3.7.2 Retificador. Prof. Fernando Penteado

• Controle de corrente por chave de “tapes”

Em um transformador cuja corrente é controlada por uma chave de tapes, ao se mudar de um tape para outro, há uma variação tanto da corrente, como da tensão, o que não é interessante, pois tensões baixas demais dificultam ou até impossibilitam a abertura do arco. Além disso, a variação da corrente é por degraus e não contínua, como é o ideal.

• Controle de corrente por variação da seção do núcleo de material ferro magnético

É o método mais usado. Ao variar-se à posição da parte A, em relação ao núcleo N através da rotação de uma manivela, conectada a um parafuso, varia-se a corrente de saída induzida no secundário. Dessa forma podemos ter uma variação contínua da corrente, e sem alterar a tensão de saída.

Os transformadores de solda, em condições normais de meio ambiente não exigem praticamente nenhuma manutenção, pois não possuem peças móveis.

O que caracteriza um transformador é sua faixa de corrente, a tensão em vazio (Vo), o seu fator de trabalho (FT) e o seu fator de potência (cos φ), que fica em torno de 0,5.

Opcionalmente, podem ser acoplados ao transformador, um conjunto de capacitores para compensação de fases, elevando o fator de potência para algo em torno de 0,7.

3.7.2 Retificador

É uma máquina constituída basicamente de um transformador e um conjunto de elementos, chamados de retificadores de corrente, que convertem CA em CC.

Os elementos retificadores mais conhecidos e utilizados nos dias atuais são os diodos de silício, que permitem a passagem da corrente somente em um sentido, bloqueando a passagem da corrente em sentido contrário. Assim pode-se dizer que os diodos permitem a passagem da corrente alternada só nos semiciclos positivos, bloqueando os semiciclos negativos.

O tipo de retificador representado abaixo é conhecido como retificador monofásico e apresenta a vantagem de fornecer CC ou CA. No caso de necessitar-se corrente alternada, basta desligar a coluna de retificação.

Entretanto, quando se deseja somente CC, é usual um retificador trifásico, pois o fator de potência é muito maior, além de não causar problemas de perturbação na linha de alimentação.

O controle de corrente nos transformadores retificadores é normalmente efetuado pelo processo do núcleo magnético de seção variável ou por tiristores.

Esquema de transformador-retificador trifásico

3.7.3 Gerador

É a máquina que fornece CC, produzida por um gerador de corrente contínua, acoplado a um motor que pode ser elétrico ou de combustão interna (geralmente Diesel).

Os geradores, são máquinas rotativas, com peças móveis que sofrem desgaste durante o uso.

Portanto são mais sujeitos à manutenção e seu custo sempre é superior ao de um retificador.

Sua vantagem é não depender da rede elétrica e apresentar correntes de soldas mais estáveis, pois por ser uma máquina rodante de inércia elevada é menos sujeita a flutuações da rede elétrica.

Como acontece com os transformadores e retificadores, os geradores devem ser providos de controles que permitem variar convenientemente a intensidade de corrente.

Gerador movido por motor elétrico

3.7.4 Escolha da máquina de solda

Para nos decidirmos pela escolha de determinada máquina de solda é necessário, inicialmente, analisarmos algumas características importantes, que estão relacionadas a seguir:

• Comparação entre soldagem em CC e CA:

Corrente contínua

• Um arco pode ser mantido com qualquer material condutor e executa soldagem de materiais tais como alumínio, cobre e bronze, bastante refratários à soldagem com CA.

• Possibilita a modificação de certas características do arco, através da mudança de polaridade.

• Quando se tratar de gerador movido por motor de combustão interna, independe-se de circuitos elétricos sendo, portanto, ideal para trabalhos de campo.

Corrente alternada

• Não permite o uso de eletrodos nus e obriga a manutenção de um arco mais curto.

• O peso, tamanho e preço de um transformador são de 30% a 40% menores que de um gerador de CC correspondente.

• O transformador não possui peças móveis sujeitas a desgaste e não exige manutenção.

• Hoje já existem eletrodos desenvolvidos especialmente para CA, de excelente qualidade.

• Outras características Tensão em vazio (Vo)

É a tensão antes da abertura do arco.

Para os transformadores, por razões de segurança, a tensão em circuito aberto não deve ser maior que 80V. Para retificadores e geradores, a tensão de circuito aberto pode ser de até 125V.

A tensão em vazio é importante pois, dependendo do eletrodo usado, não se consegue abrir o arco abaixo de determinada Vo. Isto ocorre principalmente com eletrodos básicos, que exigem Vo > 55V.

Tensão de solda (Vs)

As normas estabelecem que os diferentes valores de corrente nominal estão relacionados entre si, através da seguinte fórmula:

Vs = 20 + 0,04 x In , onde: Vs = tensão no arco e In = corrente nominal da máquina.

Normalmente, a tensão no arco para solda manual, oscila entre 10 e 40 V. As normas estabelecem que a tensão máxima no arco para máquinas de 600A é de 44V.

Vs = 20 + 0,04 x 600 = 44V Fator de trabalho (FT)

É o valor dado em porcentagem, em relação a um tempo estabelecido de10 min., no qual a máquina pode operar com a corrente nominal, sem que haja superaquecimento ou qualquer estrago na isolação elétrica.

Assim, se uma máquina de 300A apresenta um fator de trabalho de 60%, significa que em cada 10 minutos a máquina pode ficar em carga apenas durante 6 min.

As máquinas para solda manual apresentam fatores de trabalho que variam desde 20% (pequenas máquinas para serviços leves) até 60% (máquinas industriais para serviço pesado).

Para uma mesma máquina, os valores de corrente de saída e fator de trabalho estão relacionados pela seguinte fórmula:

I

× FT

= I

× FT

I

FT

I

FT

Exemplo: Uma máquina de corrente nominal 300A tem fator de trabalho de 60%. Deseja-se conhecer a corrente que permitirá alterar este fator de trabalho para 100%.

Temos:

300

× 0 6 , = I

× 1 0 , I

= 232 A

Portanto, uma máquina de 300A com FT = 60%, pode trabalhar 100% do tempo com uma corrente de 232A.

Rendimento de uma máquina de solda(η)

É determinado pelas perdas da máquina quando está com a corrente nominal e apresenta a tensão de arco especificada.

É obtido, dividindo-se a potência do arco (corrente e tensão nominais) pela potência de alimentação e é expressa em porcentagem.

Exemplo: Determinar o rendimento de uma máquina de solda de In = 300A e fator de potência (cos φ) = 0,83, cuja corrente de alimentação da rede é de 70A e a tensão de rede é de 230V.

Solução:

η ⁼ ϕ

×

× × Vs In × Vr Ir cos 100

Vs = 20 + 0 04 , × 300 = 32 V

η = ×

× × × =

32 300

230 70 0 83 100 72%

,

Classe Térmica

Informa a temperatura que poderá ser atingida no núcleo da máquina, sem dano para a isolação da mesma. Este dado está relacionado com o Fator de Trabalho, pois a temperatura irá elevar-se devido às perdas elétricas que advirão durante a utilização da máquina. Para permitir fatores de trabalho mais elevados, muitas máquinas possuem um sistema de ventilação forçada. Entretanto, é óbvio que isto representa maiores gastos de energia elétrica e mais um item para manutenção.

Fator de potência(cos φ )

É a medida da utilização da energia elétrica recebida na alimentação da máquina de solda.

As máquinas monofásicas, transformadores ou retificadores, apresentam um fator de potência da ordem de 55% (que pode ser aumentado através de um banco de capacitores), ao passo que as trifásicas, da ordem de 75%. Os geradores movidos por motores elétricos trifásicos apresentam fator de potência da ordem de 85%.

Faixas de corrente

As máquinas de solda são geralmente projetadas para cobrir faixas específicas de intensidade de corrente, como por exemplo:

50-150 A, 150-250 A, 250-350 A e 350-650 A, com tensão em vazio entre 40 e 80 V.

Uma fonte de energia com característica tipo "Corrente Constante" deve ser preferida, devido à dificuldade de se manter um comprimento de arco constante. Com este tipo de máquina, grandes flutuações na tensão do arco (comprimento de arco) produzem alterações mínimas na intensidade da corrente.

3.7.5 Aplicações típicas

A flexibilidade do processo, a gama de intensidade de corrente e a grande variedade de consumíveis existentes tornam extensa a lista de aplicações do processo.

A seguir estão as aplicações típicas dentro das quatro faixas básicas de intensidade de corrente:

50 a 150 A - Aplicações domésticas, serviços de soldagem.

150 a 250 A - Reparos e manutenção, construções leves.

250 a 350 A - Trabalhos de produção leve e média, trabalhos seriados em oficina.

350 a 650 A - Construção pesada e indústria naval.

3.8 Acessórios

Para se obter um ambiente de trabalho seguro e confortável e para tornar a soldagem mais fácil, uma grande gama de acessórios está disponível, a saber:

. Máscaras tipo capacete ou escudo

. Lentes de proteção /Filtros de vidro ótico e vidros incolores . Óculos de segurança

. Viseiras de segurança . Luvas

. Roupas de proteção . Cabos

. conexões de cabos . Porta eletrodos

. Grampos de fixação do cabo de retorno . Anteparos

. Picadeiras/Martelinhos . Escovas de aço . Marcadores de metais

. Líquidos penetrantes para Ensaios Não Destrutivos (END) . Fornos para ressecagem de eletrodos.

. Estufas fixas e portáteis (cochichos)

Enquanto o arco está aceso, a tensão de soldagem é relativamente segura, entretanto o valor da tensão em circuito aberto (tensão em vazio com o arco apagado) pode ser suficiente para causar acidentes devidos a choque elétrico. Portanto, deve-se usar sempre luvas de raspa de couro, sapatos adequados e, de preferência trabalhar sobre um estrado de madeira.

3.9 Defeitos mais comuns que aparecem nas soldas - Suas possíveis causas e soluções

• Inclusão de escória

São partículas não metálicas inclusas no metal de solda, reduzindo assim a resistência da junta

Causas:

• Manejo incorreto do eletrodo

• Limpeza de escória deficiente

• Inclusões nas mordeduras de passes anteriores

• Falta de penetração com inclusão de escória sob o passe de solda.

• Chanfro muito estreito

• Depósitos irregulares

• Formação de ferrugem ou carepa evitando a fusão

• Eletrodo inadequado para a posição de soldagem Soluções:

• Movimente o eletrodo de forma a impedir que a escória passe à frente da poça de fusão.

• Destaque e limpe toda a escória entre cada passe.

• Remova a escória e faça os próximos passes com eletrodos de menor diâmetro.

• Use eletrodo de diâmetro menor para permitir penetração adequada; remova sempre toda a escória.

• Permita a penetração adequada; aumentando o ângulo do chanfro.

• Esmerilhe as irregularidades do passe anterior.

• Limpe a junta antes de iniciar a soldagem

• Use eletrodos desenvolvidos para a posição de trabalho.

Falta de fusão:

Corresponde a partes do passe de solda que não se fundem com a superfície do metal ou extremidade da junta.

Causas:

• Eletrodos de pequeno diâmetro usados em chapas frias muito espessas.

• Intensidade de corrente muito baixa.

• Inclinação do eletrodo incorreta.

• Velocidade de avanço elevada.

• Carepa ou sujeira na superfície da junta.

• Falta de calor na junta.

Soluções:

• Use eletrodos de mais diâmetro (pré-aquecimento pode ser necessário).

• Aumente a intensidade da corrente.

• Dirija o arco mais para o metal base.

• Diminua a velocidade de soldagem.

• Limpe a superfície antes da soldagem.

• Aumente a intensidade da corrente, pré-aqueça a peça de trabalho, ou solde na posição vertical ascendente.

Falta de penetração

É caracterizada por interrupções na fusão da raiz.

Causas:

• Intensidade de corrente muito baixa.

• Diâmetro do eletrodo muito grande ou espesso demais para a junta.

• Fresta insuficiente.

• Falta de calor na junta.

• Inclinação incorreta do eletrodo.

• Seqüência incorreta.

Soluções:

• Aumente a intensidade da corrente.

• Use eletrodo de bitola menor ou de revestimento mais fino.

• Deixe maior espaçamento entre as peças a soldar.

• Aumente a intensidade da corrente, use eletrodo de maior diâmetro, diminua a velocidade de soldagem, pré aqueça a peça de trabalho, ou solde na posição vertical ascendente.

• Diminua o ângulo de ataque formado pelo eletrodo como o eixo da solda.

• Use uma seqüência de passes adequada.

Mordeduras

São incisões marginais que reduzem a seção transversal da junta, enfraquecendo-a e propiciando inclusões de escória.

Causas:

• Intensidade de corrente muito alta.

• Comprimento do arco muito longo.

• Alta velocidade de avanço.

• Tempo de deposição insuficiente na extremidade do tecimento.

• Diâmetro do eletrodo demasiado grande para a junta.

• Eletrodo muito inclinado.

• Chanfro muito estreito.

Soluções:

• Reduza a intensidade da corrente.

• Mantenha o arco mais curto.

• Diminua a velocidade de soldagem.

• Faça uma pausa nas extremidades do tecimento para permitir a deposição do metal.

• Use eletrodos de menor bitola.

• O eletrodo deve ser mantido próximo a perpendicular ao eixo da solda; o ângulo de ataque não pode ser inferior a 45 graus.

• Deixe espaço para a correta manipulação do eletrodo, aumente o ângulo do chanfro.