Os jatos anódicos e catódicos podem trazer um efeito desestabilizante à transferência metálica, pois produzem uma força contrária ao destacamento. Ao descrever os resultados encontrados em seu trabalho, Hazlett e Gordon [65] relatam a ocorrência de excitações intermitentes no plasma gerado em gás hélio, caracterizadas pela ocorrência de descargas de um brilho intenso no interior do arco. Durante estas descargas, os pesquisadores observaram uma mudança na distribuição espacial do arco, com o plasma expandindo seus limites e escalando as superfícies laterais do eletrodo. Desconsiderando estes rápidos períodos de descarga, a interface arco-gota manteve-se confinada a superfície inferior da gota. Esta descrição se assemelha àquela feita por Kouwenhoven e Jones [66] na soldagem com cátodos de carbono movendo-se em alta velocidade sobre a peça-obra. Nestes ensaios, os autores verificaram o aparecimento de uma descarga de brilho intenso e de alta velocidade, projetando-se do ponto anódico perpendicularmente à sua superfície. Comum à descrição de Hazlett e Gordon, estes jatos apresentaram a tendência de se estenderem às paredes laterais do eletrodo (fig. 2.24).
Figura 2.24 - Aspecto do arco voltaico observado por Kouwenhoven e Jones durante os períodos de formação dos pontos anódicos [66].
O efeito da formação dos jatos anódicos ou catódicos sobre a gota metálica é descrito por Kouwenhoven e Jones [66], que associaram à formação dos jatos anódicos o aparecimento de uma força dirigida ao cátodo de carbono e que conduziu o material fundido a uma geometria em forma de cogumelo (fig. 2.25). Este mesmo fenômeno foi observado por Kim e Eagar [67] na soldagem com eletrodos de alumínio sob proteção de atmosfera composta por Ar+2%O2. Verificou-se o aparecimento de um modo de transferência repulsivo, sendo o fenômeno associado a formação de jatos de plasma provenientes da poça metálica (jatos catódicos).
Figura 2.25 - Efeito do jato anódico sobre a formação da gota na extremidade do eletrodo [66].
O processo de formação dos jatos de plasma se desenvolve de forma semelhante ao observado na limpeza catódica de alumínio. Neste processo, devido a maior facilidade para a emissão de elétrons do que o alumínio metálico, as descargas elétricas tendem a se estabelecer a partir das partículas óxidas. A descarga se mantém até que, devido ao aquecimento intenso por efeito Joule, ocorre sua vaporização e a extinção da descarga. Na soldagem MIG do alumínio, o aparecimento destas descargas não introduz problemas à soldagem, enquanto estas mantiverem a característica de se distribuírem ao longo das bordas da poça de fusão. Entretanto, caso surjam condições que venham a permitir o aparecimento de pontos localizados com grande capacidade de emissão, haverá o aparecimento de uma forte descarga elétrica direcionada ao eletrodo. Esta concentração do arco, em um ponto sobre a poça de fusão, dá origem ao aparecimento de uma componente axial da força de Lorentz que passa a atuar no sentido de reter a gota na extremidade do eletrodo. A ação da força não se limita à extremidade do eletrodo, podendo atuar sobre a distribuição espacial do arco voltaico (fig. 2.26). O aparecimento desta força contrária ao destacamento, não se limita aos períodos em que as gotas se encontram unidas ao eletrodo sólido. Hutt e Lucas [68] observam que a gota pode ser deslocada para fora do ambiente do arco mesmo durante seu trajeto pela coluna de plasma em direção à poça de fusão.
Figura 2.26 - Efeito da ação dos jatos anódicos ou catódicos na distribuição espacial da coluna de plasma. Simbologia: A - arco normal; B - coluna sob ação de jatos de plasma.
Ensaios conduzidos por Ludwig [69] com o processo TIG demonstraram que a contração da raiz anódica pode conduzir à presença de compostos de fácil ionização e vaporização, tal qual os que se formam nos processos de oxidação de elementos alcalinos e alcalinos terrosos, como cálcio, zircônio, titânio ou cério. Desta forma pode ocorrer a concentração da interface anódica e a um aumento na queda de tensão no arco. A presença de elementos químicos do
tipo terras raras favorece o surgimento de jatos anódicos ou catódicos devido a maior capacidade de emissão destes compostos [68]. Como decorrência, a descarga tende a apresentar uma densidade mais elevada, o que conduz a uma força contrária ao destacamento que pode assumir magnitude elevada.
A formação dos jatos está condicionada à presença de elementos químicos específicos no metal de adição ou de base, sob influência direta da composição química do gás utilizado para compor a atmosfera de proteção. A presença de oxigênio no gás incrementa as reações de oxidação, que, em situações mais extremas, podem se dar no interior do metal fundido [68]. Nestas situações, a força exercida pela expansão dos gases, no interior do metal, se sobrepõe àquelas produzidas pela tensão superficial, conduzindo à explosão da gota metálica durante sua trajetória à poça de fusão.
Além do efeito desestabilizante que pode promover sobre a transferência metálica, Cobine [22] cita que a incidência das descargas sobre as interfaces anódica ou catódica, incrementa a transferência de calor para o eletrodo, devido a maior energia liberada pelos elétrons. Desta forma, as considerações acerca de um possível incremento de potência no eletrodo consumível decorrente das descargas devem levar em conta sua duração que, por serem curtas, podem não interferir, de forma mensurável, na taxa de fusão do eletrodo.
Existe uma dificuldade em identificar se arcos de ponto catódico ou anódico dificultam o destacamento da gota pela redução no gradiente de pressão ou por ação de uma força eletromagnética direcionada contra a gota. Isto porque, se considerados os fundamentos físicos, desde que exista uma variação de área condutora de corrente, a concentração da interface pode desencadear, tanto uma componente axial da força de Lorentz contrária ao destacamento da gota, quanto a redução no gradiente de pressão. Embora seja uma afirmação puramente especulativa, uma vez que não se dispõe de dados que permitam sua comprovação, acredita-se que o aparecimento de uma força eletromagnética direcionada contra a gota venha a ser o mecanismo mais apropriado a ser associado ao aparecimento de forças contrárias ao destacamento. Isto porque, como citado anteriormente, o mecanismo associado à redução no gradiente de pressão consiste na diminuição da força de arraste do fluxo de plasma. Uma vez que se observou que o fluxo de plasma não se constitui em uma força dominante no destacamento, torna-se difícil aceitar o aparecimento de uma força contrária ao destacamento como decorrência da redução no gradiente de pressão. Contrariando todas as conclusões apresentadas por outros pesquisadores, Kim e Eagar [67] associam aos jatos catódicos a instabilidade decorrente da soldagem em atmosfera de CO2.