O ELÉTRODO

Um dos fatores mais importantes a ter em consideração num processo GMAW é a escolha do elétrodo. Este material, em combinação com o gás de revestimento, irá produzir o depósito de um composto químico que determina as propriedades químicas e físicas resultantes do processo. Existem basicamente cinco fatores principais que influenciam a escolha do tipo de elétrodo para um processo GMAW:

1. a composição química do material de base;

2. as propriedades mecânicas do material de base;

3. o gás de revestimento utilizado;

4. o tipo de processo de aplicação;

5. o tipo de junta pretendido.

Na ausência de qualquer padronização, a seleção do tipo de elétrodo a utilizar poderia ser uma tarefa complexa, tendo em conta a quantidade de variáveis que estes cinco pontos introduzem. No entanto, algumas normas ou padrões internacionais facilitam a sua seleção, seguindo classificações previamente tabeladas e utilizadas pelos fabricantes deste material.

3.2.1. TIPO DE ELÉTRODO

Para aplicação em processo GMAW existem dois tipos principais de elétrodos:

· o elétrodo sólido, ou solid wire: um fio metálico feito de uma composição química que cumpre tipicamente um conjunto de especificações padronizadas;

· o elétrodo de alma metálica, ou metal-cored wire: um fio constituído por um pó metálico interior envolto num tubo sólido. Este tipo de elétrodo produzirá uma quantidade mínima de escória e mantém a necessidade do gás de revestimento, característica que o distingue do elétrodo tubular, ouflux-cored wire, cuja utilização não representa um processo GMAW.

A seleção entre um elétrodo sólido ou de alma metálica é pouco objetiva e não parece ter uma relação evidente entre custo e benefício. A adequação de uma composição química de um elétrodo a um determinado processo GMAW pode sugerir que o fabrico desse elétrodo

se realize por mistura de componentes em forma de pequenos grãos (pó), que dêem origem ao elétrodo pretendido, sem que essa mistura implique a fusão dos componentes num único fio sólido. Um elétrodo de alma metálica gera diferenças no arco elétrico do processo porque o percurso da corrente ocorre principalmente no tubo exterior, tendo o núcleo granular uma inferior condutividade, comparativamente ao elétrodo sólido. Por outro lado, este elétrodo de alma metálica transfere partículas de metal mais pequenas através do arco, estabilizando-o mais facilmente. Esta estabilidade no arco parece trazer vantagens, como a possibilidade de aumento da taxa de deposição e da velocidade de soldadura, entre outras, embora os fabricantes deste material não permitam conclusões muito evidentes sobre as mesmas.

3.2.2. COMPOSIÇÃO PARA MATERIAIS FERROSOS

A composição química de um elétrodo baseia-se em dois grupos de processo GMAW, consoante o material de base: materiais ferrosos e materiais não-ferrosos. Aqui se mencionam apenas os materiais metálicos ferrosos por ser o único tipo tratado neste projeto. A exposição seguinte desta subsecção é parcialmente adaptada de um guia elaborado pelo fabricante ESAB [31].

Antes de abordar os elétrodos específicos para o processo GMAW de materiais ferrosos, existem similaridades básicas que todos os elétrodos ferrosos compartilham nos elementos de liga adicionados ao ferro. Na soldagem GMAW de aços carbono, a função primária das adições de elementos de liga, abordados em seguida, é controlar a desoxidação da poça de fusão e ajudar a determinar as propriedades mecânicas da solda. Oxidação é a combinação de um elemento com o oxigénio, na poça de fusão, resultando numa escória ou num filme vítreo sobre a superfície do cordão. A remoção do oxigénio da poça de fusão elimina a principal causa de porosidade no metal de solda. Alguns dos elementos de liga de um elétrodo para metais ferrosos são os seguintes:

· Silício (Si) – é o elemento mais comum usado como desoxidante em elétrodos utilizados no processo GMAW. Geralmente estes elétrodos têm na sua composição entre 0,40 % a 1,00 % de silício, dependendo da aplicação. Nessa faixa percentual o silício apresenta uma capacidade de desoxidação muito boa. Quantidades maiores de silício aumentarão a resistência mecânica da solda, com uma pequena redução na

ductilidade e na tenacidade. No entanto, acima de 1,0 % a 1,2 % de silício o metal de solda pode tornar-se sensível à fissuração.

· Manganês (Mn) – é também utilizado como desoxidante e para aumentar a resistência mecânica. O manganês está presente com 1,00 % a 2,00 % dos elétrodos de aço macio.

Teores maiores de manganês aumentam a resistência do metal de solda, sendo esta influência maior que a do silício. O manganês também reduz a sensibilidade à fissuração a quente do metal de solda.

· Alumínio (Al), titânio (Ti) e zircônio (Zr) – estes elementos são os desoxidantes mais poderosos. Por vezes são feitas adições muito pequenas destes elementos, tipicamente não mais que 0,20 % como teor total dos três elementos. Nessa faixa é obtido algum aumento na resistência mecânica.

· Carbono (C) – o carbono é o elemento que apresenta a maior influência nas propriedades mecânicas e microestruturais do cordão. Na fabricação de elétrodos de aço para GMAW o teor de carbono é geralmente mantido entre 0,05 % a 0,12 %. Esta faixa é suficiente para proporcionar a resistência necessária ao metal de solda sem afetar consideravelmente a ductilidade, a tenacidade e a porosidade. Maiores teores de carbono no elétrodo e no metal de base têm o efeito de gerar porosidade, particularmente durante o processo com o gás de proteção CO2. Quando o teor de carbono do elétrodo e/ou da peça ultrapassar 0,12 % o metal de solda perderá carbono na forma de CO. Isto pode causar porosidade. No entanto, desoxidantes adicionais ajudam a superá-lo.

· Outros – níquel, crómio e molibdénio, são frequentemente adicionados para melhorar as propriedades mecânicas e/ou a resistência à corrosão. Podem ser adicionados aos elétrodos de aço carbono em pequenas quantidades para melhorar a resistência e a tenacidade do depósito, sendo adicionados em maiores quantidades nos elétrodos de aço inoxidável. Geralmente, quando o processo é realizado com gás de revestimento árgon com 1 % a 3 % de oxigénio, ou com outras misturas de árgon contendo baixos teores de dióxido de carbono, a composição química do metal de solda não vai diferir muito da composição química do elétrodo. No entanto, quando o dióxido de carbono é usado como gás de revestimento, podem ser esperadas reduções nos teores de silício,

manganês e outros elementos desoxidantes. Os teores de níquel, crómio, molibdénio e carbono permanecerão constantes. Elétrodos com teor de carbono muito baixo (0,04-0,06 %) produzirão, com o dióxido de carbono como gás de proteção, metais de solda com maior teor de carbono.

Quando a corrente de soldadura, o tamanho da poça de fusão, a quantidade de oxidação, os resíduos de fundição, e o óleo encontrados na superfície do metal de base aumentam, ou mesmo quando os teores de dióxido de carbono ou de oxigénio aumentam, os teores de manganês e de silício do elétrodo devem também aumentar para proporcionar melhor qualidade ao cordão.

A Tabela 5 [31] lista os requisitos químicos e as designações para todos os elétrodos de aço carbono para GMAW cobertos pela especificação AWS, designação A5.18.

Tabela 5 Requisitos de composição química para elétrodos de aço macio

Na escolha do elétrodo adequado para a soldadura de aços inoxidáveis existem geralmente alguns aspetos a serem considerados [31]:

· os gases de proteção são normalmente limitados a Árgon com 1 % O2 para a soldadura emspray e outro de 90 % He com 7,5 % Ar e 2,5 % CO2 para curto-circuito.

· os elétrodos são, na maioria das vezes, escolhidos para combinar com a composição química do metal de base;

· os níveis de desoxidantes são de primordial importância. Ao contrário dos elétrodos de aço carbono, não há requisitos de propriedades mecânicas para o metal de solda depositado.