BOLETIM TÉCNICO SOLDAGEM DE COBRE E SUAS LIGAS

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1 INTRODUÇÃO A união de cobre e suas ligas podem ser efetuadas por processos de soldagem e brasagem O processo de brasagem é adequado para componentes de dimensões relativamente pequenas, devido a grande condutividade térmica do cobre, sendo aplicado em tubulações de refrigeração, ar condicionado, gás, água e óleo; barramentos, contatos, fios e cabos elétricos; uniões de anéis curto-circuitadores em rotores de motores elétricos de grande porte. A brasagem é ainda utilizada na união de ligas de cobre como latão, bronze e cupro-níquel (monel), sendo aplicada em radiadores automotivos, instrumentos musicais, metais sanitários, peças de decoração, conectores hidráulicos e etc. Para maiores informações sobre brasagem, solicitar os Boletins Técnicos sobre Solda Prata, Ligas Fosforosas e Soldabrasagem. Os processos de soldagem empregados na união de cobre e suas ligas são basicamente o MIG Metal Inert Gas e o TIG Tungsten Inert Gas. O processo de eletrodo revestido, hoje é pouco aplicado na união de cobre e suas ligas devido ao baixo rendimento, dificuldade de estabilização de parâmetros e a manutenção de uma qualidade de depósito satisfatória. Pode-se ainda utilizar processos com grandes taxas de deposição, como arco-submerso por exemplo. Entretanto, este boletim técnico limita-se ao uso dos processos MIG e TIG. A SOLDAGEM DO COBRE O cobre é produzido em três tipos diferentes: 1 - cobre desoxidado; 2 - cobre de alta condutividade e isento de oxigênio; e 3 - cobre eletrolítico tenaz. O cobre eletrolítico tenaz não pode ser soldado satisfatoriamente, pois há formação porosidades e outros defeitos nas soldagens efetuadas. Os outros dois tipos são facilmente soldados. As duas maiores dificuldades na soldagem do cobre são: 1 - a obtenção da fusão do material base, devido a grande dissipação térmica; 2 a grande formação de óxidos durante o aporte térmico. Devido a dissipação térmica, o processo TIG é indicado somente para peças de massa relativamente pequena devido as limitações de potencia dos equipamentos, bem como a dificuldade de deposição, visto que em peças de massas maiores o pré-aquecimento torna-se indispensável. Deve-se utilizar polaridade direta (eletrodo negativo). O uso de cobre-junta permite a obtenção de um bom acabamento do cordão de solda, porém aumenta a dissipação térmica na junta, sendo que em muitos casos um pré-aquecimento no cobre-junta é necessário, porém em temperatura inferior à junta, evitando que ocorra a difusão do metal de adição no cobre-junta. Para peças de massa maior, ou espessura acima de 6,4 mm, um pré-aquecimento acima de 200 C é necessário, sendo que quanto maior a espessura/massa, maior a temperatura de pré-aquecimento. O processo MIG é preferido para juntas mais espessas, ou de massa maior. O projeto de junta deve prever um chanfro adequado, geralmente em V, ou duplo V, com ângulo entre 30 e 45. O pré-aquecimento é sempre necessário para espessuras acima de 6,4 mm, partindo de 200 C e aumentando conforme a espessura da junta. Para facilitar a fusão do material base, deve-se empregar elevado aporte térmico, mantendo a tensão e intensidade de corrente elevadas e velocidade de soldagem de média para baixa, preferindo a polaridade direta (eletrodo negativo), levando em consideração as limitações do equipamento e porte da peça soldada. Como gás de proteção, utilizasse o Argônio, podendo também ser utilizado misturas de Argônio com Hélio, melhorando a proteção gasosa da poça de fusão, reduzindo a formação de óxido de cobre. Não é Santo André S P Brasil Qualidade ISO 9001 Meio Ambiente ISO Saúde e Segurança OHSAS Rev. 04 Pag.: 1 de 5

2 aconselhável o uso de N2 (Nitrogênio) como gás de proteção, pois apesar do bom resultado prático, existe o risco da formação de óxido nitroso que é um perigoso asfixiante. A SOLDAGEM DO LATÃO Há dois elementos encontrados nas ligas de latão que dificultam a solda. O primeiro e mais comum é o zinco, que é um metal de baixa temperatura de volatilização, formando vapores de zinco que causam porosidade no depósito e no material base, além de diminuir a capacidade de proteção da atmosfera formada pelo gás. O segundo é o chumbo, encontrado nas ligas de latão corte livre, que forma óxido de chumbo durante o aquecimento, dificultando a união metalúrgica entre os metais de adição e de base, fragilizando a junta, que em alguns casos trinca durante o resfriamento. Por esses motivos, quando necessário realizar soldagem em ligas de latão, deve-se preferir como material base latões isentos de chumbo e com os menores teores de zinco. A soldagem de peças de latão de grandes dimensões não é uma prática comum, mas quando necessário deve-se aplicar um pré-aquecimento entre 200 C e 300 C. As propriedades mecânicas desse tipo de união são prejudicadas pela grande incidência de poros e pela liquação do material base. A soldagem TIG de latão é muito utilizada na correção de defeitos em peças fundidas, onde o BT 520 apresenta excelente resultado. Para latão, o processo de brasagem apresenta resultados superiores. A SOLDAGEM DO BRONZE Bronze é o nome dado ao cobre ligado com manganês, níquel, alumínio, estanho e fósforo. Para soldagem dessas ligas, deve-se utilizar metal de adição de composição química similar. O processo TIG é empregado em juntas pequenas, correções de defeitos em peças fundidas e passe de raiz. O processo MIG é empregado em juntas maiores, sendo que os parâmetros de processo são semelhantes aos empregados para o cobre. Na soldagem de tubos, deve-se utilizar purga de Argônio ou Hélio, para se obter proteção satisfatória na raiz. ESPECIFICAÇÃO DE METAIS DE ADIÇÃO PARA COMPOSIÇÀO QUÍMICA (% em Peso) BRASTAK Elem. Cu Ni Fe Si Sn Al Mn Zn Pb Outros BT ,00 0,50 1,00 0,50 1,00 0,02 ERCu BRASTAK COMPOSIÇÀO QUÍMICA (% em Peso) Santo André S P Brasil Qualidade ISO 9001 Meio Ambiente ISO Saúde e Segurança OHSAS Rev. 04 Pag.: 2 de 5

3 BRASTAK Elem. Cu Ni Fe Si Sn Al Mn Zn Pb Outros BT 503 BT 511 BT 513 BT 520 BT 531 BT 532 BT 599 Rest. 96,00 29,00 0,40 32,00 0,75 0,25 1,00 Ti AWS. A5.7/84 0,02 0,2 0,5 ERCuNi 1,00 0,50 0,50 1,50 1,00 NTB 511 2,80 Sn Rest. 0,50 4,00 1,50 1,00 0,02 1,0 máx. 7,00 Rest. 0,10 9,00 6,00 Rest. 0,10 8,50 0,50 0,20 0,02 8,50 Rest. 1,50 0,10 11,00 99,00 ERCuSi-A P ASTM B 139/B 139M-01 0,20 0,05 0,03-0,35 C52100 ERCuAl-A1 0,02 0,02 ERCuAl-A2 O2 ERCu (OFHC 15 PPM Cooper) AWS American Welding Society ASTM American Society for Testing and Materials NTB Norma Técnica Brastak, produto de desenvolvimento próprio PROPRIEDADES MECÂNICAS Cód. Harris Brastak Intervalo de Fusão Temp. de Trabalho Resist. Tração¹ (kgf/mm²) Along. (%) Dureza² Aproxim. (Brinell) Densid. (g/cm³) Condut. Elétrica (% IACS) BT Rockwell F 8,90 40 Cód. Harris Intervalo de Fusão Temp. de Trabalho Resist. Tração¹ (kgf/mm²) Along. (%) Dureza² Aproxim. (Brinell) Densid. (g/cm³) Condut. Elétrica (% IACS) Santo André S P Brasil Qualidade ISO 9001 Meio Ambiente ISO Saúde e Segurança OHSAS Rev. 04 Pag.: 3 de 5

4 BT ,94 4,6 BT ,75 ND BT ,55 ND BT ,70 ND BT ,00 ND BT (3000 kg) 7,58 ND BT Rockwell F 8, ND não disponível; ¹ Valores mínimos baseados na Norma AWS A5.7 ano 1984 e Normas ASTM; ² Dureza medida sob depósito soldado, pode ser alterada com tratamento térmico ou trabalho mecânico de encruamento. A dureza varia em função do tipo de material base e sua diluição na poça de fusão. APLICAÇÕES BÁSICAS BT 500: Soldagem de cobre, latão, bronze e aço. Ideal para recuperação de componentes de cobre em geral, fabricação e manutenção de ventaneiras e equipamentos siderúrgicos. Têm excelente desempenho na soldagem de componentes elétricos de cobre, como barramentos, condutores flexíveis, anéis curto-circuitadores, apresentando excelente resistência mecânica com baixa perda de condutividade elétrica. Tem excelente desempenho na soldagem dissimilar entre materiais não-ferrosos e na soldagem de ferrosos com não-ferrosos, como aço com cobre, por exemplo. BT 503: Liga conhecida como Monel 67 (Monel é uma marca registrada da Special Metals Company), muito empregada na indústria petrolífera para soldagem de componentes de cobreníquel, como tubulações de combate a incêndio, devido a sua alta resistência à corrosão. Têm excelente desempenho nas brasagem de brocas de perfuração de alto forno e na soldagem de manutenção de ferro fundido. Também pode ser aplicada sobre diversos tipos de metais a base de ferro e cobre. Santo André S P Brasil Qualidade ISO 9001 Meio Ambiente ISO Saúde e Segurança OHSAS Rev. 04 Pag.: 4 de 5

5 BT 511: Soldagem dissimilares entre aço, cobre e bronze. Muito emprega na soldagem de gancheiras para galvanoplastia. Liga desenvolvida e patenteada pela Brastak que apresenta excelente desempenho na união de chapas zincadas, com redução de perda da camada protetiva de zinco, dispensando aplicação de primer s após soldagem. Para maiores informações, solicite boletim técnico sobre processo Mig-Brazing; BT 513: Tendo as mesmas aplicações que o BT 511, apresenta maior fluidez; BT 520: Esta liga tem excelentes propriedades para aplicações por diversos processos, desde soldagem e revestimento pelos processos MIG e TIG, como para brasagem em fornos de atmosfera controlada. Tem excelente desempenho na soldagem dissimilar entre materiais nãoferrosos e na soldagem de ferrosos com não-ferrosos, como aço com cobre, por exemplo. Tem grande aplicação na correção de defeitos em peças fundidas em latão, adotando a cor do material de base após polimento. Muito empregada no revestimento de superfícies que necessitam deslizamento, como mancais, pois há formação de micro-poros que retém lubrificação, reduzindo o desgaste; BT 531: Esta liga de bronze-alumínio é muito empregada no revestimento de superfícies resistentes ao desgaste por abrasão, corrosão e erosão, sendo muito aplicada no revestimento de camisas de pistão e em espelho de trocadores de calor que trabalham com água salgada ou ambientes corrosivos. Utilizada para unir e reparar peças em bronze-alumínio. Pode ser utilizada na união de chapas de aço aluminizadas pelo processo Mig-Brazing (para maiores informações, solicite o Boletim Técnico sobre Mig-Brazing); BT 532: Tem aplicação semelhante ao BT 531, porém apresenta maiores dureza, resistência ao desgaste e à corrosão. Em relação ao BT 531, sua soldabilidade é inferior; BT 599: Metalização de proteção com cobre em aços, revestimento de superfícies pelo processo TIG e MIG, bem como soldagem de componentes de cobre, condutores elétricos e tubos trocadores de calor. Tem uso semelhante ao BT 500, porém com soldabilidade inferior. PARA MAIORES INFORMAÇÕES CONSULTE NOSSO DEPARTAMENTO DE ASSISTÊNCIA TÉCNICA (11) / 8109 Santo André S P Brasil Qualidade ISO 9001 Meio Ambiente ISO Saúde e Segurança OHSAS Rev. 04 Pag.: 5 de 5