Calor Gerado na Conexão Arco-Eletrodo

A soldagem pelo processo MIG/MAG, operando em corrente contínua, pode ser realizada tanto em CC+ (polaridade inversa – mais usual) quanto em CC- (polaridade direta). Em CC+, o eletrodo é o ânodo (pólo positivo) e em CC- é o cátodo (pólo negativo). As reações que ocorrem no ânodo e no cátodo são diferentes e podem promovem uma maior geração de calor no cátodo para as mesmas condições de soldagem. As diferentes reações ocorridas em cada pólo são atribuídas ao mecanismo de emissão em cada polaridade. A Fig. 2.25 apresenta algumas das características de cada polaridade.

Figura 2.25 - Características do cordão de solda para soldagem na CC+ e CC- (modificado TALKINGTON, 1998)

a) Eletrodo Ligado no Pólo Positivo (Ânodo)

A Fig. 2.26 apresenta a influência da corrente na geração de calor no ânodo. Pode-se verificar que o calor gerado é proporcional à corrente de soldagem.

Figura 2.26 – Influência da corrente na geração de calor no anôdo para arame-eletrodo de médio carbono de 1,2 mm de diâmetro e gás de proteção Ar puro (LESNEWICH, 1958b)

Menor taxa de fusão

O diâmetro do eletrodo afeta também a quantidade de calor gerada no ânodo, pois, pode aumentar a área da conexão. Porém, Lesnewich (1958b) mostra em seu trabalho que esta relação não é direta, depende do formato da ponta do eletrodo que por sua vez depende do diâmetro do eletrodo.

Lesnewich (1958b) afirma em seu trabalho que a mudança do gás de proteção ou da condição superficial do eletrodo não altera a geração de calor no ânodo. Segundo ele, isto ocorre, pois, no ânodo a mudança nestas condições não altera as reações responsáveis pela geração de calor. A Tab. 2.2 apresenta a taxa de fusão em função do gás de proteção e do tratamento superficial do eletrodo. Nesta tabela pode-se observar que, pelo menos para os gases da tabela, o gás de proteção e o tratamento do eletrodo com Césio parecem sim ter efeito sobre a taxa de fusão. A Fig. 2.26 apresenta a taxa de fusão em função da corrente para quatro gases de proteção e um fluxo utilizando um arame maciço de 1,6 mm de diâmetro, enquanto a Fig. 2.27 apresenta o mesmo, porém utilizando um arame tubular de 1,6 mm de diâmetro. Estes resultados também indicam que a mudança no gás de proteção altera a taxa de fusão, e conseqüentemente, a geração de calor no ânodo.

Tabela 2.2 – Efeito dos gases de proteção e condição superficial do eletrodo na taxa de fusão operando em CC+ com corrente de 350 A para eletrodos de médio carbono de diâmetro de 1,6 mm e com comprimento energizado de 19 mm (adaptado Lesnewich, 1958b)

Gás de proteção Condição superficial Taxa de fusão (in/min)

Argônio Limpa 225

Argônio Tratada com Césio 215

Hélio Limpa 230

Hélio Tratada com Césio 235

Nitrogênio Limpa 225

Nitrogênio Tratada com Césio 225

Dióxido de carbono Limpa 235

Figura 2.26 – Taxa de fusão em função da corrente para quatro gases de proteção e um fluxo utilizando o arame maciço VAC 60 (ER70S-6) com diâmetro de 1,6 mm e comprimento

energizado de eletrodo de 25 mm. O fluxo usado foi o UNIFLUX D1, Ar/CO2 é a mistura

82% Ar + 18% CO2 e T.I.M.E a mistura 65% Ar + 26,5% He + 8% CO2 + 0,5% O2 (SUBAN;

TUSEK, 2001)

Figura 2.27 – Taxa de fusão em função da corrente para quatro gases de proteção e um fluxo utilizando o arame tubular FabCore 70 TM (rutílico com pó de ferro) com diâmetro de 1,6 mm e comprimento energizado de eletrodo de 25 mm. O fluxo usado foi o UNIFLUX D1,

Ar/CO2 é a mistura 82% Ar + 18% CO2 e T.I.M.E a mistura 65% Ar + 26,5% He + 8% CO2 +

0,5% O2 (SUBAN; TUSEK, 2001)

Em resumo, soldando na polaridade CC+, a geração de calor no ânodo aumenta com o diâmetro do eletrodo e corrente de soldagem, depende do gás de proteção e da condição superficial do eletrodo, mas não depende de comprimento energizado de eletrodo.

b) Eletrodo Ligado no Pólo Negativo (Cátodo)

Segundo Lesnewich (1958b) devido ao mecanismo para emissão de elétrons que ocorre no cátodo uma mudança na composição ou condição superficial do eletrodo altera a função trabalho do mesmo, mudando a facilidade de emitir elétrons. A Fig. 2.28 apresenta influência da adição de cálcio no eletrodo na taxa de fusão do mesmo. Pode-se observar que em pequenas quantidades a concentração de cálcio na superfície do eletrodo aumenta a taxa de fusão, mas no geral o aumento da concentração de cálcio diminui a mesma.

Figura 2.28 – Efeito da quantidade de cálcio na superfície do eletrodo na taxa de fusão operando em polaridade CC+ (RPDC) e polaridade CC- (SPDC) (LESNEWICH, 1958b)

De forma similar, devido ao mecanismo para emissão de elétrons que ocorre no cátodo, a mudança do gás de proteção pode mudar a quantidade de calor gerado pela facilitação da emissão de elétrons. A Tab. 2.3 mostra a influência do gás de proteção sobre a taxa de fusão. Nesta tabela pode-se observar que em relação ao argônio a mudança do gás para o hélio não muda significativamente a taxa de fusão, enquanto que a mudança para o nitrogênio e para o dióxido de carbono a taxa de fusão é alterada. Nota-se que o hélio e o argônio proporcionam taxas de fusão parecidas e o nitrogênio e dióxido de carbono também. Isto acontece por que os gases oxidantes facilitam a emissão de elétrons, diminuindo, assim, o calor gerado na conexão catódica. Ainda nesta tabela, pode-se mostrar que apesar o hélio ter um potencial de ionização maior que duas vezes o do argônio (34,6 contra 15,75 eV) a taxa de

fusão proporcionada pelo hélio não é substancialmente maior, mostrando que o potencial de ionização não tem relação com a taxa de fusão do eletrodo.

Souza; Rezende; Scotti (2009), em um estudo sobre a influência da polaridade na taxa de fusão apresentou resultados, mostrados na Tab. 2.4, que apontam que, para uma mesma corrente imposta, a mudança no gás de proteção pode alterar a taxa de fusão (velocidade de alimentação) ao se manter o comprimento do arco similar para todos os testes. Pode-se observar que na polaridade CC+ a mudança no gás de proteção alterou pouco a taxa de fusão, enquanto, para a polaridade CC- a mudança no gás de proteção provou uma alteração bem mais significativa no aumento da taxa de fusão. Estes resultados corroboram os anteriores, mostrando que o gás de proteção altera, porém pouco, a taxa de fusão quando soldando em polaridade CC+. Em polaridade CC- a adição de gases com maior poder oxidante diminui a taxa de fusão.

Tabela 2.3 – Efeito dos gases de proteção na taxa de fusão operando em CC- com corrente de 350 A para eletrodos de médio carbono de diâmetro de 1,6 mm e com comprimento

energizado de 19 mm (adaptado (LESNEWICH, 1958b)

Gás de proteção Taxa de fusão (in/min)

Hélio 400

Argônio 395

Nitrogênio 370

Dióxido de carbono 370

Tabela 2.4 - Parâmetros de regulagem para realização dos testes utilizando arame-eletrodo AWS ER70S-6 de 1,2 mm de diâmetro (SOUZA; REZENDE; SCOTTI, 2007)

Teste Gás de Proteção Polaridade

Velocidade de Alimentação (m/min) Velocidade Soldagem (cm/min) DBCP (mm) Corrente Soldagem (A) 01 Ar + 2%O2 CC- 11,7 34,8 20 249 02 Ar + 2%O2 CC+ 7,2 34,8 20 250 04 Ar + 18%CO2 CC- 9,8 34,8 20 255 03 Ar + 18%CO2 CC+ 7,0 34,8 20 251

O efeito da corrente na geração de calor no cátodo é similar ao efeito no ânodo, ou seja, o aumento da corrente aumenta a geração de calor. A Fig. 2.29 mostra a influência da corrente na geração de calor do ânodo e do cátodo, além de mostrar a influência da condição superficial do eletrodo na relação entre corrente e a geração de calor no cátodo. Nesta figura, pode-se observar que apesar da mesma tendência de crescimento do calor gerado com o aumento da corrente, as curvas para o ânodo e para o cátodo têm inclinações diferentes.

A Fig. 2.29 também mostra que a mudança da condição superficial do eletrodo altera a

relação entre corrente e o calor gerado no cátodo, ou seja, afeta o Cc. A Fig. 2.30 mostra o

efeito da corrente nos coeficientes Ca e Cc. Pode-se observar que Ca não depende da corrente e

Cc é dependente da corrente e da condição superficial do eletrodo.

Figura 2.29 – Geração de calor no cátodo e no ânodo em função da corrente para eletrodos de

diferentes diâmetros e condição superficial utilizando proteção gasosa de Ar + 1%O2

Figura 2.30 – Calor gerado no cátodo e ânodo em função da corrente para eletrodo de médio

carbono e gás de proteção Ar + 1%O2 (LESNEWICH, 1958b)

O comprimento energizado de eletrodo influi na taxa de fusão. Lesnewich (1958b), na revisão bibliográfica de seu artigo, atribui a mudança da taxa de fusão com o comprimento energizado de eletrodo à mudança na distribuição térmica na ponta do eletrodo. Ainda, segundo este autor, esta mudança tem efeito na área e grau de emissão de elétrons.

Em resumo, soldando na polaridade CC-, a geração de calor no cátodo aumenta com o aumento da corrente de soldagem, mas esta relação depende da condição superficial do eletrodo. Também existe uma relação da geração de calor com o comprimento energizado de eletrodo, porém bem menor que a relação com a corrente. O calor gerado no cátodo também depende do gás de proteção utilizado, desde que este seja oxidante.