PROCESSO DE SOLDAGEM AO ARCO ELÉTRICO
Eletrodo Revestido
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Os equipamentos de soldagem estão presentes no dia-a-dia das empresas para atender as necessidades de soluções pelos processos de eletrodo revestidos, MIG/MAG, TIG, Stud Welding, Arame Tubular e automação.
A Fricke Soldas e Merkle Balmer dispõem exatamente de todas as soluções para os processos manuais e automatizados de soldagem e corte.
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Fricke Soldas Ltda
Revisão - Conceitos
Ciclo de Trabalho (Fator de trabalho)
O Ciclo de Trabalho é a relação entre o período de soldagem (Arco Aberto) em um determinado período de tempo. Este período de tempo é determinado pelo projeto do equipamento de acordo com sua aplicação e processo de soldagem, bem como a isolação de seus componentes internos.
Conforme norma NEMA, o ciclo de trabalho é baseado em um período de 10 min, ou seja, uma fonte de soldagem com Ciclo de Trabalho de 60% @ 300 A, deve operar com o arco aberto de 300 A de saída em 6 min e o restante do tempo (4 min) deve apagar o arco e refrigerar os componentes internos.
O Ciclo de Trabalho é informado pelos fabricantes de equipamentos em “percentagem” (%), o símbolo mais utilizado é o @ (“arroba”) e está relacionado com a corrente (A) de saída.
O tipo de trabalho (soldagem) determina a característica do equipamento e seu respectivo Ciclo de Trabalho.
Tensão Elétrica
É a diferença de potêncial elétrico entre dois pontos (A, B). A tensão tem como grandeza a Voltagem, e usualmente é chamada por este nome.
Sua unidade de medida é o Volt “V”.
Corrente Elétrica
Os elétrons denominam-se Corrente Elétrica e sua unidade de medida é o Amper “A”.
Resistência Elétrica
É a característica elétrica dos materiais que representa a oposição à passagem da corrente elétrica. Sua unidade de medida é o Ohm “Ω”
Potência Elétrica
É a quantidade de energia elétrica desenvolvida, ou consumida, num intervalo de tempo por um dispositivo elétrico. Sua unidade de medida é o Watt “W”.
PROCESSO DE SOLDAGEM AO ARCO ELÉTRICO
Eletrodo Revestido
Introdução ao processo de soldagem Definições de soldagem:
Processo de junção de metais por fusão
Operação que visa obter a união de duas ou mais peças, assegurando, na junta soldada, a continuidade de propriedades físicas, químicas e metalúrgicas.
Operação que visa obter a coalescência localizada produzida pelo aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem aplicação de pressão e de metal de adição (AWS – American Welding Society)
Processo de união de materiais baseado no estabelecimento, na região de contato entre os materiais sendo unidos, de forças de ligação química de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais
Classificação dos processos de soldagem
A primeira classificação dos processos de soldagem é baseada no método dominante para produzir a união.
Dada a importância dos processos de soldagem por fusão e, especialmente aqueles em que a fusão é obtida pela energia de um arco elétrico, será feita uma pequena introdução ao arco elétrico.
Em um dia de tempestade, vemos muitos raios que caem sobre a terra. Trata-se de uma descarga elétrica que conduz eletricidade entre as nuvens e a terra. Como entre as nuvens e a terra existe ar, que é eletricamente neutro e, portanto, isolante elétrico, para que a descarga elétrica possa ocorrer, com a consequente condução de eletricidade, é preciso haver a ionização do gás.
A Ionização é um processo químico mediante ao qual se produzem íons, espécies químicas eletricamente carregadas, pela perda ou ganho de elétrons a partir de átomos ou moléculas neutras:
M
(g)
→ M
+
+ e
-onde M é um átomo ou molécula no estado gasoso.
A ionização ocorre quando um elétron localizado em uma órbita sai da influência do campo eletromagnético do átomo e torna-se um elétron livre. Quando um elétron recebe uma quantidade de energia, ele é forçado a subir para uma órbita de maior energia.
Conforme a energia que o elétron recebe, ele pode sair da influência do campo eletromagnético do átomo e tornar-se um elétron livre. A energia necessária para retirar um elétron do campo eletromagnético do átomo é a energia de ionização. Quando ocorre o fenômeno de ionização, tem-se um elétron livre e um íon positivo, formando-se consequentemente um meio condutor de eletricidade. Um gás, após ser ionizado, constitui o plasma, ou seja, a matéria no estado plasmático.
A ionização é distinta da dissociação iônica, pois esta é o processo em que compostos iônicos tem seus íons separados:
AB → A
+
+ B
+
Devido à movimentação das cargas elétricas em um arco elétrico, ocorrem muitos choques entre as partículas portadoras de cargas. Como consequência, uma grande quantidade de calor e luz é produzida. Esta energia é utilizada como fonte de calor nos processos de soldagem a arco elétrico.
Como a mobilidade dos íons positivos é extremamente pequena quando comparada à dos elétrons livres, a produção de calor é causada basicamente pelo choque dos elétrons com átomos e íons positivos.
No caso de eletrodos consumíveis, há também o choque entre as cargas elétricas e os glóbulos de metal fundido gerado pela fusão do eletrodo.
O arco elétrico com eletrodo permanente é aproximadamente cônico e pode ser dividido em três regiões: 1 - Região anódica; 2 - Coluna de plasma; 3 - Região catódica
(-)
Comprimento do arco Região catódica Coluna de plasma Região catódicaOs elétrons são emitidos na região catódica (polo negativo) e acelerados para região anódica (polo positivo) através do campo elétrico.
A figura abaixo mostra esquema do arco elétrico, em escala atômica, na qual podemos ver que o arco elétrico (coluna de plasma) é constituído por elétrons livres, íons positivos, íons negativos e uma certa quantidade de átomos neutros. Apesar das cargas existentes, a coluna de plasma é eletricamente neutra.
Queda de Tensão no arco elétrico
A todo arco elétrico está associada uma tensão elétrica. Há, portanto, uma queda de tensão ao longo do comprimento do arco elétrico. Esta queda de tensão tem intensidades diferentes nas distintas regiões do arco:
Queda de tensão catódica: 29.000 V/cm (valor estimado)
Queda de tensão na coluna do arco: 3 a 50 V/cm (valor estimado) Queda de tensão anódica: 1 a 25 V/cm. (valor estimado)
SOLDAGEM AO ARCO ELÉTRICO PELO PROCESSO DE ELETRODO REVESTIDO Histórico:
Inglaterra, 1885, Nikolas Bernardos e Stanislav Olszewsky registraram a primeira patente de um processo de soldagem, baseado em um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo de carvão e a peça a ser soldada.
Em 1890, N.G. Slavianoff (Rússia) e Charles Coffin (EUA) desenvolveram, independentemente, a soldagem com eletrodo metálico nu.
Suécia, 1904, Oscar Kjellberg melhora o processo através de eletrodos revestidos com cal. Com isso, se consegue uma melhor abertura e maior estabilidade do arco.
Definição:
A soldagem com eletrodos revestidos é o processo de soldagem com arco, em que a união é produzida pelo calor do arco criado entre um eletrodo revestido e a peça a soldar.
Vantagens do processo
Trata-se de um processo versátil, pois adapta-se a materiais de diversas espessuras e em qualquer posição de trabalho.
O equipamento necessário tem com custo relativamente baixo. Seu emprego é indicado tanto dentro da fabrica como em campo.
Atualmente é usado nas indústrias naval, ferroviária, automobilística, metalmecânica e de construção civil.
É bastante usado para soldar aços-carbono, aços de baixa liga, aços inoxidáveis, ferros fundidos, alumínio, cobre, níquel, etc.
Metais de baixo ponto de fusão, como Pb, Sn, Zn, e metais refratários ou muito reativos, como Ti, Zr, Mo, Nb, não são soldáveis por eletrodo revestido.
Limitações do processo
Trata-se de um processo MANUAL, estreitamente dependente da habilidade do soldador, o que implica em menor controle dos parâmetros de soldagem, como corrente de soldagem.
Comparado a outros processos, apresenta baixa produtividade, pela sua baixa taxa de deposição e baixa taxa de ocupação do soldador (tempo com o arco aberto pelo tempo total de soldagem), que fica em torde de 40%.
Gera grande volume de gases e fumos durante o processo, o que o torna um processo condenado do ponto de vista da saúde do soldador.
Consúmivel do processo
O eletrodo revestido, que é constituído por: • Alma ou núcleo metálico
• Revestimento
O eletrodo apresenta dimensões que variam de 1 a 8 mm de diâmetro e 350 a 470 mm de comprimento.
O diâmetro do eletrodo é fator limitante da faixa útil de corrente de soldagem, pois determina a densidade de corrente elétrica por unidade de área.
O limite máximo, que produz a corrente mínima para o processo, abaixo da qual se verifica a instabilidade do arco. O limite mínimo produz a máxima corrente admissível no eletrodo. Eletrodos com diâmetros menores causariam grande aquecimento resistivo, degradando as propriedades do revestimento.
Quanto maior o diâmetro do eletrodo, maior a taxa de deposição e, portanto, maior a produtividade. O maior diâmetro utilizável é função da posição de soldagem, do tipo de chanfro e do tipo de revestimento.
Tipos mais usuais de chanfro
Meio V V Topo
Alma ou núcleo metálico
A alma do eletrodo pode ser ou não da mesma natureza do metal base, porque o revestimento, além da proteção, pode completar a sua composição química.
Exemplos:
Material a soldar: aço de baixo carbono e baixa liga. Núcleo metálico utilizado: aço carbono.
REVESTIMENTO
Material a soldar: aço inoxidável.
Núcleo metálico utilizado: aço baixo carbono ou aço inoxidável. Material a soldar: ferro fundido.
Núcleo metálico utilizado: níquel puro, liga de ferro-níquel, ferro fundido, aço. Funções do revestimento
1. Estabilizar o arco elétrico.
O revestimento possui elementos estabilizadores de arco, que se dissociam no arco, gerando gases com baixo potencial de ionização. São exemplos de estabilizadores de arco:
carbonato de bário, potássio, lítio, zircônio, silicato de potássio, titanato de potássio, rutilo (TiO2)
2. Proteger contra a ação da atmosfera, através da geração de gases e da formação da camada de escória.
Elementos contidos no revestimento (Dextrina, carbonatos, celulose) queimam ou se dissociam (carbonato de cálcio) com o calor do arco elétrico, e geram gases como CO, CO2 e H2, que formam a atmosfera protetora para
evitar a oxidação do cordão de solda.
Carbonatos, especialmente Ca CO3 , fornecem atmosfera protetora com sua decomposição.
CaCO
3
+ calor → CaO + CO
2
Nota: o hidrogênio, apesar de proteger o cordão de solda da oxidação, é altamente solúvel no metal líquido e causa suscetibilidade a trincas a frio.
3. Reduzir a velocidade de resfriamento do cordão de solda, por meio da formação da camada de escória, que é uma camada líquida, geralmente impermeável ao oxigênio, que flutua sobre o banho sem reagir com o mesmo.
Além de reduzir a velocidade de resfriamento do cordão de solda, o que possibilita maior possibilidade de escape de bolhas, evitando a formação de porosidade, a escória protege contra a oxidação, retira oxigênio do banho por ação redutora, evitando porosidade, controla o contorno, a uniformidade e a aparência geral do cordão de solda. São formadores de escória: alumina, argilas, feldspatos, dióxido de manganês, ilmenita (FeTiO3), wolastonita
(silicato de cálcio), óxido de ferro, óxido de silício.
4. Refino metalúrgico, por meio de desgaseificação, desoxidação, dessulforação, e etc.
Os desoxidantes retiram oxigênio do banho por ação redutora, evitando porosidade. Ferro-silício e ferro-manganês são os mais utilizados.
Facilitar a soldagem em diversas posições de trabalho, pelo poder de concentrar e direcionar o arco-elétrico, guiando as gotas de fusão na direção da poça de fusão, com consequente redução do nível de respingos.
Isolar eletricamente na soldagem de chanfros estreitos de difícil acesso, para evitar que o arco se forme em posições indesejadas.
Aumentar a taxa de deposição, com o uso de pó de ferro misturado ao revestimento, o que aumenta a taxa de deposição e o rendimento do eletrodo.
Dissolver óxidos e contaminações na superfície da junta. Aglomerantes e Plastificantes
Aglomerantes e Plastificantes também compõem o revestimento, e têm como função formar uma massa plástica durante a fabricação do eletrodo que torna possível sua extrusão, além de tornar o revestimento não inflamável e evitar sua decomposição prematura. São usados como aglomerantes e plastificantes silicato de sódio, silicato de potássio, carbonato de cálcio e carbonato de sódio.
Grupos de revestimentos dos eletrodos
Os revestimentos para soldagem a arco, denominados de fluxos nos processos de soldagem com arame tubular e arco submerso, são agrupados de acordo com sua composição:
Oxidante Ácido Rutílico Celulósico Básico
Os revestimentos oxidantes, pouco usados atualmente, são compostos basicamente de óxido de ferro e manganês.
A escória produzida é abundante e fácil de destacar, com caráter oxidante.
Produz um cordão com baixo teor de carbono e manganês, baixa penetração e boa aparência.
Pode ser usado em corrente contínua (CC) ou alternada (CA). As propriedades resultantes da junta soldada são inadequadas para aplicações de responsabilidade.
Os revestimentos ácidos são uma evolução dos revestimentos oxidantes, modificados a adição de sílica (dióxido de silício, SiO2).
Seu uso resulta em cordões com boa aparência. com penetração média e propriedades mecânicas melhores na junta soldada, quando comparados com os revestimentos oxidantes.
A escória produzida é abundante e fácil de destacar, porém porosa. Também pode ser usado em CC ou CA
As desvantagens dos revestimentos ácidos são:
Promove uma alta taxa de fusão, o que resulta em uma poça de fusão volumosa e limita a aplicação desse grupo de revestimento às posições plana e horizontal.
O cordão de solda produzido é susceptível a trincas de solidificação. Neste aspecto, este grupo é o pior entre os tipos de revestimento.
O cordão de solda produzido possui alto teor de inclusões de óxidos e materiais não-metálicos, o que é negativo para a ductilidade e tenacidade da solda. Por isso, este tipo de revestimento não é recomendado para a soldagem de aços com mais que 0,25% C e 0,05% S.
Os revestimentos rutílicos são fabricados com areia de rutilo (óxido de titânio, TiO2) ou ilmenita (óxido de ferro e
titânio, FeTiO3). Possuem mais de 20% destes óxidos em sua composição, daí o nome deste grupo de
revestimento.
O uso deste grupo de revestimento proporciona alta estabilidade do arco elétrico, que permite a soldagem em tensões mais baixas. O cordão de solda tem bom aspecto superficial, com baixa quantidade de respingos. O rutilo reduz a viscosidade da escória e reduz seu intervalo de solidificação; a escória produzida é abundante, densa e fácil de destacar.
Também pode ser usado em CC ou CA, além disso, solda em qualquer posição. O cordão de solda apresenta penetração média, tendendo a baixa, e é susceptível a trincas a quente.
Os revestimentos celulósicos são assim denominados por possuírem grande quantidade de material orgânico, especialmente celulose, em sua composição.
Durante a queima, ocorre oxidação da celulose, segundo a reação:
2 C
6
H
10
O
5
+ 7 O
2
→ 12 CO
2
+ 10 H
2
O que gera uma atmosfera redutora que protege a poça de soldagem.
Dada a presença de hidrogênio, o nível deste gás no banho pode ser elevado, aumentando a tendência de formação de trincas a frio. Exceto a fragilização pelo hidrogênio, as propriedades mecânicas da solda são boas.
A escoria formada é fina e solidifica-se rapidamente. A taxa de deposição é baixa, o que resulta em poça de fusão pouco volumosa.
Estas características permite a soldagem fora de posição.
Em comparação com outros tipos de revestimentos, a tensão do arco é alta, o que confere alta energia do arco e alta penetração do cordão de solda. Porém, o volume de respingos é alto e o aspecto do cordão de solda é ruim.
A alta penetração, a baixa taxa de deposição e o alto volume de respingos fazem seu uso inadequado para o enchimento de chanfros.
Os revestimentos básicos possuem carbonato de cálcio (CaCO3) em sua composição. Com o calor do arco elétrico,
o carbonato de cálcio se decompõe em óxido de cálcio (CaO) e dióxido de carbono (CO2):
CaCO
3
+ calor → CaO + CO
2
O dióxido de carbono torna redutora a atmosfera, sem a presença de hidrogênio.
O óxido de cálcio torna a escória básica, daí a denominação deste grupo de revestimento.
Escória básica permite a redução de compostos óxidos do banho, a eliminação de sulfetos e enxofre (dessulforação), o que reduz o problema de trincas de solidificação. Desta forma, produz soldas com os mais
baixos teores de inclusões que qualquer outro tipo de revestimento, resultando em maior tenacidade do cordão.
O baixo teor de hidrogênio (este grupo não possui componentes orgânicos em sua composição) promove soldas com menor susceptibilidade a trincas a frio.
A alta tenacidade do cordão e a baixa susceptibilidade a trincas a frio fazem deste grupo de revestimento a melhor opção em aplicações de alta responsabilidade mecânica, soldagem de grandes espessuras, estruturas de alta rigidez e soldagem de aços de baixa soldabilidade (alto teor de carbono e enxofre).
A baixa tendência de oxidar metais durante a transferência no arco torna este revestimento o mais adequado para a soldagem de aços-ligas e ligas não-ferrosas.
Bastante higroscópico, este revestimento requer secagem e manutenção cuidadosas para assegurar baixo teor de hidrogênio no metal depositado.
Eletrodos deste grupo podem ser usados CA e CC direta, soldam em todas as posições e o cordão de solda tem penetração média.
Resumo
Celulósico
Rutílico
Ácido
Básico
Componentes Materiais orgânicos Óxido de Titânio
Óxido de ferro Óxidos de manganês Sílica Carbonato de cálcito e fluorita
Posição de soldagem Todas Todas
Tipo de corrente CC ou CA CC ou CA CC ou CA CC ou CA
Propriedades mecânicas Boas Razoáveis Razoáveis Muito boas
Penetração Alta Baixa / Média Média Média
Escória Pouca e de fácil
remoção Abundante, densa e fácil de destacar. Ácida abundante porosa fácil de destacar Compacta espessa fácil de destacar
Tendência a trinca Regular Regular Alta Baixa
Avaliação final Alta penetração e aspecto ruim
Arco estável e aspecto bom
Melhores propriedades
Classificação de acordo com a norma AWS
A AWS (American Welding Society) especifica, através de normas técnicas, os eletrodos revestido para o processo de soldagem, recuperação e goivagem.
A tabela abaixo lista as normas, que são específicas para cada classe de materiais. TABELA ESPECIFICAÇÕES AWS PARA ELETRODOS REVESTIDOS A 5.1 Aços ao Carbono
A 5.3 Alumínio e suas ligas A 5.4 Aços inoxidáveis A 5.5 Aços baixa liga A 5.6 Cobre e suas ligas
A 5.11 Níquel e suas ligas
A 5.13 Revestimento (Alma sólida) A 5.15 Ferros Fundidos
A 5.21 Revestimentos (alma tubular com carbonetos de Tungstênio Classificação de acordo com a normalização (AWS)
Como exemplo, a norma AWS 5.1, que especifica os eletrodos revestidos para a soldagem de aços-carbono, adota o seguinte formato:
Eletrodo para soldagem ao arco
elétrico
Conjunto de 2 ou 3 números que
indicam a resistência do material
em Ksi
1 Ksi = 1000psi = 6850Pa
AWS E XXXYZ
Número que indica a posição
de soldagem
1 = Todas as posições
2 = Plana e horizontal
3 = Somente plana
Número que indica o tipo de revestimento e
corrente de soldagem
XX10 = Rev. Celulósico (Sódio) CC+
XX20 = Rev. Ácido CC –
XXY1 = Rev. Celulósico (Sódio) CC+ CA
XXY2 = Rev. Rutílico (Sódio) CC- CA
XXY3 = Rev. Rutílico (Potásio) CC+ CC- CA
XXY4 = Rev. Rutílico (Pó ferro) CC+ CC- CA
XXY5 = Rev. Básico (Sódio) CC+
XXY6 = Rev. Básico (Potásio) CC+ CA
XXY7 = Rev. Ácido (Pó ferro) CC+ CC- CA
XXY8 = Rev. Básico (Pó ferro) CC+ CA
Exemplos de eletrodos revestidos
Classe Composição % Função Proteção
E 6010 Celulose (C6 H10O5) Rutílo (TiO2) Ferro-manganês Talco Silicato de Sódio Umidade 35 15 5 15 25 5 Formador de gases
Formador de escoria e estabilizador de arco Desoxidante ferro-liga Formador de escoria Aglomerante agente-fluxante 40% H2 40% CO + CO2 20% H2O
Eletrodo com 60.000 psi, com revestimento celulósico, indicado soldagem em CC+, em todas as posições, bastante usado na soldagem de aço baixo carbono, soldagem na posição vertical e com abertura de raiz.
Classe Composição % Função Proteção
E 7018 Carbonato de Cálcio Fluorita (CaF2) Ferro-manganês Silicato de Potásio Pó de Ferro Umidade 30 20 5 15 30 0,1
Formador de gases e agente-fluxante Formador de escoria e agente-fluxante Desoxidante ferro-liga
Aglomerante e estabilizador de arco Agente de deposição
80% CO 20% CO2
Eletrodo com 70.000 psi, com revestimento básico, indicado soldagem em CC+ ou CA, em todas as posições, bastante usado na soldagem de vasos de pressão, aços com alta resistência, aços de difícil soldagem ou aços com alto teor de carbono.
Fatores a serem considerados na seleção de um eletrodo revestido Tipo do metal de base.
Por exemplo, na soldagem de aços carbono ou aços de baixo carbono, ou seja, aços com teor de carbono inferior a 0,30% são geralmente empregados eletrodos revestidos de alma de aço doce (aço com teor de carbono entre 0,15 e 0,30%). Nestes casos, a resistência à tração do metal de solda normalmente excede a resistência à tração do metal de base.
Posição de soldagem.
A seleção de eletrodo para soldagem deve prever a posição de soldagem. As posições plana e horizontal admitem correntes de soldagem mais altas maiores taxas de deposição.
Equipamento disponível.
Tipo de fonte de energia, CA ou CC. Espessura da chapa.
Para a soldagem de chapas finas, são necessários eletrodos de baixa penetração, enquanto a soldagem de chapas mais espessas exige eletrodos com alta penetração. Para passe de raiz, são preferíveis eletrodos de maior penetração, enquanto eletrodos com alta taxa de deposição são mais adequados para passes subsequentes.
Cuidados necessários com os eletrodos
Os eletrodos devem ser mantidos livres de umidade, fonte de hidrogênio e oxigênio para o cordão de solda. Os eletrodos são fornecidos em embalagens fechadas.
Uma vez aberta a embalagem, os eletrodos devem ser guardados em estufas.
Choque ou dobramento podem comprometer o revestimento. Siga sempre as instruções do fabricantes. Equipamentos
Transformadores Retificadores Inversores
Conjunto básico para soldagem com eletrodo revestido
Uma fonte de energia
Porta Eletrodo (Alicate pega eletrodo) Grampo obra (também chamada de garra)
Cabos de solda (levam a corrente elétrica da fonte ao porta-eletrodo e do grampo de retorno para a fonte. Geralmente são de alumínio ou cobre. São selecionados com base na corrente de soldagem, no ciclo de trabalho da fonte e no comprimento total do circuito).
Fonte de energia
O processo de soldagem ao arco necessita de fontes de energia que fornecem os valores de tensão e corrente adequados a sua execução. A fonte deve transformar a energia da rede, que é de alta tensão e baixa corrente em energia de soldagem, que é de baixa tensão e alta corrente.
A fonte deve também oferecer uma corrente estável e a possibilidade de regular a tensão e a corrente elétrica.
O processo de soldagem a arco com eletrodo revestido pode operar com corrente alternada (CA) ou corrente contínua (CC).
A CA tem como vantagem a menor queda de tensão ao longo do cabo de ligação, vantagem decisiva para a soldagem à distância. Também apresenta menor (desvio do arco elétrico).
Já a CC apresenta maior estabilidade do arco e maior qualidade de depósito. A maioria das soldagens a arco com eletrodo revestido é feita com corrente contínua.
O uso de fontes de corrente contínua possibilita dois arranjos distintos. Quando conectados o eletrodo no polo negativo e a peça no polo positivo, temos a configuração CC- ou corrente contínua com polaridade direta (CCPD), que oferece maior taxa de fusão do eletrodo.
Quando conectados o eletrodo no polo positivo e a peça no polo negativo, temos a configuração CC+ ou corrente contínua com polaridade inversa (CCPI), o que resulta em maior penetração do cordão de solda.
h
2
= (0,5 – 0,6) h
1
h
1
= h
max
Fontes de corrente alternada geralmente são transformadores, que possuem com configuração mais simples e de menor custo de investimento inicial, de operação e manutenção.
As fontes de corrente contínua podem ser:
1 – Geradores, geralmente usados em trabalhos em canteiros de obras, especialmente onde não se dispõe de um suprimento elétrico adequado.
2 – Transformadores-retificadores, que são vantajosos em relação aos geradores devido ao menor custo de operação e manutenção, com operação mais silenciosa.
3 – Inversores eletrônicos, são equipamentos baseado em eletrônica de potência, com baixo consumo de energia, leve (portáteis) e com recursos tecnológicos que facilitam a soldagem.
Equipamentos assessórios:
Picadeira: espécie de martelo em que um dos lados termina em ponta e o outro em forma de talhadeira. Serve para retirar a escoria e os respingos.
Escova de fios: serva para a limpeza do cordão de solda.
Equipamentos de proteção individual: luvas, aventais, máscaras, botas de segurança, perneira e gorro.
-
+
h
2+
Etapas do processo
1. Preparação do material que deve ser isento de graxa, óleo, óxidos, tintas, etc.; 2. Preparação da junta;
3. Preparação do equipamento; 4. Abertura do arco elétrico; 5. Execução do cordão de solda; 6. Extinção do arco elétrico; 7. Remoção da escória.
O conjunto das etapas 4, 5, 6 e que produz o cordão de solda é chamado de passe.
Dependendo do tipo de junta a ser soldada, estas etapas devem ser repetidas quantas vezes for necessário para a realização do trabalho.
Principais variáveis da operação de soldagem com eletrodos revestidos Diâmetro do eletrodo
O diâmetro do eletrodo determina a faixa de corrente de soldagem. Um eletrodo excessivamente largo resulta em uma corrente mínima muito alta, o que pode ocasionar perfuração da peça.
Na soldagem fora de posição, são necessários eletrodos de menor diâmetro, visando a obtenção de uma poça menos volumosa.
Na soldagem em chanfro, devem ser consideradas as dimensões do chanfro para a seleção do diâmetro do eletrodo.
Em passe de raiz, busca-se um diâmetro pequeno para permitir alcance da raiz.
Levando-se em conta questões econômicas, deve-se selecionar o maior diâmetro possível, tendo como limite metalúrgico a alta energia de soldagem, que irá ocasionar uma grande zona termicamente afetada.
Corrente de soldagem
A corrente de soldagem determina a taxa de deposição, a penetração, a largura e altura da solda. Quanto maior a corrente de soldagem, maior a taxa de deposição, maior a penetração e a largura do cordão de solda. Sua influência sobre a altura do cordão de solda é menor.
Corrente de soldagem muito elevada causa poça de fusão grande, dificultando o controle do processo. Também ocorre degradação do revestimento, respingos excessivos e perda de propriedades mecânicas pela maior zona termicamente afetada.
A corrente de soldagem depende: da posição de soldagem
Para soldagem na posição plana devem ser empregadas correntes próximas ao valor máximo.
Para soldagem fora de posição, correntes próximas ao valor mínimo são desejáveis para evitar poça de fusão volumosa.
tipo e diâmetro da alma do eletrodo
Diâmetros excessivamente grandes resultam em correntes inferiores à mínima, causando instabilidade do arco e aquecimento insuficiente na junta.
Diâmetros excessivamente pequenos resultam em correntes superiores à máxima, causando aquecimento excessivo do revestimento.
tipo e espessura do revestimento
Eletrodos isentos de produtos orgânicos suportam correntes mais altas.
A tabela abaixo mostra como a faixa de corrente utilizável varia com o diâmetro do eletrodo e o tipo de revestimento.
Eletrodo
AWS E 6010
AWS E7018
Bitola
Corrente (A)
Tensão (V)
Corrente (A)
Tensão (V)
2,00
50 -70
18 - 28
50 - 90
20 - 30
2,50
60 - 100
65 – 105
3,25
80 – 150
110 – 150
4,00
105 – 205
140 – 195
5,00
155 – 300
185 – 270
6,00
195 - 350
225 - 355
Polaridade Polaridade direta (CC-): Maior taxa de fusão do eletrodo Polaridade inversa (CC+): Maior penetração
Tensão de soldagem
A tensão no arco depende de fatores que são pouco controlados, como:
Distância entre o eletrodo e a peça. Devido à realização manual do processo, não pode ser controlada com precisão.
A transferência dos glóbulos causa variação no comprimento do arco e consequentemente na tensão. Quanto maior o diâmetro do eletrodo, maior será a tensão do arco.
Quanto maior a corrente de soldagem, maior será a tensão do arco. Quanto maior o comprimento do arco, maior será a tensão do arco.
A tensão em vazio (V0) é a tensão que a fonte oferece quando o arco está fechado. É a diferença de potencial necessária para dar origem ao arco e seu valor varia entre 50 a 100 volts.
Valores elevados de tensão facilitam a abertura do arco e a reignição, quando se trabalho com CA.
A tensão de soldagem (Vs) é a tensão que a fonte supre quando o arco está aberto. Seu valor varia entre 15 a 36 volts. Comprimento do arco
Comprimento do arco muito pequeno pode causar interrupções frequentes, pois o eletrodo pode aderir (grudar) na peça, cordões estreitos e com concavidades pronunciada (reforço excessivo).
Comprimento do arco muito grande, por sua vez, podem produzir um arco semdireção, uma maior quantidade de respingos e proteção deficiente, o que pode resultar em porosidade no cordão de solda.
A faixa ideal de valores para o comprimento do arco é função do diâmetro do eletrodo: 0,5 a 1,1 vezes o diâmetro do eletrodo.
Velocidade de soldagem
Trata-se de um parâmetro com controle impreciso, devido ao caráter manual do processo. Idealmente, a velocidade de soldagem deve ser escolhida de modo que o arco fique ligeiramente à frente da poça de fusão.
A velocidade de soldagem influencia a largura e altura do cordão de soldagem. Quanto maior a velocidade de soldagem, menor a altura e a largura do cordão.
Velocidades muito altas produzem cordões estreitos, com baixa penetração, mordeduras e uma escória de difícil remoção. Por outro lado, velocidades muito baixas produzem cordões largos, penetração e reforço excessivos.
Abertura do arco
O eletrodo deve tocar a superfície da peça, preferencialmente em uma região a ser fundida e próxima do início do cordão, pois a abertura do arco em outra posição causa marcas, que podem constituir concentradores de tensão. Uma vez iniciado o arco, o eletrodo deve ser afastado da peça e o comprimento do arco deve ser mantido o mais constante possível.
Manipulação do eletrodo
O eletrodo deve realizar um movimento de mergulho em direção à peça, para compensar o consumo do eletrodo e manter constante o comprimento do arco.
Também deve realizar um movimento de translação, deslocando-se ao longo da junta, preferencialmente com velocidade constante.
Também deve realizar um movimento de tecimento, ou seja, um deslocamento lateral em relação ao eixo da solda, visando obter um cordão mais largo, garantir a fusão das paredes do chanfro, fazer flutuar a escória. Este movimento não deve exceder três vezes o diâmetro do eletrodo.
O posicionamento do eletrodo e os movimentos de mergulho e translação devem evitar que a escória flua à frente do eletrodo, ficando parte dela aprisionada e resultando em formação de inclusão não metálica no cordão de solda. Remoção de escória
Após cada passe, a escória produzida deve ser retirada. O grau de dificuldade da remoção da escória depende da geometria do cordão, movimentação correta do eletrodo durante deposição, das dimensões do chanfro e do tipo de revestimento, sendo isso um dos critérios de seleção de tipo de revestimento.
A remoção parcial da escória produz cordões de solda com inclusões de óxidos, comprometendo as propriedades mecânicas da junta soldada.
REFERÊNCIAS
FRICKE SOLDAS LTDA, br 285 Km 456, Ijuí/RS/Brasil
WAINER, Emilio; BRANDI, Sergio Duarte; HOMEM DE MELLO, Fabio Decourt (Coord.). Soldagem: processos e metalurgia. São Paulo: E. Blücher, 1995-2005 494 p. ISBN 85-212-0238-5.
MARQUES, Paulo Villani; MODENESI, Paulo José; BRACARENSE, Alexandre Queiroz. Soldagem – Fundamentos e Tecnologia. Editora UFMG, 2007, 349 p. ISBN 978-98-7041-597-4.
