7 instruções PARA ENTENDER SOLDAGEM THERMITE

SOLDAGEM THERMITE

A soldagem Thermite é o processo de ignição de uma mistura de materiais de alta energia, (também chamados de Thermite), que produzem um metal fundido que é derramado entre as peças de trabalho de metal para formar uma junta soldada.

Em nosso artigo você aprenderá mais sobre a história, processos, fundamentos e principais aplicações em um processo de Soldagem Thermite, só não se esqueça de deixar seu comentário ou dúvida abaixo do artigo hein? Boa leitura

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1 – HISTÓRIA DA SOLDAGEM THERMITE

Foi desenvolvido por Hans Goldschmidt por volta de 1895. Para soldagem não ferrosa, ou outros usos das reações do tipo thermite. Normalmente, a composição de reação é de 5 partes de pó de óxido de ferro vermelho (ferrugem) e 3 partes de pó de alumínio em peso, inflamado a altas temperaturas.

Ocorre uma reação fortemente exotérmica (geradora de calor) que produz por redução e oxidação uma massa branca quente de ferro fundido e uma escória de óxido de alumínio refratário. O ferro fundido é o material de soldagem real; o óxido de alumínio é muito menos denso que o ferro líquido, portanto, flutua para o topo da reação, portanto, a configuração da soldagem deve considerar que o material de soldagem real está no fundo, e coberto por escória flutuante.

A soldagem Thermite é amplamente utilizada para soldar trilhos ferroviários. A qualidade da soldagem Thermite quimicamente pura é baixa devido à baixa penetração de calor nos metais de união e ao teor muito baixo de carbono e liga no ferro fundido quase puro. Para obter soldas ferroviárias de alta qualidade, as extremidades do trilho a serem soldadas térmite geralmente são pré-aquecidas com uma tocha para induzir uma boa fusão com as peças de trabalho de metal.

Como a reação de térmite produz ferro relativamente puro, não o aço muito mais forte, algumas pequenas pelotas ou varetas de metal de liga de alto carbono são incluídas na mistura de térmite; esses materiais de liga derretem com o calor da reação de thermite e se misturam ao metal de solda.

O método foi patenteado por John H. Deppeler Jr. em 1928 enquanto trabalhava para a Metal and Thermit Corporation.

2 – PROCESSO DA SOLDAGEM THERMITE

O processo de Soldagem Thermite ou soldagem aluminotérmica, tem sido amplamente utilizado para aplicações específicas, e outros processos de soldagem existentes não possuem flexibilidade e condições suficientes para soldagem em campo. Este é um processo alheio a outros processos existentes, pois se baseia em uma reação química entre materiais ferrosos ou não ferrosos e alumínio.

Então, em geral, geralmente é um processo que envolve a reação do alumínio com um óxido metálico, produzindo um metal líquido que se forma em uma reação química. Entre muitas vantagens, a reação pode ser autossustentável com ou sem pressão devido à natureza altamente exotérmica do processo.

3 – FUNDAMENTOS DE SOLDAGEM THERMITE

Reações redox – Segundo Lavoisier, todos os processos em que as substâncias se combinam com o oxigênio são considerados processos de oxidação. Portanto, o processo de remoção de oxigênio da ligação é considerado redução. No entanto, as extensões desses termos são muito úteis.

Hoje, a oxidação é qualquer processo que remove átomos, íons ou moléculas. Os elétrons removidos de uma partícula devem ser absorvidos por outra partícula. Esse processo inverso é chamado de redução. Mas como os elétrons só podem ser removidos de uma partícula quando a outra partícula os absorveu, os processos de oxidação e redução estão sempre acoplados.

Por isso, o termo redox ou reação redox é usado. A reação de Thermite é um processo redox típico no qual os óxidos metálicos são reduzidos pelo alumínio. Durante o mesmo processo, o alumínio é oxidado. A intensidade do processo de oxirredução, em reações aluminotérmicas, onde o agente redutor sempre é o alumínio, depende exclusivamente do potencial do agente oxidante. Quanto mais nobre for o metal, maior é a facilidade de reduzir o óxido metálico. Devido a este fato, quanto mais nobre o agente oxidante, maior a intensidade da reação aluminotérmica.

4 – ENTALPIA DE FUSÃO

Todo processo químico envolve a transferência de energia, geralmente associada a processos térmicos. A energia liberada ou consumida é definida como o calor de fusão H. Por definição, os processos químicos que geram calor são processos exotérmicos, enquanto os processos que consomem calor são chamados de processos endotérmicos.

Em um processo exotérmico, os reagentes liberam energia para o ambiente, então H é negativo, enquanto em um processo endotérmico H é positivo. O calor de fusão é geralmente expresso em Kj e refere-se a um mol de reagentes.

A oxidação destes metais, portanto, é um processo exotérmico, no qual é liberada uma certa quantidade de calor. Em um processo de redução, uma quantidade de calor equivalente será absorvida.

Numa reação de 214g de Thermite é liberado um calor de formação equivalente a 850 Kj, ou seja, para 1kg de Thermite este valor corresponde a 3970 Kj.

Esta quantidade de calor é transferida ao produto da reação, que seriam a escória – AL2O3 – e o ferro, aquecendo estes até aproximadamente 2400ºC.

O processo aluminotérmico pode ser comparado a outros processos, como por exemplo a queima do carvão. Na aluminotermia, porém, o oxigênio necessário à combustão, não é retirado do ar, mas sim de um óxido metálico.

Energia de Ativação – Ao misturarmos um óxido metálico com alumínio numa proporção estequiométrica, será somente desencadeada uma reação se houver influência externa.

Para que a reação seja iniciada é necessária uma certa “energia de ativação”. Muitos químicos que tentaram introduzir esta energia de ativação através do aquecimento da mistura aluminotérmica, tiveram resultado com reação de forma explosiva. Atualmente na aluminotermia a energia de ativação é introduzida por um acendedor especial.

5 – APLICAÇÃO DA SOLDAGEM THERMITE

Produção de Metais Isentos de Carbono

Na produção de metais isentos de carbono, como, por exemplo, a produção de Cr, a mistura aluminotérmica é colocada em um cadinho (equipamento aonde é colocado a porção de solda aluminotérmica), no qual, após o término da reação, os produtos (metal puro e escória) se separam por densidade.

A abundância de calor da reação de Soldagem Thermite, faz com que este processo apresente ótimas características para a soldagem, por não depender de fontes de energia externas. A moderna técnica de Soldagem Thermite permite a produção de aço de tipos e composições variadas, sendo possível obter qualquer tipo de aço produzido em aciarias.

6 – SOLDAGEM THERMITE DE TRILHOS

A solda aluminotérmica é aplicada mundialmente para a soldagem de juntas na via-férrea e diversos tipos de caminho de rolamento de equipamentos pesados. Para executar a soldagem Thermite de trilhos, os topos destes devem apresentar uma folga pré-determinada, em função do processo utilizado, bem como, ser envolvidos por formas pré-fabricadas. Após o assentamento e vedação das formas com areia ou pasta de vedação, faz-se um pré-aquecimento com maçarico específico posicionado de tal forma, que a chama penetre no topo da junta.

O aço Thermite produzido em cadinho refratário, a temperaturas acima de 2000 °C, é conduzido aos topos dos trilhos, dissolvendo-os e unindo-os de forma homogênea. Decorrido 4 a 6 minutos, as formas são retiradas e o material excedente é rebarbado com equipamentos hidráulicos. Após o resfriamento a solda é esmerilhada para reproduzir o perfil do trilho.

Soldagem Thermite de reparo e de construção de peças diversas.

Da mesma forma que na soldagem para trilhos, às partes a serem soldadas pelo processo Thermite, devem ser posicionadas respeitando uma certa folga, envolvidas com material refratário na região a ser soldada e, pré-aquecidas até 1.000 Cº aproximadamente.

A seguir o aço líquido de composição adaptada ao material das peças a serem soldadas, preenche a folga existente entre as pastes, fundindo e unindo-as. Este método é utilizado, tanto para a fabricação, quanto para reparos (após fraturas) de cilindros de laminação, cadastes, estruturas de prensas, eixos de manivela, ou seja partes de máquinas em geral.

Soldagem de cabos Elétricos

Outra aplicação da aluminotermia é a soldagem de peças de cobre. Utiliza-se um cadinho de grafite, que possui duas funções, a de cadinho e a de forma. As peças a serem soldadas são posicionadas no interior deste para realizar o processo de fundição.

Este processo é de grande valia para a produção de uniões que necessitam apresentar boa condutividade elétrica, como, por exemplo, a soldagem de cabos elétricos entre si, na proteção catódica de tubos cujas juntas apresentam características isolantes, para efeitos de sinalização e corrente de retorno em vias eletrificadas, assim como no aterramento de trilhos/tanques na indústria química e petroquímica.

7 – PROCESSOS DE SOLDAGEM THERMITE

O processo de Soldagem Thermite consiste fundamentalmente no fato de que uma mistura adequadamente preparada de alumínio e óxido de ferro pesado, após inflamação inicial, reage de maneira exotérmica a temperatura relativamente alta.

Devido ao desenvolvimento do calor, a reação se expande sem muita intensidade espontaneamente em um curto prazo de tempo sobre a mistura. O resultado desta reação é a precipitação de um metal puro e liquefeito e de escória também líquida de óxido de alumínio (que por ser mais leve aflorará acima do perfil a ser soldado para futura remoção).

O metal em fusão obtido da ração é recolhido em uma forma envolvendo as extremidades dos trilhos a serem soldados. Estas extremidades são previamente limpas e aquecidas a uma temperatura conveniente e, o calor introduzido pelo material fundido permite que as mesmas sejam unidas por um aço com características semelhantes aquelas do trilho.

Para a soldagem dos trilhos executamos dois processos tecnologicamente semelhantes que se diferenciam pela forma de introduzir o calor nas extremidades dos trilhos

SoWoS

Neste processo, as extremidades dos trilhos são aquecidas por um maçarico de pré-aquecimento posicionado sobre o molde, a uma temperatura de aproximadamente 1000 Cº. O tempo de pré-aquecimento dependerá do perfil do trilho e dos gases utilizados.

Este processo é economicamente aplicável em vias sem tráfego ou com intervalo, entre trens, superior a 60 minutos.

SKV

Para vias de alta densidade de tráfego, este processo SKV representa a alternativa mais viável, apesar do maior custo dos consumíveis, devido ao seu reduzido tempo de execução. O pré-aquecimento de apenas 1 a 2 minutos aquece as extremidades dos trilhos a aproximadamente 600 Cº assegurando ao mesmo tempo a remoção da umidade residual do molde. A parte predominante da energia para fundir as extremidades dos trilhos provêm de uma porção de solda com maior volume.

Este processo poderá ser executado em intervalos de tráfego reduzidos.

ESPECIAIS

Para soldagem de trilhos de bonde, ponte rolante, trilhos condutores e trilhos de perfil particular.

PROCESSO SKV-L50 e SKV-L75

Para recuperar trilhos fraturados e/ou soldagem de trilhos com folga excessiva entre si. A princípio, são idênticos ao SKV, porém com moldes e porções adequados a folgas de 50 e 75 mm, respectivamente

PROCESSO LSV

Para eliminação com talas, no qual os furos junto as extremidades dos trilhos são inclusos na solda evitando a possível formação de trincas.

PROCESSO SKW-K

Para fixação de cabos elétricos em trilhos

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