Transferência Spray

Na soldagem GMAW com proteção a base de argônio e eletrodo positivo, à medida que a corrente de soldagem aumenta, o diâmetro das gotas sendo transferidas se reduz lentamente até que, a um nível determinado da corrente (conhecido como corrente de transição, Ic), ocorre uma rápida redução do diâmetro das gotas e, portanto, um aumento

da freqüência de transferência, ao mesmo tempo em que o arco, antes confinado à porção inferior da gota ainda ligada ao arame, passa a envolvê-la completamente. Nestas condições, a transferência não é mais controlada pela gravidade (como na transferência globular) e as gotas são transferidas em direção à poça de fusão independentemente da posição de soldagem.

A corrente de transição depende de inúmeros fatores, particularmente, da composição, diâmetro e comprimento do eletrodo e do tipo de gás de proteção. A corrente de

transição aumenta com o diâmetro do eletrodo e diminui com o aumento de seu comprimento (LIU & SIEWERT, 1989; KIM & EAGAR, 1993). A tabela III.2 mostra valores da corrente de transição para aço carbono, aço inoxidável e alumínio para diferentes diâmetros de arame.

A transferência spray opera a correntes relativamente elevadas usualmente de forma muito estável e com mínimas perturbações do arco.

Tabela III.2 - Corrente de transição para arames de aço e alumínio com diferentes diâmetros.

Corrente de Transição (A) Diâmetro do arame (mm) Aço carbono (Ar + 2%O2) Aço Inoxidável (Ar + 2%O2) Alumínio (Ar) 0,8 160 ... 95 1,0 185 170 120 1,15 ... ... 153 1,2 220 225 140 1,6 275 285 180 Fonte – MODENESI, 2002.

Muitos dos trabalhos relacionados com a transferência de metal na soldagem GMAW admitem que a transição de globular para spray é abrupta, quase descontínua (LESNEWICH, 1958b; RHEE & KANNATEY-ASIBU, 1992; JONES et al. 1998). Nesta linha, RHEE & KANNATEY-ASIBU (1992) observaram um aumento abrupto na freqüência de gotas na corrente de transição (Ic) para Ar e misturas Ar-CO2 como visto

na figura 3.4. KIM & EAGAR (1993), por outro lado, observaram, para aço carbono e proteção de Ar-2%O2, uma transição globular-spray mais gradual do que as descritas por LESNEWICH, 1958b e RHEE & KANNATEY-ASIBU, 1992. Ao mesmo tempo,

esses autores encontraram uma descontinuidade na curva velocidade de fusão do arame com a corrente para valores desta relacionados com mudanças do modo de transferência de metal. Este fenômeno será melhor discutido no item 3.3.5.

Fonte – Modificada de RHEE & KANNATEY-ASIBU, 1992.

Figura 3.4 - Mudança abrupta da freqüência de gotas para diferentes gases de proteção. Eletrodo de aço carbono de 1,6mm de diâmetro.

À medida que a corrente de soldagem é aumentada, diferentes formas de transferência spray podem ocorrer. Para correntes ligeiramente superiores a Ic, o diâmetro das gotas de metal de adição é similar ao diâmetro do eletrodo e a transferência ocorre com um pequeno empescoçamento do arame. Estas condições correspondem à transferência spray projetado, a qual é associada com condições de uma elevada estabilidade do arco e baixo nível de respingos e fumos.

À medida que a corrente aumenta, o modo de transferência muda para spray em fluxo (streaming spray). Nesta, forma-se um filamento líquido na ponta do eletrodo, na extremidade do qual são formadas finas gotas que são transferidas axialmente para a

peça. O filamento líquido pode se tornar longo o suficiente para tocar a poça de fusão causando curto circuitos ocasionais e perturbando a estabilidade do processo (FERNANDES, 1999).

Para correntes mais elevadas ainda, uma nova transição ocorre com o aparecimento de uma instabilidade no filamento líquido que passa a girar (transferência spray rotacional). Nestas condições, a transferência não é mais axial. A transição para transferência rotacional depende mais fortemente do comprimento do eletrodo do que a transição globular-spray e os valores de corrente em que essa ocorre tendem a se aproximar de Ic

quando este comprimento é aumentado. Devido à existência de um longo filamento líquido no interior do arco, o nível de fumos e a temperatura das gotas de metal de adição tende a aumentar nestas duas últimas formas de transferência spray. As transições citadas acima são observadas mais facilmente quando o material de soldagem é o aço e o gás de proteção tem uma composição rica em argônio (KIM & EAGAR, 1993). Com outros materiais e com outros gases de proteção, alguns dos modos de transferência mencionados podem não ser observados. Em particular se observa usualmente, quando se utiliza o dióxido de carbono, hélio e nitrogênio como gases de proteção, a transferência globular repelida.

Considerando os efeitos do gás de proteção nos modos de transferência, têm sido feitas tentativas de aumentar a faixa de trabalho da corrente de soldagem, suprimindo o modo de transferência rotacional usando gases de proteção a base de argônio. Quando hélio e/ou dióxido de carbono são adicionados ao argônio, a região de corrente de soldagem para transferência spray projetado é aumentada (KIM & EAGAR, 1993).

O comprimento do filamento líquido antes do destacamento das gotas torna-se menor à medida que o teor de dióxido de carbono aumenta de 0 para 25% numa mistura com Ar. A freqüência de destacamento de gotas cai, porque o tamanho das gotas aumenta com o teor de dióxido de carbono (RHEE, 1990; KIM & EAGAR, 1993).

MODENESI & NIXON (1994) verificaram que misturas de proteção de argônio ou argônio e hélio com baixo potencial de oxidação (abaixo de 2%O2 ou CO2) produzem

instabilidade nos períodos iniciais da soldagem. Nesta situação, o arco apresenta forte flutuação no seu comprimento e no nível de corrente. Ao mesmo tempo, a transferência se mantém globular repulsiva até que uma operação estável seja alcançada. Um maior comprimento de arco e um maior teor de oxigênio no gás de proteção favorecem o modo de operação mais estável (transferência spray).

Adições de O2 ao argônio tendem a reduzir a corrente de transição para até cerca de 5%

de O2 quando, então, essa passa a aumentar. Por outro lado, a adição de CO2, nitrogênio

ou hélio dificultam a ocorrência de spray. Na soldagem de aços carbono com misturas ternárias Ar-He-2%O2, esta forma de transferência foi observada para até 75% de He

nos gás de proteção (MODENESI, 1990).

A utilização de revestimentos emissivos (elementos de baixo potencial de ionização) no eletrodo favorece a transferência spray, tornando-a possível mesmo para uma proteção de dióxido de carbono ou na soldagem com eletrodo negativo. Neste último caso, o uso de pressão superior à ambiente também favorece a ocorrência da transferência spray. A extensão do eletrodo tem uma pequena influência sobre a corrente de transição, tendendo a reduzi-la ligeiramente.