A geometria do cordão caracterizada principalmente por sua largura, pelo reforço, pela diluição, pela penetração, pela convexidade do cordão, pelas áreas de reforço e de penetração, entre outros influenciam na resistência mecânica da junta soldada, principalmente no limite de resistência à fadiga (FARIAS et al., 1993).
A penetração da solda é maior, quanto maior for a concentração e intensidade de energia e quanto maior for a escavação do arco. A concentração de energia é função do diâmetro do arco, e este é tanto menor, quanto menor for o seu comprimento, maior sua condutividade térmica e menor o diâmetro do eletrodo (FARIAS et al., 1993). A intensidade de energia eleva à medida que aumenta a corrente e diminui a velocidade de soldagem para a mesma atmosfera do arco (LEONELLO, 2005).
A penetração na soldagem é gerada basicamente da pressão exercida pela força do arco sobre a poça fundida, a qual comprime a superfície líquida para uma penetração profunda (FARIAS et al., 1993). Essa força resulta da inércia de um fluxo de gotas metálicas ou de um jato de gás colidindo com a poça de fusão, ou uma combinação dos dois mecanismos (SANTOS, 1995). Normalmente para qualquer intensidade de corrente, a penetração é inversamente proporcional à velocidade de soldagem e ao diâmetro do eletrodo (LEONELLO, 2005).
A largura do cordão de solda é tanto quanto maior for o diâmetro do arco e menor a viscosidade e tensão superficial da escória. Ela é inversamente proporcional à velocidade de soldagem e diretamente proporcional à tensão de soldagem e ao diâmetro do eletrodo, os quais afetam a área sobre a qual a força do arco é dissipada. A influência da corrente de soldagem, comprimento do eletrodo e composição do fluxo na largura do cordão é mais difícil de determinar. Geralmente em corrente contínua (CC), a largura aumenta com a corrente até um valor crítico, a partir do qual começa a diminuir. Em CA verifica-se pouco efeito da corrente sobre a largura da solda (FARIAS et al., 1993).
Com relação ao reforço, sua forma é determinada pela largura da poça de fusão, pelo volume de metal adicionado, pela pressão hidrostática sobre o metal líquido, pela presença de escória e, em correntes elevadas, pela velocidade de movimentação do metal líquido. O reforço do cordão de solda aumenta com a redução do diâmetro do arco, com o aumento da área adicionada da solda, da viscosidade e tensão superficial. Logo independe do tipo de corrente e polaridade, e é diretamente proporcional à corrente de soldagem. Reduções na tensão, velocidade de soldagem e no diâmetro do eletrodo aumentam o reforço do cordão de solda. Experimentos têm comprovado que o reforço é maior em CC- e menor em CC+, com valores intermediários em corrente alternada (CA) (FARIAS et al., 1993).
A área da seção transversal do cordão de solda (S) é diretamente proporcional à corrente de soldagem e inversamente proporcional à velocidade de soldagem e ao diâmetro do eletrodo. Não há relação bem definida entre a área da solda e o comprimento do eletrodo. Assim sendo, pode-se ver que muitos fatores afetam direta ou indiretamente as características geométricas do cordão de solda. Dentre eles estão a composição dos gases e fluxos, e a composição química do metal de base (FARIAS et al., 1993).
Estes fatores podem afetar significativamente a tensão de soldagem, a configuração e a estabilidade do arco, a função de trabalho das superfícies do cátodo e ânodo, além de influenciarem nas propriedades físicas dos gases e escórias, no tipo de transferência de metal de adição e na força do arco (FARIAS et al., 1993)..
O calor gerado na coluna do arco depende da corrente e tensão de soldagem. Logo, quanto maior a corrente ou tensão, maior a quantidade de calor gerado e maior a quantidade de material de base fundido, consequentemente, maior a zona termicamente afetada (ZTA) (LEONELLO, 2005).
3.8.1 Chanfros
Chanfros são dimensionados em chapas mais espessas a fim de incrementar o volume de solda depositado, consequentemente aumentando a força de coesão entre as partes e a resistência da junta de topo soldada com penetração. Ainda, o desenho da junta deve ser capaz de acomodar fisicamente o processo de soldagem escolhido e qualquer equipamento complementar necessário (bicos, tochas, instrumentos, etc.) (GEISLER, 2015).
Materiais com espessura entre 1,0 e 3,2 mm podem ser soldados através da união dos topos das duas peças. Porém, acima destas espessuras é impossível a penetração da poça fundida na raiz da junta soldada. Portanto, é necessário chanfro nas peças, que também tem a função de acomodar o metal depositado que consequentemente formará uma camada de solda. Preparações típicas das peças para chapas de aço são apresentadas na Figura 7 (HOULDCROFT, 1998).
Figura 7 – Preparações típicas de peças para soldagem manual
Fonte: HOULDCROFT (1998).
A Associação Americana de Soldagem normatiza a aplicação dos chanfros com base nas melhores práticas e resultados por meio do documento AWS D1.5M/D1.5:2002. Nesta norma técnica são dispostos diversos tipos de desenhos de juntas soldadas e as especificações dimensionais em função das espessuras e tipos de soldagem. As dimensões recomendadas para a soldagem de topo com chanfro em V são apresentadas na norma técnica relatada de acordo com a Figura 8.
Figura 8 – Especificações para preparação de juntas conforme a norma técnica AWS D1.5M/D1.5.
A preparação do chanfro para a junta tem um efeito significativo sobre a forma da secção transversal do depósito do primeiro passe da solda. É imperativo obter uma solda que possua uma relação entre largura e profundidade de, pelo menos, 1,25, de modo a mitigar a sensibilidade à trinca da solda. Uma relação entre largura e profundidade de 1,25 pode ser facilmente conseguida quando o ângulo do chanfro é de, no mínimo, 70 graus. A relação entre largura e profundidade associada com uma junta com chanfro de ângulo de 60 graus ou menos pode levar a fissuras superficiais, ou até mesmo sub-superficiais no leito da solda. Uma vez depositado o primeiro passe a sensibilidade à trinca relacionada com o ângulo de chanfro perde significância (GEISLER, 2015).