Já alguma vez se interrogou sobre a ciência por detrás da união de metais sem os derreter? A brasagem é um processo fascinante que liga metais utilizando um material de enchimento aquecido a uma gama de temperaturas específica. Neste artigo, vamos mergulhar no mundo da brasagem, explorando as suas características, vantagens e vários tipos. Junte-se a nós para desvendar os segredos desta técnica essencial de metalurgia e descobrir como ela molda os produtos que usamos todos os dias.
A brasagem é um processo de união a alta temperatura em que um metal de adição é aquecido a uma temperatura tipicamente superior a 450°C (842°F). Esta temperatura é cuidadosamente selecionada para estar acima do ponto de liquidez do metal de adição, mas abaixo da temperatura de solidificação dos materiais de base que estão a ser unidos.
Durante o processo de brasagem, o metal de adição fundido molha a superfície dos metais de base, facilitado pela aplicação correta do fluxo ou por uma atmosfera controlada. A ação capilar atrai então o material de enchimento líquido para a folga estreita da junta. À medida que o conjunto arrefece, o metal de adição solidifica, criando uma forte ligação metalúrgica entre os materiais de base.
Esta técnica versátil permite unir metais semelhantes ou diferentes, produzindo ligações de alta resistência com excelente condutividade térmica e eléctrica. A brasagem é amplamente utilizada em indústrias como a aeroespacial, automóvel e AVAC pela sua capacidade de criar juntas estanques e unir conjuntos complexos com o mínimo de distorção.
(1) O ponto de fusão do metal de adição é substancialmente inferior ao do metal de base, normalmente em pelo menos 50°C (90°F). Este diferencial de temperatura assegura que o metal de base permanece no estado sólido durante o processo de brasagem, preservando a sua integridade estrutural e propriedades mecânicas.
(2) A composição do metal de adição é nitidamente diferente da do metal de base. Esta variação de composição é concebida para obter propriedades metalúrgicas específicas, tais como uma melhor molhabilidade, caraterísticas de fluxo melhoradas e compatibilidade com o metal de base para uma resistência óptima da junta.
(3) O metal de adição fundido é atraído e retido na fenda da junta entre os componentes do metal de base através de uma combinação de ação molhante e força capilar. Este fenómeno, conhecido como ação capilar ou fluxo capilar, é regido por factores que incluem a tensão superficial, a viscosidade e a folga da fenda, que normalmente varia entre 0,025 e 0,125 mm (0,001 e 0,005 polegadas) para obter resultados óptimos.
(4) A ligação metálica é estabelecida através da difusão mútua de átomos na interface entre o metal de adição líquido e o metal de base sólido. Este processo de difusão cria uma camada intermetálica, que é crucial para a formação de uma ligação metalúrgica forte e contínua. A extensão e a natureza desta zona de difusão influenciam significativamente as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão da junta.
Decomposição do processo de brasagem
Vantagens da brasagem:
Desvantagens da brasagem:
1) Classificação por ponto de fusão da solda
2) Classificação por temperatura de brasagem
3) Classificação por fonte de calor
4) Classificação por Atmosfera
5) Classificação por aplicação de metal de adição
6) Classificação por projeto de junta
Liquidus: A temperatura mais baixa à qual o metal de adição para brasagem está completamente líquido.
Solidus: A temperatura mais elevada à qual o metal de adição de brasagem é completamente sólido.
Humidificação:
A molhagem é a capacidade de um líquido manter o contacto com uma superfície sólida, resultante de interações intermoleculares quando os dois se juntam. É um fenómeno crucial na brasagem, abrangendo:
No seu estado livre, um líquido tende a formar uma forma esférica devido à tensão superficial. Quando um líquido entra em contacto com um sólido:
O grau de molhagem é quantificado pelo ângulo de contacto (θ) formado entre as fases líquida e sólida na sua interface. Para uma brasagem eficaz, o ângulo de molhagem do metal de adição deve ser normalmente inferior a 20°.
Ação capilar:
Assume-se que quando duas placas metálicas paralelas entre si são inseridas verticalmente numa quantidade infinita de solda líquida, as placas são infinitas e a quantidade de solda é ilimitada.
Dependendo das propriedades de molhagem da solda nas placas metálicas, o efeito capilar resultará na situação mostrada na Figura (a) ou na situação mostrada na Figura (b). Se a solda for capaz de molhar as placas metálicas, ocorrerá o resultado representado na Figura (a); caso contrário, ocorrerá o resultado representado na Figura (b).
Soldaduras suaves à base de Sn e Pb:
Estas soldas apresentam excelentes capacidades de molhagem e espalhamento no cobre e em vários outros metais, tornando-as a escolha predominante na indústria eletrónica. As soldas à base de Sn, em particular, estão a ganhar destaque devido a preocupações ambientais e requisitos regulamentares.
Solda à base de Cd:
Compostas principalmente por ligas de cádmio-prata, estas soldas oferecem uma resistência superior ao calor e à corrosão. No entanto, a sua utilização é cada vez mais limitada devido à toxicidade do cádmio, o que levou ao desenvolvimento de alternativas mais seguras.
Solda à base de Zn:
As soldas à base de zinco constituem uma opção económica com boas propriedades mecânicas e resistência à corrosão. São particularmente úteis em aplicações que requerem pontos de fusão mais elevados do que as soldaduras Sn-Pb tradicionais.
Solda macia à base de Au:
As soldas à base de ouro oferecem uma resistência excecional à corrosão e são frequentemente utilizadas em aplicações electrónicas e aeroespaciais de elevada fiabilidade. O seu elevado custo limita a sua utilização generalizada a sectores especializados.
Outras soldas macias de baixo ponto de fusão:
Solda sem chumbo:
Em resposta às preocupações ambientais e de saúde, foram desenvolvidas soldas sem chumbo, que são agora amplamente adoptadas na indústria eletrónica. As formulações comuns sem chumbo incluem as ligas SAC (estanho-prata-cobre), que oferecem um equilíbrio entre desempenho, fiabilidade e rentabilidade. Estas soldas requerem normalmente temperaturas de processamento ligeiramente mais elevadas e podem apresentar caraterísticas de molhagem diferentes em comparação com as soldas Pb-Sn tradicionais.
Os metais de adição para brasagem desempenham um papel crucial na união de componentes com elevada resistência e fiabilidade. A sua seleção é fundamental para obter um desempenho ótimo da junta em várias aplicações industriais.
As principais categorias de metais de adição para brasagem incluem:
Metais de adição à base de alumínio:
Especificamente concebidos para a brasagem de alumínio e suas ligas. Oferecem excelentes caraterísticas de humidificação e fluxo, assegurando ligações fortes enquanto mantêm a resistência à corrosão do material de base. São habitualmente utilizados nas indústrias aeroespacial, automóvel e AVAC.
Metais de adição para brasagem à base de prata:
Conhecidas pela sua excecional versatilidade e desempenho numa vasta gama de metais. Estas ligas oferecem baixos pontos de fusão, excelentes propriedades de fluxo e elevada resistência das juntas. São amplamente utilizadas em aplicações eléctricas, médicas e aeroespaciais devido à sua superior condutividade e resistência à corrosão.
Metais de adição à base de cobre:
Metais de adição à base de níquel:
Embora não sejam mencionados no texto original, são importantes para aplicações a altas temperaturas. Oferecem uma excelente força e resistência à corrosão a temperaturas elevadas, tornando-os adequados para as indústrias aeroespacial, nuclear e de processamento químico.
Metais de enchimento à base de metais preciosos (incluindo ouro e paládio):
Estes metais de adição especializados oferecem propriedades únicas, tais como elevada resistência à corrosão, biocompatibilidade e desempenho em ambientes extremos. São utilizados em aplicações críticas nas indústrias médica, aeroespacial e eletrónica.
Ver também:
Requisitos de função e desempenho do fluxo de brasagem:
1) Eliminar as películas de óxido nas superfícies metálicas, criando condições óptimas para a humidificação e espalhamento do metal de adição.
2) Formar uma barreira líquida protetora sobre as superfícies do metal de base e do metal de adição durante o processo de brasagem.
3) Atuar como um agente interfacial para melhorar as caraterísticas de humedecimento e promover o espalhamento do metal de adição.
Necessidade de remoção da película de óxido durante a brasagem
A presença de películas de óxido nas superfícies metálicas impede significativamente o comportamento de humedecimento e espalhamento dos metais de adição de brasagem, sendo necessária a sua remoção para uma formação bem sucedida da junta. Os desafios associados à remoção de películas de óxido são diretamente proporcionais a:
A remoção efectiva da película de óxido pode ser conseguida através de várias técnicas:
O fluxo de brasagem serve múltiplas funções críticas para além da remoção de óxido:
Tabela 1 Taxa de formação de película de óxido em ar seco
| Metal | 1 minuto | 1 hora | 1 dia |
| Aço inoxidável | 10 | 10 | 10 |
| Ferro | 20 | 24 | 33 |
| Alumínio | 20 | 80 | 100 |
| Cobre | 33 | 50 | 50 |
Nas operações de brasagem, o principal gás neutro utilizado é o árgon, sendo o azoto uma alternativa em aplicações específicas.
O árgon, um gás nobre inerte, funciona principalmente como uma atmosfera protetora para a peça de trabalho. Embora proteja eficazmente a área de brasagem dos contaminantes atmosféricos, não tem a capacidade de remover diretamente as películas de óxido das superfícies metálicas.
A remoção de certas películas de óxido durante a brasagem ocorre através de uma combinação de mecanismos:
Conforme ilustrado nas tabelas de dados metalúrgicos, as temperaturas de decomposição da maioria dos óxidos metálicos excedem significativamente os pontos de fusão e os pontos de ebulição dos respectivos metais de base. Esta relação térmica leva à conclusão de que a decomposição do óxido não pode ser conseguida apenas através do processo de aquecimento inerente às operações de brasagem.
Para gerir eficazmente as películas de óxido durante a brasagem, são frequentemente utilizadas estratégias adicionais:
| Óxido | Temperatura de decomposição (℃) | Óxido | Temperatura de decomposição (℃) |
| Au2O | 250 | PbO | 2348 |
| Ag2O | 300 | NiO | 2751 |
| Pt2O | 300 | FeO | 3000 |
| CdO | 900 | MnO | 3500 |
| Cu2O | 1835 | ZnO | 3817 |
1. Soldadura a ferro
Características: baixa temperatura
Âmbito de aplicação:
1. É aplicável à soldadura (utilizando chumbo-estanho ou metal de enchimento à base de chumbo) com temperatura de soldadura inferior a 300C;
2. O fluxo de solda é necessário para a brasagem de peças finas e pequenas.
2. Brasagem com maçarico, soldadura com maçarico
Características: simples, flexível e amplamente utilizado
Âmbito de aplicação: geralmente, a chama neutra ou a chama de carbonização ligeira/tocha de gás geral ou tocha de brasagem especial (a tocha também pode ser utilizada para soldadura suave) deve ser utilizada para aquecer primeiro a peça de trabalho:
1. É aplicável à brasagem de algumas soldaduras que são limitadas pela forma, tamanho e equipamento das soldaduras e não podem ser brasadas por outros métodos
2. A brasagem automática por chama pode ser utilizada
3. Aço soldávelaço inoxidável, ligas duras, ferro fundido, cobre, prata, alumínio, etc. e respectivas ligas
4. Os metais de adição comuns incluem o cobre-zinco, o cobre-fósforo, a base de prata, a base de alumínio e os metais de adição de zinco-alumínio
3. Brasagem por imersão, soldadura por imersão
(Banho de sal e banho de metal, adequado para produção em massa)
4. Soldadura por fluxo, soldadura por onda, soldadura por pulverização
(Uma variedade de brasagem por banho de metal, utilizada principalmente para brasagem de placas de circuitos impressos)
5. Brasagem por resistência
Aquecimento extremamente rápido e elevada produtividade.
6. Brasagem por indução
Aquecimento rápido, menor oxidação e pequena brasagem.
O processo de produção de brasagem engloba várias etapas, incluindo a preparação da superfície da peça de trabalho antes da brasagem, a montagem, a colocação do metal de adição, a brasagem, o tratamento pós-brasagem e outros processos relacionados.
1. Projeto de junta soldada
Ao conceber uma junta soldada, a principal consideração deve ser a sua resistência, seguida das considerações relativas ao processo, tais como assegurar a precisão dimensional da montagem, a montagem e o posicionamento correctos das peças, a colocação da solda e a folga da junta soldada.
A junta sobreposta é normalmente utilizada para juntas de brasagem.
Na produção prática, para juntas de brasagem feitas com metais de adição de alta resistência à base de prata, cobre ou níquel, o comprimento da volta é tipicamente 2-3 vezes a espessura da peça mais fina.
Para juntas soldadas feitas com soldas macias, como estanho-chumbo, o comprimento da volta pode ser 4-5 vezes a espessura da peça mais fina, mas não deve exceder 15 mm.
Tipos de juntas soldadas
a) Forma de junção da brasagem de chapas
b) Forma de junta em T e brasagem em bisel
c) Forma conjunta de tubo ou barra e chapa
d) Forma de junção da brasagem por contacto de fio
e) Forma de junção da brasagem de tubos
Método de posicionamento de junta soldada
a) Posicionamento por gravidade b) Encaixe apertado c) Serrilhado d) Flangeamento
e) Queima f) Fiação g) Forjamento de matrizes h) Necking
i) Corte inferior j) Corte e dobragem k) Fixação l) Cavilha de posicionamento
m) Parafuso n) Rebitagem o) Soldadura por pontos
2. Preparação da superfície da soldadura
Antes do processo de brasagem, é crucial remover completamente qualquer óxido, gordura, sujidade e tinta da superfície da peça de trabalho.
Em alguns casos, pode ser necessário revestir previamente as peças com uma camada metálica específica antes da brasagem.
(1) Remover a mancha de óleo
As manchas de óleo podem ser removidas com solventes orgânicos.
Os solventes orgânicos comuns incluem o álcool, o tetracloreto de carbono, a gasolina, o tricloroetileno, o dicloroetano e o tricloroetano.
(2) Remoção de óxidos
Antes da brasagem, as películas de óxido na superfície da peça podem ser processadas utilizando métodos mecânicos, métodos de gravura química e métodos de gravura eletroquímica.
3. Montagem e fixação
Os metais de solda são utilizados em vários métodos de brasagem, com exceção da brasagem por chama e da brasagem com ferro de soldar, a maioria dos quais são pré-colocados na junta. A gravidade e a capilaridade da fenda devem ser utilizadas tanto quanto possível para incentivar o metal de enchimento a preencher a fenda quando colocado.
O metal de adição em pasta deve ser aplicado diretamente na junta soldada e a solda em pó pode ser misturada com um adesivo antes de ser aplicada na junta.
4. Método de colocação do metal de adição
a) Colocação da solda anular
b) Colocação da folha de solda
P - pressão aplicada
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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