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Animação de execução de solda aluminotérmica


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                                               


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