento básico (tipo E7018 / E50A, Ø 4,0 mm)
Cordão de vedação de fibra termorresistente (temperatura de trabalho até 1000 °C)
Moldes reutilizáveis de grafite ou cobre (adequados para diâmetros de 16-40 mm)
Lápis termoindicadores (para controle de temperatura de 200 °C, 250 °C, 600 °C)
Oxigênio industrial e mistura propano-butano para tratamento de chama a gás

Equipamentos

Máquina de soldagem semiautomática de classe industrial com mecanismo alimentador de arame (corrente até 500 A)
Retificador de soldagem (fonte de corrente contínua com curva característica descendente/rígida, 500 A)
Estufa elétrica de secagem portátil para a ressecagem de consumíveis de soldagem (aquecimento até 400 °C)
Conjunto de equipamentos para oxicorte e aquecimento a gás (maçaricos, queimadores a gás, reguladores de pressão, cilindros)
Aparelho de ultrassom (END) com transdutores angulares para inspeção de juntas de armaduras
Grampos de aperto rápido e sargentos roscados para fixação dos moldes
Esmerilhadeira angular com discos abrasivos

1. Área de aplicação e requisitos organizacionais gerais

Esta tecnologia é aplicada para a execução de nós de ligação rígidos (viga-pilar, pilar-pilar) em edifícios de múltiplos andares estruturados em concreto armado pré-moldado. A resistência do concreto dos elementos a serem unidos deve corresponder às classes de projeto (C20/25 – C40/50, segundo a classificação internacional). A tecnologia foi desenvolvida para a soldagem de esperas de armadura simples e duplas com diâmetro de 16 a 40 mm, com limite de escoamento de 400-500 MPa (correspondente às classes B500B / Grade 60 ou aço 35GS/25G2S).

A supervisão dos trabalhos de soldagem é restrita a engenheiros com formação especializada na área de processos de soldagem, certificados de acordo com os requisitos da norma ISO 14731 ou normas equivalentes. A execução direta das uniões deve ser confiada a soldadores com certificados de qualificação válidos para a execução de soldagem mecanizada a arco submerso ou com arame tubular.

Antes do início dos trabalhos, a frente de trabalho deve estar equipada com os equipamentos devidamente calibrados. O local de trabalho do soldador deve estar protegido de forma segura contra precipitações atmosféricas e ações do vento. Para trabalhos em alturas superiores a 1,3 m, é obrigatória a utilização de andaimes modulares com pisos de materiais incombustíveis e o uso de sistemas de proteção contra quedas.

Fig. 1 — Parâmetros geométricos e configuração das nervuras das barras de armadura nervuradas

Lotação da frente de trabalho com pessoal qualificado e equipamentos calibrados.
Instalação de barreiras e abrigos na zona de montagem para proteger a poça de fusão do vento e precipitações.
Montagem de plataformas de trabalho seguras em altura utilizando materiais incombustíveis.

2. Preparação e alinhamento das esperas de armadura

Os parâmetros geométricos e o posicionamento relativo das barras de armadura devem seguir rigorosamente os desenhos de projeto. O desalinhamento admissível para armaduras com diâmetro de 16-28 mm não deve ultrapassar 15% do diâmetro nominal, e para diâmetros de 32-40 mm — não mais que 10%. O desvio angular dos eixos das barras unidas não deve exceder 3°. O comprimento mínimo livre da espera a partir da face do concreto deve ser de 150 mm.

O ajuste das barras para o posicionamento alinhado é realizado através de alinhamento térmico. O aquecimento é feito com maçarico a gás até a temperatura de 600-800 °C (visualmente até a cor vermelho-cereja escuro). Para evitar danos térmicos ao concreto e a perda de suas características de resistência (destruição da pasta de cimento), a zona de aquecimento deve estar a uma distância não inferior a 70 mm da face do elemento de concreto.

As extremidades da armadura são preparadas exclusivamente por método de oxicorte; o corte com arco elétrico é terminantemente proibido. Para as juntas simples horizontais, forma-se um chanfro com ângulo de 10-15° e folga de 12-20 mm. Para barras duplas horizontais, o ângulo é de 12-15° (folga 12-18 mm). Esperas verticais requerem chanfros de 40-50°. A zona de soldagem deve ser limpa com escovas metálicas até o metal brilhante, em uma extensão não inferior a 10 mm a partir das extremidades, e vestígios de umidade devem ser eliminados com a chama do maçarico.

Fig. 1 — Parâmetros geométricos e detalhes do perfil de uma barra de armadura nervurada em uma interseção transversal — Fig. 2 — Parâmetros geométricos e detalhes do perfil de uma barra de armadura nervurada em uma interseção transversal

Controle visual e instrumental do alinhamento e do comprimento das esperas de armadura.
Alinhamento térmico das barras (aquecimento até 600-800 °C) respeitando a distância de segurança do concreto.
Oxicorte das extremidades para a formação dos ângulos normativos de chanfro.
Limpeza mecânica dos chanfros e da zona adjacente (mínimo 10 mm) até alcançar o metal limpo.

3. Instalação de moldes reutilizáveis de contenção

Para conter o metal líquido da poça de fusão e conformar a geometria do cordão, utilizam-se moldes reutilizáveis bipartidos, fabricados em grafite ou cobre. O molde é constituído por duas metades simétricas com plano de divisão vertical, correspondentes ao diâmetro da armadura a ser soldada. O molde deve ser instalado com rigorosa simetria em relação ao eixo da folga entre as extremidades.

Uma etapa crítica é a vedação das folgas entre a barra de armadura e as paredes do molde para evitar o vazamento do metal líquido e da escória, o que poderia causar a formação de vazios e falta de penetração. A vedação é executada com um cordão de fibra termorresistente a uma distância de 15-20 mm das extremidades das barras. O material vedante deve ser quimicamente neutro e não emitir gases ao entrar em contato com a fusão.

A fixação das metades do molde é realizada com o auxílio de grampos de aperto rápido, sargentos roscados ou presilhas de montagem. A força de aperto deve ser suficiente para evitar o escorregamento do molde sob o efeito do peso da poça de fusão e das deformações térmicas, mas sem causar trincas nos elementos de grafite. Permite-se o uso de cunhas de fixação.

Fig. 1 — Ligação por soldagem exotérmica para barras de armadura de aço dentro de um conjunto de molde de grafite — Fig. 3 — Ligação por soldagem exotérmica para barras de armadura de aço dentro de um conjunto de molde de grafite

Limpeza das superfícies internas dos moldes reutilizáveis para remoção de escória e respingos de ciclos anteriores.
Instalação simétrica das metades do molde sobre a junta preparada.
Vedação das folgas com cordão de vedação termorresistente em uma zona de 15-20 mm das extremidades.
Fixação rígida do molde com sargentos, verificando a ausência de folgas (jogo).

4. Consumíveis e parâmetros dos regimes de soldagem

Como material de adição, utiliza-se arame tubular autoprotegido ou com proteção gasosa de diâmetro 2,6–3,0 mm, destinado para soldagem mecanizada. Para a reparação de defeitos e realização de ponteamentos, utilizam-se eletrodos revestidos com revestimento básico (tipo E7018 pela norma AWS ou E50A), com diâmetro de 4,0 mm. A ressecagem repetida (secagem secundária) do arame tubular não é permitida devido ao risco de degradação do núcleo de fluxo.

Antes do uso, os materiais passam por ressecagem obrigatória: o arame tubular é mantido a 160-180 °C durante 1,5-2,5 horas; os eletrodos — a 350-400 °C durante 1-2 horas. Os consumíveis de soldagem são fornecidos ao local de trabalho em volumes que não superem a necessidade de um turno, sendo armazenados em estufas portáteis (termopenais) protegidas da umidade.

O processo é realizado em corrente contínua com polaridade inversa (CC+). Os parâmetros de soldagem são rigorosamente estabelecidos: para diâmetros de 16-25 mm, a corrente de trabalho é de 280-300 A com tensão no arco de 24-26 V; para diâmetros de 36-40 mm, a corrente aumenta para 350-410 A com tensão de 28-34 V. A velocidade de alimentação do arame é ajustada num intervalo de 140-250 m/h. O comprimento da extensão livre do arame (stick-out) deve ser mantido entre 30-80 mm dependendo da profundidade do chanfro.

Fig. 1 — Soldagem aluminotérmica de barras de armadura mostrando o conjunto do molde e a solda concluída — Fig. 4 — Soldagem aluminotérmica de barras de armadura mostrando o conjunto do molde e a solda concluída

Ressecagem dos consumíveis de soldagem em estufas elétricas conforme os gráficos tempo-temperatura.
Ajuste da fonte de energia para corrente contínua com polaridade inversa.
Configuração dos parâmetros de corrente (280-410 A) e tensão (24-34 V) dependendo do diâmetro da armadura.
Ajuste do mecanismo de alimentação para garantir a extensão livre do arame estável (30-80 mm).

5. Tecnologia de execução dos processos de soldagem

A abertura do arco de soldagem deve ser efetuada exclusivamente pelo toque do arame na face da espera da armadura. É terminantemente proibido abrir o arco nos elementos do molde reutilizável a fim de evitar a sua erosão e a contaminação do cordão. Na soldagem de juntas horizontais, inicialmente, funde-se a parte inferior de uma extremidade com movimentos transversais oscilatórios, em seguida o arco é transferido para a segunda barra. Após a formação de uma poça única de metal e escória, o espaço é preenchido mediante rápidos deslocamentos do arco pelas extremidades da poça.

Para juntas verticais, o arco é aberto na extremidade da espera inferior. Após a formação da poça de metal líquido, o preenchimento do chanfro prossegue com a alternância de movimentos oscilatórios na área do chanfro da barra superior com movimentos circulares pelo perímetro do molde. O arame deve ser alimentado perpendicularmente à superfície do material fundido para minimizar os respingos.

Em caso de temperaturas ambientes negativas, são necessários ajustes: para cada 3 °C de diminuição da temperatura abaixo de zero, a corrente de soldagem deve ser aumentada em 1%. É obrigatório o pré-aquecimento da junta a 200-250 °C em uma extensão de 90-150 mm (controlado através de lápis termoindicadores). A soldagem em temperaturas abaixo de -30 °C é proibida. No final do processo de soldagem, a fim de evitar a formação de crateras de retração (rechupes), devem ser feitas 2 a 3 pausas de 3 a 4 segundos, direcionando o arco para as bordas da poça. A remoção do molde é efetuada por batidas leves não antes de 5 a 10 minutos após a cristalização da escória.

Fig. 1 — Métodos de emenda para barras de armadura: ligação mecânica e ligação moldada/injetada — Fig. 5 — Métodos de emenda para barras de armadura: ligação mecânica e ligação moldada/injetada

Pré-aquecimento da junta a 200-250 °C (ao trabalhar em condições de baixas temperaturas).
Abertura do arco no corpo da armadura e formação da poça de fusão inicial.
Preenchimento do espaço de fusão com trajetórias oscilatórias predefinidas do eletrodo (zigue-zague, circular).
Execução de 2 a 3 pausas no final da soldagem para prevenir crateras de retração.
Resfriamento natural durante 5-10 minutos, desmontagem do molde e limpeza da escória.

6. Controle de qualidade e critérios de aceitação

O sistema de controle de qualidade engloba as fases de inspeção de recebimento, inspeção de processo e inspeção de aceitação final. A inspeção de recebimento verifica os certificados dos materiais, o funcionamento dos retificadores e a exatidão da montagem (folgas, alinhamento). A inspeção de processo, realizada pelo menos duas vezes por turno, abrange a avaliação visual da geometria do cordão, a ausência de mordeduras e o controle da manutenção das temperaturas e parâmetros de soldagem.

A aceitação final fundamenta-se nos resultados da inspeção visual e dimensional, inspeção por ultrassom (END) e ensaios mecânicos. Os defeitos superficiais são rigorosamente limitados: permite-se no máximo 5 poros ou inclusões de escória na superfície por junta, desde que o diâmetro máximo de um defeito individual não exceda 2,0 mm. Defeitos superficiais locais podem ser reparados por meio de esmerilhamento com ferramenta abrasiva e posterior ressoldagem após pré-aquecimento da área para 200-250 °C.

A inspeção instrumental engloba o ensaio por ultrassom (UT) em 10% do volume total de juntas simples soldadas. Os ensaios mecânicos de tração estática são efetuados em 3 corpos de prova de controle para cada lote. Para armaduras de classe 500 MPa, o valor médio aritmético do limite de resistência não deve ser inferior a 586 MPa, e o menor valor admitido na amostragem não deve ser inferior a 500 MPa. Juntas com defeitos internos inaceitáveis devem ser cortadas e substituídas utilizando um inserto intermediário (comprimento mínimo de 80 mm), seguido de controle de 100% por ultrassom dos novos cordões.

Fig. 1 — Conexões de solda a ponto para barras de aço de armadura ilustrando as configurações de junta de topo e junta sobreposta — Fig. 6 — Conexões de solda a ponto para barras de aço de armadura ilustrando as configurações de junta de topo e junta sobreposta

Inspeção visual e dimensional de 100% das juntas soldadas após a limpeza da escória.
Inspeção por ensaio de ultrassom (UT) de 10% das juntas simples do lote.
Coleta de 3 corpos de prova de controle para ensaios mecânicos de tração estática em laboratório.
Reparação local de defeitos superficiais (até 2,0 mm) ou recorte total de nós rejeitados.
Elaboração de documentação as-built (conforme construído) e aposição do sinete pessoal do soldador.

Fig. 1 — Detalhe da interação da emenda mecânica com a barra de armadura nervurada exibindo parâmetros geométricos cruciais — Fig. 7 — Detalhe da interação da emenda mecânica com a barra de armadura nervurada exibindo parâmetros geométricos cruciais

Fig. 1 — Gráfico de recursos de mão de obra e cronograma para soldagem horizontal de esperas de armadura com diâmetros de 20 mm, 25 mm e 28 mm. — Fig. 8 — Gráfico de recursos de mão de obra e cronograma para soldagem horizontal de esperas de armadura com diâmetros de 20 mm, 25 mm e 28 mm.

Fig. 1 — Cronograma de Tempos e Mão de Obra para a Preparação, Soldagem e Operações Pós-Soldagem de Extensões de Armadura (Diâmetros 32, 36 e 40 mm) — Fig. 9 — Cronograma de Tempos e Mão de Obra para a Preparação, Soldagem e Operações Pós-Soldagem de Extensões de Armadura (Diâmetros 32, 36 e 40 mm)

Fig. 1 — Cronograma de Trabalho e Requisitos de Mão de Obra para a Soldagem Horizontal de Esperas de Armadura — Fig. 10 — Cronograma de Trabalho e Requisitos de Mão de Obra para a Soldagem Horizontal de Esperas de Armadura

Fig. 1 — Cronograma de trabalho e gráfico de inserção de mão de obra para os processos de soldagem de barras de armadura. — Fig. 11 — Cronograma de trabalho e gráfico de inserção de mão de obra para os processos de soldagem de barras de armadura.

Fig. 1 — Cronograma de gasto de mão de obra e duração do processo para a soldagem de extensões de armadura (diâmetros de 22 mm, 25 mm e 28 mm) — Fig. 12 — Cronograma de gasto de mão de obra e duração do processo para a soldagem de extensões de armadura (diâmetros de 22 mm, 25 mm e 28 mm)

Fig. 1 — Cronograma e gráfico de alocação de recursos para soldagem de extensões de barras de armadura de diferentes diâmetros — Fig. 13 — Cronograma e gráfico de alocação de recursos para soldagem de extensões de barras de armadura de diferentes diâmetros

Fig. 1 — Vistas em planta e seção transversal de um bloco metálico de distribuição em T, mostrando os furos internos e a geometria da interseção. — Fig. 14 — Vistas em planta e seção transversal de um bloco metálico de distribuição em T, mostrando os furos internos e a geometria da interseção.

Fig. 1 — Detalhe da seção transversal de um elemento estrutural ranhurado com borda chanfrada — Fig. 15 — Detalhe da seção transversal de um elemento estrutural ranhurado com borda chanfrada

Fig. 1 — Perfil da seção transversal de um mandril brochante de rasgos de chaveta detalhando suas dimensões principais e geometria de aresta de corte — Fig. 16 — Perfil da seção transversal de um mandril brochante de rasgos de chaveta detalhando suas dimensões principais e geometria de aresta de corte

Fig. 1 — Seção transversal de um molde metálico padrão com uma cavidade central em forma de U para fundição de corpos de prova — Fig. 17 — Seção transversal de um molde metálico padrão com uma cavidade central em forma de U para fundição de corpos de prova

Fig. 1 — Vistas em elevação e em planta de um bloco de fixação mecânica bipartido com detalhamento de furos e medidas construtivas — Fig. 18 — Vistas em elevação e em planta de um bloco de fixação mecânica bipartido com detalhamento de furos e medidas construtivas

Dicas e Recomendações

É terminantemente proibido abrir o arco de soldagem encostando o arame nos elementos do molde reutilizável de cobre ou grafite. Isso resulta na contaminação do cordão de solda por impurezas e na degradação localizada do ferramental de moldagem.

É proibido o corte das esperas de armadura por arco elétrico. O emprego de corte a arco altera a estrutura do metal e conduz à formação de estruturas frágeis de têmpera nas faces da armadura. Utilize apenas o oxicorte ou corte a plasma.

Para evitar o surgimento de uma cratera de retração profunda (rechupe) no final do processo de soldagem, faça de 2 a 3 breves interrupções de 3 a 4 segundos, mantendo o arame em posição perpendicular e deslocando-o do centro para os bordos da poça.

Durante a realização de trabalhos em condições de baixas temperaturas, é fundamental cobrir a junta finalizada com uma manta termorresistente (de amianto ou sílica) logo após a remoção do molde. O resfriamento abrupto do cordão ao frio intenso induz ao aparecimento de trincas a frio.

Não submeta o arame tubular a tratamento térmico posterior ou repetido (secagem secundária). Isso destrói os componentes formadores de gases e escória do núcleo interno, o que acarretaria uma porosidade generalizada no cordão.