SOLDAGEM ALUMINOTRMICA ou Aluminotermia Professor Vinicius Martins 1

SOLDAGEM ALUMINOTÉRMICA ou Aluminotermia Professor Vinicius Martins 1

Definição Ø O processo de soldagem aluminotérmico é basicamente, uma reação do alumínio com um óxido metálico, resultando no metal desejado e óxido de alumínio, com liberação de calor que provoca a fusão do metal. Ø Esse processo irá produzir coalescência (união) de metais, pelo aquecimento dos mesmos. Ø Normalmente é utilizado em aplicações bastante específicas, onde outros processos de soldagem não apresentam flexibilidade e condições adequadas para a realização no campo. 2

Como surgiu? Ø No final do século dezenove, o químico Hans Goldschmidt descobriu que a reação exotérmica entre o pó de alumínio e um óxido metálico poderia ser iniciada por uma fonte externa de calor. Devido a grande quantidade de calor gerada no processo, esta reação pode ser auto sustentada, e pode ser com ou sem pressão. Para aplicações em soldagem, o metal de enchimento é obtido do metal líquido que se forma na reação química. Ø Este processo foi patenteado sob a denominação (classe 075 e subclasse 959) “Thermit” (também conhecida como “Thermite”) pela empresa Goldschmidt AG (West Germany) (Orgotheus Inc. , USA). 3

Mistura Thermit – óxido de ferro. 4

SOLDAGEM ALUMINOTÉRMICO Montagem de uma forma pré-fabricada para a soldagem aluminotérmica. 5

Aquecimento do partes a serem soldadas 6

FUNDAMENTOS DO PROCESSO ALUMINOTÉRMICO O processo de soldagem Aluminotérmico é baseado na reação química entre materiais ferrosos, ou não ferrosos, com o alumínio. A reação química que ocorre é a seguinte: - Óxido metálico + alumínio metal + óxido de alumínio + calor A reação mais utilizada é: - 3 Fe 3 O 4 + 8 Al 9 Fe + 4 Al 2 O 3 + 3350 kcal (3100ºC) 7

PROCESSO ALUMINOTÉRMICO Para iniciar à reação química, utilizar-se uma tocha de magnésio com percloreto de amônia como oxidante, ou utilizar a chama de um maçarico. O óxido de ferro “perde seu oxigênio” para o alumínio e a reação que se segue é muito violenta e rápida, deixando o ferro fundido na base do cadinho e o óxido de alumínio na parte superior. A reação exotérmica requer cerca de 20 a 30 segundos para se efetivar, independente da quantidade de produtos químicos envolvidos. 8

PROCESSO ALUMINOTÉRMICO Ø A relação em peso é de três partes de óxido de ferro para uma parte de alumínio. A temperatura teórica de 3100°C é reduzida por perdas de calor no cadinho e por radiação, além do auxílio de componentes não reagentes normalmente adicionados à mistura de thermit, para que se consiga temperatura de cerca de 2480°C. Isto é importante, pois o alumínio vaporiza a 2500°C. Por outro lado, esta temperatura não poderia ser muito baixa, pois a escória de alumínio (Al 2 O 3) se solidifica a 2040°C. Detalhamento da reação aluminotérmica, antes (1), no início (2) e após a mesma (3). Onde V = bujão do cadinho; A = pino para sangria; H = acendedor; E = aço ; S = escória (Al 2 O 3) (corundo); Th = mistura thermit 9

Acendimento da mistura e início da reação química. 10

SOLDAGEM ALUMINOTÉRMICO Ø Na soldagem, as partes devem ser alinhadas e, no espaçamento entre as mesmas, o metal líquido, que escorre por gravidade em um molde específico para a aplicação, tem em torno de duas vezes a temperatura de fusão do metal base das peças, o que possibilita a soldagem em pouco tempo (Abaixo). Perdas normais de calor causam a solidificação do metal e a coalescência ocorre, completando-se o processo. 11

Fusão e início do vazamento no molde. 12

SOLDAGEM ALUMINOTÉRMICO Pré-aquecimento para a realização da soldagem aluminotérmica. 13

SOLDAGEM ALUMINOTÉRMICO Solda aluminotérmica sendo realizada no campo. 14

Final do vazamento, à esquerda resíduos de escória, à direita os excessos de metal já solidificado. 15

Dispositivo hidráulico usado para quebra do molde. 16

SOLDAGEM ALUMINOTÉRMICO Acabamento por esmerilhamento sendo realizado em uma solda aluminotérmica. 17

SOLDAGEM ALUMINOTÉRMICO Solda aluminotérmica após o acabamento. 18

Vantagens do Processo Aluminotérmico Ø Solda de boa qualidade; Ø Flexibilidade para soldagem no campo; Ø Tempo de execução pequeno; Ø Dispensa uso de energia elétrica; Ø Dispensa uso de complexos aparatos e equipamentos; Ø As soldas podem ser feitas com as peças praticamente em qualquer posição, desde que a cavidade do cadinho tenha paredes suficientemente verticais para o metal escorrer rapidamente. 19

Desvantagens do Processo Aluminotérmico Ø Necessidade de cuidados especiais quanto à segurança do operador e do local; Ø Necessidade de moldes específicos para cada aplicação; Ø Para peças grandes, é necessário um pré-aquecimento, além de ser necessário muita mistura para o preenchimento do espaço entre as partes, aumentando o custo da operação; 20

Aplicações: Ø Soldagem de trilhos de ferrovias; Ø Soldagens de cabos e fios elétricos; Ø Soldagens de reparos; Ø Soldagens de reforço de barras; Ø Tratamento térmico de soldas (sem soldagem propriamente dita); Ø Reciclagem de latas de alumínio. 21

CONCLUSÃO O processo de soldagem aluminotérmica é extremamente versátil para aplicações em locais onde não existe energia elétrica ao curto alcance. Devido à sua rapidez, além de sua preparação e execução dispensar cuidados ou habilidades especiais. Este processo torna-se uma excelente alternativa para situações em que há necessidade de deposição de grandes volumes, considerando o volume de deposição de processos convencionais. 22

CONCLUSÃO Porém deve-se levar em consideração, a pesar de ser uma reação química controlada, os cuidados com a segurança dos executantes durante o procedimento devem ser intensificados, visto que as temperaturas podem alcançar 3100ºC, e acidentes nestas condições podem vir as ser fatais. 23

REFERÊNCIAS: Ø Leal, Valdemar Silva e Figueiredo, Kléber Mendes, SOLDAGEM ALUMINOTÉRMICA, Trabalho acadêmico: DEPARTAMENTO DE MEC NICA E MATERIAIS, São Luís, julho de 2006. Ø Thermit do Brasil Indústria e Comércio Ltda, Manual do Soldador Thermit, 1 a Edição, Rio de Janeiro, 1997, 35 p. 24