Processo de fabricação
Uma fábrica de estruturas metálicas corresponde, de um modo geral, a uma instalação fixa, relativamente simples e de grande flexibilidade, podendo realizar simultaneamente uma série de operações específicas. O porte da fábrica irá depender da capacidade de produção desejada, podendo ser constituída por uma única seção, no caso de pequenas instalações, onde serão realizadas todas as operações ou constituída por múltiplas seções, no caso de médias e grandes instalações, onde as diversas etapas do processo estarão associadas a um determinado setor.
Com a definição do projeto estrutural se inicia o processo de fabricação, que passará antecipadamente pelo planejamento e controle da produção (PCP). O início desta etapa ocorre paralelamente ao estudo de viabilidade e seu desenvolvimento continua até o início efetivo do contrato. A etapa de PCP está voltada para a logística do processo, cujo sucesso está atrelado aos seguintes pontos: sequência de montagem, limitações de canteiro, interface com obras civis, segmentação operacional do empreendimento e fluxo de caixa do cliente. Com base nesta logística, o PCP otimiza-se o uso dos recursos de fábrica (físico x financeiro) e administra-se as cargas de fábrica, executando a gestão simultânea de vários projetos. Em sequência, é definido o fluxo de fabricação envolvendo estudos de métodos e processos, bem como gabaritos, programas para máquinas CNC e documentação pertinente aos processos, sendo observados os aspectos técnicos, de normalização, da qualidade; a racionalização do processo fabril, dos componentes e da matéria-prima.
O MBCEM (1986), em seu volume I, descreve as etapas do processo de fabricação com a tradução do texto do Manual Detailing for Steel Construction, da AISC. Tal fato confirma a similaridade do processo de fabricação de estruturas metálicas nos Estados Unidos e no Brasil.
O aço estrutural passa por várias operações ao longo da fabricação das estruturas. Contudo, a sequência e importância das operações de oficina variam de acordo com o tipo de fabricação requerida. Esta grande variação nas operações distingue a fábrica de estruturas metálicas de uma unidade de produção seriada. As operações típicas, geralmente executadas são:
– Manuseio e corte de material;
– Execução de Gabaritos;
– Traçagem;
– Operações de usinagem e forjamento;
– Furação;
– Desempeno, dobramento e calandragem;
– Ajuste e alargamento de furos;
– Parafusagem e soldagem;
– Acabamento;
– Controle de qualidade;
– Limpeza e pintura;
– Embarque.
É usual que as diversas operações de fabricação sejam executadas com o auxílio de croquis de cada peça, evitando-se o manuseio dos desenhos detalhados, reservados ao pessoal especializado. Por outro lado, o controle do andamento dos trabalhos é efetuado através de fichas, que informam a posição de cada elemento estrutural dentro do fluxograma de fabricação.
Suprimento
O aço comprado às usinas laminadoras destina-se a trabalhos específicos, seguindo listas preparadas pelos projetistas ou departamento de compras. É a principal fonte de matéria-prima das fábricas de estruturas metálicas. O material pode ser entregue já nos comprimentos desejados, com seu custo ligeiramente acrescidos.
O aço estocado pelo próprio fabricante é usado para cobrir demandas superiores às quantidades encomendadas às usinas. É também utilizado para atender a pequenos trabalhos, que não justificam um pedido às laminadoras. O aço comprado de revendedores é utilizado quando o cliente deseja maior rapidez de entrega, mesmo que isto acarrete um acréscimo no custo dos serviços.
O manual de detalhamento da AISC (2002) recomenda que quando o aço chega a fábrica, esse deve ser identificado e checado de acordo com a lista de materiais especificada pelo fabricante e separado para um trabalho ou estoque específico. Especifica, ainda, que segundo a ASTM-A6, o aço, ao ser embarcado pelas laminadoras, esteja identificado com o número da corrida, nome do fabricante, marca registrada e tamanho. Ainda, Se o limite de escoamento especificado for maior que 250 MPa, a peça deve estar marcada também com o número da especificação aplicável e a codificação em cores.
Os sistemas de identificação de laminação e controle de identificação de aços de alta resistência garantem que o material especificado para os vários membros seja repetidamente identificado nas instalações do fabricante.
Manuseio
O desafio dos fabricantes de fazer produtos de maior qualidade a um custo menor e de maneira mais oportuna está intimamente ligado a movimentação de materiais que representa uma parcela significante do custo total de estrutura, assim como exige um método e processo adequado aos parâmentros construtivos.
São usados equipamentos fixos como: talhas e braços giratórios para pequenas cargas localizadas e equipamentos móveis como: pontes em consolo, guinchos em monovias, semipórticos e pontes rolantes que por serem adequadas a múltiplas situações e deixarem livre o piso da fábrica são mais utilizadas.
Como equipamentos complementares não ligados à estrutura da fábrica e normalmente utilizados no transporte transversal de cargas, são usados: veículos sobre trilhos, empilhadeiras e guinchos sobre rodas, caminhões e mesas transportadoras.
A evolução do processo nos permite numa concepção moderna trabalhar com materiais em movimento automático entre processos automáticos de fabricação, partindo num futuro próximo para uma implementação e operação dos sistemas de movimentação inteligente, numa filosofia onde a melhor movimentação de materiais é a de mínimo movimento e estocagem.
Corte
O material fornecido com comprimento maior do que o necessário deve ser enviado para as tesouras, serras ou unidades de corte. Os processos usuais de corte do aço para a construção metálica são, basicamente, mecânicos ou térmicos. A escolha do processo de corte depende da etapa de fabricação, complexidade do trabalho e do tipo de material a ser utilizado.
Corte Mecânico
Para se efetuar o corte mecânico de peças de aço, podem ser utilizadas serras, guilhotinas e tesouras, para espessuras até 25 mm. As serras são utilizadas em cortes de perfis, apresentando bom acabamento nas extremidades. As guilhotinas se aplicam ao corte de chapas em vários ângulos,as cantoneiras por máquinas similares, capazes de cortar as duas abas ao mesmo tempo. As tesouras são usadas no corte de chapas empregadas na fabricação de perfis formados a frio. Vigas I, perfis U e colunas leves são em geral cortadas por serras de alta velocidade de fricção, uma serra (coldsaw) para peças conformadas a frio de baixa velocidade ou uma serra manual.
Podem ser realizados cortes e furação automaticamente através de informações via computador. Alguns fabricantes utilizam máquinas de controle numérico via computador, CNC, o que elimina a necessidade de gabaritos em tamanho natural.
Corte térmico
O maçarico a gás é usado para corte de material de espessura ou tamanho acima da capacidade das diversas outras máquinas, além de peças curvas ou de geometria complexa. O tipo portátil pode ser manufaturado na própria oficina ou, mesmo, no campo. O modelo estacionário possui um braço pantográfico, com bicos de corte numa extremidade, dirigidos pela outra extremidade que desliza sobre um gabarito. Algumas máquinas de corte por chama são montadas sobre carros que correm sobre trilhos-guia.
Os processos de corte a chama, plasma ou laser, são os mais utilizados na fabricação de estruturas metálicas.
Corte a chama
Conhecido como Oxicorte, é um processo no qual o metal é aquecido à uma temperatura de pré-aquecimento (conhecida como temperatura de ignição) inferior ao ponto de fusão através de uma chama oxigênio – gás combustível. Em seguida, o metal é oxidado rapidamente pelo oxigênio de corte e o óxido formado é fundido e removido continuamente pela ação do jato de oxigênio. A operação prossegue auto sustentada pelo desprendimento de calor provocado pela reação química entre o oxigênio puro e o
ferro. O calor liberado mantém a condição necessária para a combustão, permitindo a abertura de um sulco no metal, denominado sangria ou corte.
Um corte perfeito é caracterizado por uma superfície lisa e regular, sendo as linhas de desvio quase verticais. A escória aderida na parte inferior do corte é facilmente removida. Algumas irregularidades nos ajustes podem provocar defeitos tais como, borda superior e inferior goivada, perda do corte, bordas convergentes, borda superior com gotas fundidas e borda inferior arredondada. Estes podem ser evitados ou eliminados caso sejam tomados os procedimentos adequados. Os defeitos mais comuns são provocados por: chama de pré-aquecimento inadequada; velocidade de corte irregular; superfície da chapa com carepa ou ferrugem; distância do bico a chapa fora de especificação e bico de corte sujo ou danificado.
Para aumentar a produtividade e a qualidade do corte foram desenvolvidas máquinas automáticas, que permitem executar com precisão as mais diversas configurações de corte através de leitura dos desenhos por um copiador ótico.
Corte a plasma
Os três estados da matéria normalmente conhecidos são sólido, líquido e gasoso. Aumentando-se o nível de energia obtém-se o quarto estado conhecido como plasma. O processo de corte a plasma utiliza um arco transferido, confinado, para cortar metais. Este arco é estabelecido por uma corrente direta, na qual o eletrodo é conectado ao pólo negativo e a peça de trabalho no positivo. Uma descarga de alta voltagem eleva consideravelmente o nível de energia, transformando o gás aquecido em gás plasma atingindo temperaturas superiores a 15000 ºC. O calor do arco confinado é concentrado em uma área especifica da peça atingindo seu ponto de fusão. As partículas fundidas são continuamente removidas pelo jato de plasma para produzir o corte.
O processo de corte a plasma pode ser manual ou mecanizado, dependendo do material, espessura e nível de produção.
Atualmente estes equipamentos são controlados numericamente por computador e possuem sensores de altura (distância constante do bico à chapa) permitindo velocidades de cortes elevadas com excelente acabamento. Os sistemas de amperagem elevadas produzem ruídos, fumaças e radiações ultravioletas. Para reduzir estes efeitos prejudiciais à saúde do operador pode ser utilizado em algumas situações o corte subaquático na qual a peça e a tocha são totalmente imersas sobre 50 ou 75 mm de água durante o corte. Desde que obedecidos os padrões de regulagem indicados pelo fabricante e as técnicas de operação o processo de corte a plasma não apresenta defeitos significativos.
Corte a laser
O laser (light amplification by stimulated emission of radiation) trata-se de um feixe de luz que pode ser concebido em diversos meios físico-químicos, porém no que tange às aplicações industriais, o dióxido de carbono (CO2) é o que demonstrou ser o mais interessante. Os lasers de CO2 são virtualmente universais para corte bidimensional, mas os enfoques de projeto variam quanto à manobra da peça em relação ao cabeçote de corte laser, para cortar os contornos desejados.
Os lasers representam um bom potencial para ganhos em qualidade e produtividade. Os sistemas controlados por computador permitem que as peças sejam cortadas com precisão em uma só operação, poupando numerosas etapas em diversas máquinas que trabalham através de técnicas tradicionais. Esta capacidade de trabalhar em uma só etapa torna o laser uma poderosa ferramenta da produtividade para os fabricantes de estruturas metálicas que procuram boas reduções de custo e maior produção com flexibilidade.
