Solda Aluminotermica

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O Processo Aluminotérmico tem sido bastante utilizado em aplicações específicas, onde outros processos de soldagem existentes não apresentam a flexibilidade e condições adequadas para realização da solda no campo. É um processo que não possui relação com outros processos existentes, por ser baseado em reação química entre materiais ferrosos ou não ferrosos e o alumínio.

Assim de uma forma geral, trata-se tipicamente de um processo que envolve uma reação do alumínio com um óxido metálico, dando como resultado final o metal líquido que se forma na reação química. Dentre muitas vantagens, pela característica deste processo ser altamente exotérmico, a reação pode ser auto sustentada com ou sem pressão.

FUNDAMENTOS

Reação.Redox - Segundo Lavoisier, todos os processos, nos quais uma substância combina.com oxigênio, são considerados processos de oxidação. Como consequência, os processos nos quais o oxigênio é arrancado de uma ligação, são considerados uma redução. A ampliação destes termos porém, foi de grande utilidade. Hoje uma oxidação é todo processo, no qual se retira de um átomo, íon ou molécula. Os elétrons retirados de uma partícula têm que ser absorvidos por outra. Este processo inverso é denominado redução. Mas, já que elétrons somente podem ser retirados de uma partícula se outra os absorve, os processos de oxidação e redução sempre estarão acoplados. Portanto, utiliza-se o termo reação redox ou reação oxi-redução. A reação aluminotérmica é um processo típico de oxi-redução, no qual um óxido metálico é reduzido por intermédio do alumínio. Durante este mesmo processo o alumínio é oxidado. A intensidade do processo de oxi-redução, 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.

Entalpia de Fusão Todo processo químico envolve uma transmissão de energia geralmente ligada a processos térmicos. A energia desprendida ou gasta é definida como calor de fusão H. Por definição, processos químicos que produzem calor são processos exotérmicos, enquanto processos que consomem calor são chamados processos endotérmicos. Em processos exotérmicos os reagentes cedem energia para o ambiente, portanto H é negativo, enquanto em processos endotérmicos H é positivo. O calor de fusão geralmente é indicado em Kj e refere-se a um Mol dos 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 THERMIT é liberado um calor de formação equivalente a 850 Kj, ou seja, para 1Kg de THERMIT 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, somente será 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

APLICAÇÃO

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.

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

Soldagem THERMIT 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 THERMIT de trilhos, os topos destes devem apresentar uma folga pré-determinada, em função do processo utilizado, bem como, ser envolvidos por fôrmas pré-fabricadas. Após o assentamento e vedação das fôrmas 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 THERMIT produzido em cadinho refratário, a temperaturas acima de 2000ºC, é conduzido aos topos dos trilhos, dissolvendo-os e unindo-os de forma homogênea. Decorrido 4 a 6 minutos, as fôrmas são retiradas e o material excedente é rebarbado com equipamentos hidráulicos. Após o resfriamento a solda é esmerilhada de forma a reproduzir o perfil do trilho.

Soldagem THERMIT de reparo e de construção de peças diversas. Da mesma forma que na soldagem para trilhos, às partes a serem soldadas pelo processo THERMIT, 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 fôrma. 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.

PROCESSOS

O processo aluminotérmico 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 depenrá do perfil do trilho e dos gases utilizados.

Este processos 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 de juntas 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