Transferência por curto-circuito controlado (STT)

A tecnologia STT do fabricante Lincoln Electric faz uso da eletrônica para controlar a corrente durante todo o ciclo de soldagem. Este processo GMAW derivativo não tem características de fonte corrente constante (CC) e nem de fonte de tensão constante (VCC). Em vez disso, a fonte de alimentação de corrente ajusta automaticamente para os requisitos instantâneos de calor do arco e controla a corrente de soldagem, independentemente da velocidade de alimentação (LINCOLN ELECTRIC, 2005).

A tecnologia STT se baseia no controle de forma de onda avançada por meio de inversor de frequência para produzir uma solda de alta qualidade com menos respingos, radiação de calor e fumos. A Figura 7 apresenta o formato real de onda de tensão e corrente característico do processo (VILARINHO ET AL, 2014). Já na Figura 8 é apresentado o comportamento esquemático da corrente de acordo com o comportamento da gota.

Figura 7. Formatos reais de onda de tensão e corrente da tecnologia STT (ADAPTADO DE VILARINHO, 2014)

Figura 8. Oscilograma esquemático de controle da corrente para o processo STT (ADAPTADO DE LINCOLN ELECTRIC, 2005)

É possível descrever o funcionamento dessa tecnologia pelas fases apresentadas na Figura 8. Na Fase A, a gota, formada na ponta do arame-eletrodo, é mantida por um valor baixo de corrente (corrente de base). Esta fase é praticamente igual à formação da gota no GMAW convencional. Já na Fase B, a gota aumenta de tamanho causando o contato com a poça de fusão. O equipamento ao detectar o curto-circuito reduz imediatamente a corrente e a mantêm até que ocorra o contato da gota com a poça, reduzindo o risco de repulsão da

gota e respingos (SCOTTI & PONOMAREV, 2008). A corrente é reduzida para 10 A por aproximadamente 0,75 ms (DERUNTZ, 2003), de modo que as forças de tensão superficial possa começar a transferir a gota à poça, formando uma ponte mecânica sólida (LINCOLN ELECTRIC, 2005).

Durante a Fase C, o processo está em fase de curto-circuito e, portanto, é aplicada uma corrente de Pinch, de acordo com a curva pré-determinada, de forma a acelerar o processo. Nesta fase a força eletromagnética atua para formar o “empescoçamento” (LINCOLN ELECTRIC, 2005).

Na Fase D, ocorre a separação total da gota. A corrente é reduzida pouco antes da separação para que o destacamento da gota aconteça sob um nível baixo de corrente, impedindo grandes quantidades de respingos (SCOTTI & PONOMAREV, 2008). Após a separação a fonte limita a corrente em 50 A em poucos microssegundos (DERUNTZ, 2003). Finalmente na Fase E, é aplicada uma corrente de pico para reestabelecer o arco (LINCOLN ELECTRIC, 2005). Esta corrente também responsável pela fusão do arame, pelo comprimento do arco e o início da formação de uma nova gota. A taxa de descida entre a corrente de pico e a de base, durante a formação da gota, é controlada pelo parâmetro Tail-

out. Após o término do decaimento da corrente o processo se inicia com a formação de uma

nova gota, voltando, assim, para a Fase A.

A transferência por curto-circuito derivativo por meio da tecnologia STT apresenta vantagens em relação ao processo GMAW convencional, dentre eles pode-se citar:

• Destacada redução de perda de material por respingos e na geração de fumos, o que favorece maior produtividade do processo e a maior transferência de calor para a poça de fusão (STAVA, 2001);

• Enquanto no processo convencional a entrega de calor na soldagem é de aproximadamente 30 kJ por polegada, no processo STT a entrega é de 7 kJ por polegada. O baixo aporte térmico significa redução das distorções do material e menores tensões residuais (DERUNTZ, 2003; LINCOLN ELECTRIC, 2005);

• Para soldagem de tubos, o processo também faz com que seja mais fácil de executar passes de raiz com menor probabilidade de falta fusão lateral, com menos respingos e fumos (LINCOLN ELECTRIC, 2005). É especialmente aplicado em soldas de raiz, espessuras finas e aplicações automatizadas (BRACARENSE ET AL, 2015).

Por fim, DeRuntz (2003) cita que uma das principais desvantagens é o maior custo de uma fonte de soldagem STT frente a uma fonte convencional. Além disto, a fonte STT requer operadores qualificados, devido à necessidade de seleção de um maior número de parâmetros.

2.2.2.1 Parametrização do processo GMAW curto-circuito derivativo (STT)

Para a parametrização do processo GMAW derivativo com tecnologia STT, além do entendimento dos parâmetros para o processo convencional mencionados anteriormente (item 2.2.1), é necessário conhecer a influência dos parâmetros corrente de base (Ib), corrente de pico (Ip) e tail-out (Tout), que podem influenciar no resultado final e cujas funções são descritas a seguir.

a) Corrente de base (Ib)

A corrente de base é responsável pelo controle da transferência de energia para a poça de fusão, funcionando com “ajuste fino” (LINCOLN ELECTRIC, 2005). A corrente de base também é responsável pelo aquecimento do eletrodo e do metal de base, garantindo a formação e manutenção da gota formada na ponta do eletrodo.

Scotti & Ponomarev (2008) mencionam que o nível da corrente de base depende do tipo de gás de proteção, da velocidade de alimentação, do material e do diâmetro do eletrodo. Uma corrente de base (background) entre 50 e 100 A mantém a estabilidade do arco e contribui para o aquecimento do metal base (LINCOLN ELECTRIC, 2005). À medida em que aumenta a corrente de base, aumenta-se a quantidade de respingos, a corrente média, a tensão média e também a instabilidade da transferência. Entretanto, quando a corrente de base é baixa, a largura do cordão diminui bastante e o cordão fica bem estreito (MAGALHÃES, 2012).

A Figura 9 apresenta a influência da corrente de base na geometria do cordão. Costa (2012) destaca que o aumento da corrente de base na progressão ascendente favorece o aumento da penetração. Por outro lado, o aumento da corrente de base na progressão descendente reduz a penetração do cordão.

Figura 9. Influência da corrente de base na geometria do cordão (ADAPTADO DE LINCOLN ELECTRIC, 2005)

b) Corrente de pico (Ip)

De acordo com Scotti & Ponomarev (2008), este parâmetro auxilia nas forças de jato do arco, que atuam em direção da poça de fusão para comprimi-la, minimizando a probabilidade de curtos-circuitos pré-maturos. De acordo com Magalhães (2012), o aumento da corrente de pico diminui a frequência de curto-circuito, portanto, diminui a quantidade de picos e por consequência causa a diminuição da corrente média.

A Figura 10 apresenta a influência da corrente de pico na geometria do cordão e penetração.

Figura 10. Influência da corrente de pico na geometria do cordão (ADAPTADO DE LINCOLN ELECTRIC, 2005)

c) Tail-out (Tout)

Em analogia ao processo por curto-circuito convencional este parâmetro é equivalente a uma regulagem de indutância, influenciando na frequência de curto-circuito e, consequentemente, no volume e conteúdo calorífico das gotas (SCOTTI & PONOMAREV, 2008). À medida que se aumenta o valor de Tout a transferência fica mais instável e com mais respingos, não provoca variação significativa na corrente e aumenta a tensão média (MAGALHÃES, 2012). Logo, aumentando o Tout a largura do cordão aumenta (devido ao aumento da tensão). Costa et al. (2012) ressaltam que este parâmetro apresenta comportamentos semelhantes a velocidade de alimentação. A Figura 11 mostra a representação esquemática do parâmetro Tail-out.

De acordo com Costa (2011), a utilização de maiores níveis de corrente de base e

Tail-out possibilita o aumento do escorrimento da poça de fusão na posição vertical e

sobrecabeça, ocasionando à falta de penetração. Segundo Rossi (2011), o aumento da corrente de base, corrente de pico e do Tail-out, reduz o aumento da penetração do cordão.

Figura 11. Representação esquemática do parâmetro Tail-out (LINCOLN ELECTRIC, 2005)

Estes fatos demonstram que o entendimento da interação entre os parâmetros é de suma importância para a realização de um cordão de qualidade e quando utilizados fora de posição podem auxiliar a conter o escorrimento.