Soldadura por fusão

A soldadura por fusão une peças de metal fundindo juntas as suas bordas, quase sempre com algum metal de adição, para que ao arrefecer formem uma só peça. Os fundidores de bronze já o faziam nos séculos VII e VI a.C., vertendo bronze fundido entre as partes vazadas das grandes estátuas, na Arábia do Sul e depois na Grécia. Mais tarde o calor veio de uma chama de gás ou de um arco elétrico: Benardos e Olszewski patentearam a soldadura por arco com elétrodo de carvão em 1885, Fouché e Picard construíram um maçarico oxiacetilénico por volta de 1903, e os elétrodos revestidos, depois os arcos protegidos por gás, espalharam a soldadura pela indústria.

O que é

A soldadura por fusão une duas peças de metal fundindo-as onde se tocam. As bordas e, quase sempre, algum metal de adição juntam-se num só banho, e quando o banho solidifica as duas partes são uma única peça de metal através da junta.

À esquerda, uma junta brasada: só a liga de solda funde. À direita, uma soldadura: as próprias placas fundem-se.

Duas outras maneiras de unir metal parecem-se e funcionam de outro modo. Na brasagem fraca, um metal de adição que funde a uma temperatura muito mais baixa molha as superfícies e solidifica entre elas, enquanto as peças continuam sólidas. Na caldeação, o velho método do ferreiro, dois pedaços de ferro aquecidos no fogo são martelados até se unirem, sem fundir. A soldadura por fusão precisa de uma fonte de calor bastante intensa para fundir as peças localmente, hoje quase sempre um arco elétrico ou uma chama de gás.

Uma máquina de soldar por arco típica de meados do século XX é construída em torno de um transformador. Um cabo vai da máquina ao porta-elétrodo, que aperta uma vareta de metal revestida, o elétrodo. Um segundo cabo termina numa pinça de massa presa à peça. O arco salta entre a ponta do elétrodo e a junta, por cima de um pequeno banho de metal fundido, e deixa para trás um cordão de soldadura à medida que o soldador avança. O soldador olha através do filtro escuro de uma máscara. Na junta topo a topo acabada, o cordão enche o intervalo e a zona fundida penetra nas duas placas.

Como funciona

Quando o elétrodo se aproxima da peça, a corrente salta o pequeno intervalo através de uma coluna de gás quente e ionizado, o arco. O arco é bastante quente para fundir a ponta do elétrodo e as bordas da junta. Gotas de metal do elétrodo atravessam o arco até ao banho, de modo que o elétrodo se gasta à medida que a soldadura cresce. O revestimento também funde e liberta gás e uma camada de escória que cobrem o metal fundido e o isolam do ar; a escória tira-se do cordão à pancada depois de arrefecer. O circuito vai da máquina ao porta-elétrodo, atravessa o arco, a peça e a pinça de massa e volta à máquina.

Um posto de soldadura a gás: o oxigénio e o acetileno misturam-se no maçarico.

A soldadura a gás usa uma chama. O oxigénio e o acetileno saem de duas garrafas por redutores e mangueiras e misturam-se no maçarico. Em 1895, Henri Le Chatelier obteve uma chama de cerca de 3000 °C queimando juntos os dois gases. O soldador funde as bordas da junta com a chama e leva à mão uma vareta de adição até ao banho. Ao contrário do arco, a soldadura a gás não precisa de eletricidade.

Processos de arco posteriores protegem o banho com um gás em vez de um revestimento. Na soldadura TIG, aperfeiçoada em 1941, um elétrodo de tungsténio que não funde faz saltar o arco sob uma corrente de gás inerte, e o metal de adição junta-se à parte. Na soldadura MIG, desenvolvida em 1948, um fio que avança sem parar através de uma tocha é ao mesmo tempo elétrodo e metal de adição.

Qualquer forma de soldadura é um trabalho perigoso. O arco emite luz ultravioleta que queima os olhos e a pele; por isso a máscara tem um filtro escuro e os soldadores usam luvas e roupa que cobre o corpo. Os fumos do metal e do revestimento fundidos causam cancro: a Agência Internacional de Investigação do Cancro classificou os fumos de soldadura como cancerígenos para o ser humano em 2017, e a autoridade britânica de saúde e segurança no trabalho exige agora que sejam aspirados na origem. As máquinas de arco trazem o risco de choque elétrico, as garrafas e mangueiras de gás podem alimentar incêndios, e as faíscas e o metal quente pegam fogo ao que estiver perto. O equipamento de soldadura é usado por soldadores com formação, com aspiração de fumos, biombos e precauções contra incêndio.

História e evolução

Benoît Mille identificou soldaduras por fusão em Hawtar’athat, uma grande estátua de bronze da Arábia do Sul que a sua inscrição data do fim do século VII ou da primeira metade do VI a.C. Na Grécia, as soldaduras por fusão mais antigas identificadas até hoje encontram-se em grandes bronzes. As estátuas de tamanho natural ou maiores eram vazadas em várias peças pela cera perdida e depois unidas, e Aurélia Azéma e os seus colegas datam as soldaduras gregas mais antigas do fim do século VI ou do início do século V a.C., a época das primeiras grandes estátuas de bronze. Os fundidores vertiam bronze fundido num canal aberto ao longo da junta ou num intervalo deixado entre as duas partes, de modo a fundir-lhes as bordas e a unir-se a elas.

Bacias ovais ao longo da ligação de um braço, onde o bronze fundido foi vertido.

Em algumas estátuas, como os bronzes de Riace, as soldaduras aparecem como uma fila de bacias ovais ao longo da junta. Angelini, Artioli e os seus colegas analisaram os isótopos de chumbo de amostras recolhidas nas soldaduras dos bronzes de Riace. Em ensaios de laboratório, a equipa de Azéma não conseguiu fazer uma soldadura com mais de alguns centímetros, enquanto algumas soldaduras antigas chegam a um metro, e suspeita que os fundidores usavam um aditivo que funcionava como fundente. Muito antes já se unia o metal sem o fundir. A Miller e o TWI referem ambos pequenas caixas de ouro da Idade do Bronze com juntas soldadas, feitas segundo a Miller apertando uma contra a outra bordas sobrepostas. O ferro quente unia-se por caldeação na forja, martelando duas peças até ficarem presas: Nurcan Küçükarslan assinala vestígios dela em objetos de ferro da Idade do Bronze Média de Kaman-Kalehöyük, na Anatólia, e o TWI nota que continuou a ser a forma habitual de soldar o ferro até ao século XIX.

O arco elétrico tornou possíveis novas soldaduras. Humphry Davy mostrou um arco entre elétrodos de carvão no início do século XIX; a TWI data-o de 1800, a Miller de 1809. Em 1881, Auguste de Méritens usou o calor de um arco para unir as placas de chumbo de acumuladores. Nikolai Benardos e Stanislaus Olszewski patentearam a soldadura com elétrodo de carvão na Grã-Bretanha em 1885 e nos Estados Unidos em 1887. Nikolai Slavianov na Rússia em 1888 e C. L. Coffin nos Estados Unidos em 1890 usaram um elétrodo metálico que fundia na junta.

A soldadura a gás avançou a par. Depois dos trabalhos de Le Chatelier sobre a chama oxiacetilénica, os engenheiros franceses Edmond Fouché e Charles Picard desenvolveram um maçarico para queimar os dois gases, datado de 1903 pela Metinvest. A Miller situa por volta de 1900 um maçarico adequado ao acetileno a baixa pressão. Entre 1907 e 1914, o sueco Oscar Kjellberg inventou o elétrodo revestido. A procura de armamento da Primeira Guerra Mundial espalhou a soldadura pela indústria, e no fim dos anos 1930 os estaleiros navais soldavam por arco automático sob uma camada de fundente.