1. INTRODUÇÃO

A Soldagem é o processo de união de materiais (particularmente os metais) mais importante do ponto de vista industrial sendo extensivamente utilizada na fabricação e recuperação de peças, equipamentos e estruturas. A sua aplicação atinge desde pequenos componentes eletrônicos até grandes estruturas e equipamentos (pontes, navios, vasos de pressão, etc.). Existe um grande número de processos de soldagem diferentes, sendo necessária a seleção do processo (ou processos) adequado para uma dada aplicação. A tabela abaixo lista algumas das principais vantagens e desvantagens dos processos de soldagem.

Algumas definições usuais para soldagem são:

• "Processo de junção de metais por fusão". (Deve-se ressaltar que não só metais são soldáveis e que é possível soldar metais sem fusão).
• "Operação que visa obter a união de duas ou mais peças , assegurando, na junta soldada, a continuidade de propriedades físicas, químicas e metalúrgicas".
• "Processo de união de materiais baseado no estabelecimento, na região de contato entre as peças que estão sendo unidas, de ligações químicas de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais."

Idealmente, a soldagem ocorre pela aproximação das superfícies das peças a uma distância suficientemente curta para a criação de ligações químicas entre os seus átomos (figura 1). Este efeito pode ser observado, por exemplo, quando dois pedaços de gelo são colocados em contato. Para outros materiais, a soldagem não ocorre tão facilmente pois a aproximação das superfícies a distâncias suficientes para a criação de ligações químicas entre os seus átomos é dificultada pela rugosidade microscópica e camadas de óxido, umidade, gordura, poeira e outros contaminantes existentes em toda superfície metálica.

Figura 1 - Formação teórica de uma solda pela aproximação das superfícies das peças.

Esta dificuldade é superada de duas formas principais, das quais originam os dois grandes grupos de processos de soldagem:

• Deformar as superfícies em contato, rompendo as camadas de contaminantes e permitindo a sua aproximação e a formação de ligações químicas (figura 2). As superfícies de contato podem ser aquecidas para facilitar a sua deformação.

• Aquecer localmente a região a ser soldada até a sua fusão, destruindo, assim, as superfícies e produzindo a solda com a solidificação do material fundido (figura 3).

Figura 2 - Soldagem por pressão (esquemática).

Assim, os diferentes processos de soldagem podem ser agrupados em dois grandes grupos baseando-se no método dominante de se produzir a solda, isto é, (a) processos de soldagem por pressão (ou por deformação) e (b) processos de soldagem por fusão.

Figura 3 - Soldagem por fusão (esquemática).

O primeiro grupo inclui os processos de soldagem por ultra-som, por fricção, por forjamento, por resistência elétrica (figura 4), por difusão, por explosão, entre outros. Alguns destes processos, como a soldagem por resistência a ponto, apresentam características intermediárias entre os processos de soldagem por fusão e por deformação.

O segundo grupo inclui um grande número de processos, entre os quais se destacam os processos de soldagem a arco que são os mais utilizados industrialmente. Estes utilizam, como fonte de calor para a fusão da junta, uma descarga elétrica em meio gasoso (arco elétrico) entre dois eletrodos ou, mais comumente, entre um eletrodo e a(s) peça(s), figura 5.

Figura 4 - Soldagem por resistência a ponto (a) e costura (b). I - corrente de soldagem.

Figura 5 - Soldagem manual a arco.

 Por sua grande importância em inúmeras utilizações dos metais é fundamental que o engenheiro metalúrgico tenha, pelo menos, um conhecimento básico da tecnologia e fundamentos da soldagem. Por outro lado, a soldagem afeta a estrutura do material, podendo causar o aparecimento de descontinuidades como trincas e poros (figura 7) e, assim, influencia de forma importante o desempenho futuro da peça ou estrutura soldada. Estas mudanças são estudadas essencialmente com base em princípios da metalurgia. Assim, é também importante que as pessoas envolvidas o projeto e a supervisão de trabalhos de soldagem conheçam esses princípios.

Figura 5 - Descontinuidades de soldagem.

2. ARCOS E ELETRICIDADE

Arco elétrico ou arco voltaico, é formado pela passagem de uma corrente elétrica através de um gás, transformando energia elétrica em calor.

Seu emprego na fabricação, montagem e manutenção de equipamentos e estrutura é indicado tanto dentro da fábrica quanto em campo e em operações que exige soldagem nas mais diversas posições.

Obs:. Isso compensa as desvantagens de ser um processo manual, com baixa velocidade de produção, estritamente dependente da habilidade do soldador. Ale, disso, o processo exige cuidados especiais com os eletrodos e produz um grande volume de gases e fumos de soldagem.

O arco de soldagem é formado quando uma corrente elétrica passa entre uma barra de metal, que é o eletrodo e que pode corresponder ao pólo negativo (ou catodo) e o metal de base, que pode corresponder ao pólo positivo ( ou anodo)

Fontes de energia para soldagem

O processo de soldagem ao arco necessita de energia que forneçam os valores de tensão e corrente adequados à sua formação.

Para isso, essas fontes devem apresentar algumas características:

·        Transformar a energia da rede que é de alta tensão e baixa intensidade de corrente em energia de soldagem caracterizada por baixa tensão e alta intensidade de corrente.

·        Oferecer uma corrente de soldagem estável.

·        Possibilitar a regulagem da tensão e da corrente.

·        Permitir a fusão de todos os diâmetros de eletrodos compatíveis com o equipamento usado.

Três tipos de fontes se enquadram nessas características:  os transformadores que fornecem corrente alternada, os transformadores-retificadores e os geradores que fornecem corrente continua.

Quando se usa corrente continua na soldagem a arco, tem-se;

1.      A polaridade direta na qual a peça é o pólo positivo e o eletrodo é o pólo negativo.

2.      Ou a polaridade inversa quando a peça é o pólo negativo e o elletrodo é pólo positivo.

Obs:. A escolha da polaridade se dá em função do tipo do revestimento do eletrodo

O inicio do arco elétrico na soldagem pode ser obtido de duas maneiras:

Por curto circuito

Contato pontual entre o eletrodo e a peça ( curto circuito)

Aquecimento pontual = vaporização do metal

Liberação de íons + elétrons

Afastamento do eletrodo ( manutenção do arco)

Por alta freqüência ou geração de pulsos ( ignição sem contato)

Alta freqüência: causa uma movimentação (inversa) intensa no sentido de fluxo de íons/elétrons livres acelerando a dissociação de outros átomos. Reação em cadeia que estabelece o arco.

Geradores de pulsos: Aceleram os elétrons sempre na mesma direção causando aceleração na dissociação de outros átomos. No restante é semelhante ao processo de alta freqüência.

Propriedades do arco elétrico

Tem forma de gás

É iniciado por ignição.

Está envolto, de forma concêntrica, por um campo magnético.

Sofre a influência de campos magnéticos externos – sopro magnético.

Sofre influência de elementos químicos.

Tem resistência ôhmica relativamente elevada, mas variável.

Tem boa capacidade de condução de calor.

Emite radiações na faixa infravermelho ( visível) e ultravioleta.

Exerce pressão sobre o banho de fusão.

Radiação ultravioleta

Queima a pele ( 10 minutos de solda = 1 dia de praia )

Exposição contínua leva a cegueira.

Ponto branco que se observa na abertura do arco.

Radiação infravermelha

Queima a pele e cozinha a retina.

Corrente de soldagem

• Corrente continua (CC) Maior estabilidade do arco elétrico – não tem reacendimentos  e sofre a influência da polaridade.
• Corrente alternada (CA) Não sofre influência da polaridade e para ciclos de 60Hz o arco se extingue 120 vezes por segundo.

Circuito básico de soldagem por Arco elétrico

3. SOLDAGEM TIG

A sigla TIG corresponde às iniciais das palavras inglesas "Tungsten Inert Gas", que indica uma soldagem com gás inerte e eletrodo de tungstênio.

O processo TIG ( TIG = tungstênio + inerte + gás) utiliza-se de um eletrodo de tungstênio não consumível. Este processo pode ser automático ou semi-automático com ou sem metal de adição.

A soldagem TIG pode ser utilizada em uniões que requeiram peças soldadas de altíssima qualidade e na soldagem de metais altamente sensíveis a oxidação (como p. ex.: titânio e alumínio). Seu uso mais freqüente é em aços resistentes ao calor, aços inoxidáveis e alumínio.
As maiores vantagens do processo TIG são estabilidade e concentração do arco elétrico, o que significa poder utilizá-lo em todas as posições de soldagem e tipos de junta, além do bom aspecto do cordão de solda (acabamento suave e liso). Além disso, este método de soldagem se caracteriza também pela ausência de respingos e escórias (o que evita trabalhos posteriores de limpeza) e por sua aplicabilidade em espessuras mais finas (a partir de 0,3 mm). A soldagem TIG pode ser utilizada com ou sem material de adição.

4. SOLDAGEM MIG/MAG

O uso do processo MIG/MAG está cada vez mais freqüente, sendo atualmente o método mais utilizado na Europa Ocidental, Estados Unidos e Japão. Isto ocorre, entre outras coisas, devido sua elevada produtividade e facilidade de automação. Pode-se afirmar que a flexibilidade é a principal característica do processo MIG/MAG, pois permite soldar aços de baixa liga, aços inoxidáveis e alumínio, em espessuras a partir de 0,5 mm, em todas as posições de soldagem. O MIG/MAG é um processo de soldagem compatível com todos os requisitos de proteção ambiental.

O processo de soldagem MIG utiliza-se de um eletrodo consumível com proteção de gás inerte enquanto que o processo AG utiliza-se da proteção de um gás ativo. Depois do processo de eletrodo revestido o processo NHG/MAG é o mais universal (QUITES;DUTRA,1979).

As principais vantagens desse processo são a possibilidade de automação para produção em larga escala e a elevada velocidade de fusão em função das altas densidades de corrente admissíveis.

5. SOLDAGEM ARCO SUBMERSO

O processo de soldagem por arco submerso é um processo no qual o calor para a soldagem é fornecido por um (ou alguns) arco (s) desenvolvido (s) entre um (s) eletrodo(s) de arame sólido ou tubular e a peça obra. Como já está explícito no nome, o arco ficará protegido por uma camada de fluxo granular fundido que o protegerá, assim como o metal fundido e a poça de fusão, da contaminação atmosférica.

Como o arco elétrico fica completamente coberto pelo fluxo, este não é visível, e a solda se desenvolve sem faíscas, luminosidades ou respingos, que caracterizam os demais processos de soldagem em que o arco é aberto.

O fluxo, na forma granular, para além das funções de proteção e limpeza do arco e metal depositado, funciona como um isolante térmico, garantindo uma excelente concentração de calor que irá caracterizar a alta penetração que pode ser obtida com o processo.

Princípio de funcionamento do processo:

Em soldagem por arco submerso, a corrente elétrica flui através do arco e da poça de fusão, que consiste em metal de solda e fluxo fundidos. O fluxo fundido é, normalmente, condutivo (embora no estado sólido, a frio não o seja). Em adição a sua função protetora, a cobertura de fluxo pode fornecer elementos desoxidantes, e em solda de aços-liga, pode conter elementos de adição que modificariam a composição química do metal depositado.

Durante a soldagem, o calor produzido pelo arco elétrico funde uma parte do fluxo, o material de adição (arame) e o metal de base, formando a poça de fusão.

A zona de soldagem fica sempre protegida pelo fluxo escorificante, parte fundido e uma cobertura de fluxo não fundido.O eletrodo permanece a uma pequena distância acima da poça de fusão e o arco elétrico se desenvolve nesta posição. Com o deslocamento do eletrodo ao longo da junta, o fluxo fundido sobrenada e se separa do metal de solda líquido, na forma de escória. O metal de solda que tem ponto de fusão mais elevado do que a escória, se solidifica enquanto a escória permanece fundida por mais algum tempo. A escória também protege o metal de solda recém-solidificado, pois este é ainda, devido a sua alta temperatura, muito reativo com o Nitrogênio e o Oxigênio da atmosfera tendo a facilidade de formar óxidos e nitretos que alterariam as propriedades das juntas soldadas. 

Com o resfriamento posterior, remove-se o fluxo não fundido (que pode ser reaproveitado) através de aspiração mecânica ou métodos manuais, e a escória, relativamente espessa de aspecto vítreo e compacto e que em geral se destaca com facilidade.

O fluxo é distribuído por gravidade. Fica separado do arco elétrico, ligeiramente a frente deste ou concentricamente ao eletrodo. Esta independência do par fluxo-eletrodo é outra característica do processo que o difere dos processos eletrodo revestido, MIG-MAG e arame tubular. No arco submerso, esta separação permitirá que se utilize  diferentes composições fluxo-arame, podendo com isto selecionar combinações que atendam especificamente um dado tipo de junta em especial.

 

O esquema básico do funcionamento do processo pode ser visto na Figura - Componentes essenciais de um equipamento de arco submerso.

O processo pode ser semi-automático com a pistola sendo manipulada pelo operador. Esta porém não é a maneira que o processo oferece a maior produtividade. Esta é conseguida com o cabeçote de soldagem sendo arrastado por um dispositivo de modo a automatizar o processo.

Outra característica do processo de soldagem por arco submerso está em seu rendimento pois, praticamente, pode-se dizer que não há perdas de material por projeções (respingos). Possibilita também ouso de elevadas correntes de soldagem (até 4000 A) o que, aliado as altas densidades de corrente (60 a 100 A/mm2), oferecerá ao processo alta taxa de deposição, muitas vezes não encontradas em outros processos de soldagem. Estas características tornam o processo de soldagem por arco submerso um processo econômico e rápido em soldagem de produção. Em média, gasta-se com este processo cerca de 1/3 do tempo necessário para fazer o mesmo trabalho com eletrodos revestidos.
As soldas realizadas apresentam boa tenacidade e boa resistência ao impacto, além de excelente uniformidade e acabamento dos cordões de solda. Através de um perfeito ajustamento de fluxo, arame e parâmetros de soldagem, consegue-se propriedades mecânicas iguais ou melhores que o metal de base.

A maior limitação deste processo de soldagem é o fato que não permite a soldagem em posições que não sejam a plana ou horizontal. Ainda assim, a soldagem na posição horizontal só é possível com a utilização de retentores de fluxo de soldagem. Na soldagem circunferencial pode-se recorrer a sustentadores de fluxo como o que é apresentado na Figura - Exemplo de recurso para sustentação de fluxo.

6. ELETRODO REVESTIDO

O processo de soldagem por arco elétrico com eletrodo revestido consiste, basicamente, na abertura e manutenção de um arco elétrico entre o eletrodo revestido e a peça a ser soldada.

O arco funde simultaneamente o eletrodo e a peça. O metal fundido do eletrodo é transferido para a peça, formando uma poça fundida que é protegida da atmosfera (O2 e N2) pelos gases de combustão do revestimento.

O metal depositado e as gotas do metal fundido que são ejetadas, recebem uma proteção adicional através do banho de escória, que é formada pela queima de alguns componentes do revestimento.

É importante salientar que, os fenômenos de oxidação dependem basicamente das condições operatórias e do comprimento do arco. Um arco longo (tensão elevada) conduzirá a reações de oxidação mais importantes do que um arco curto. Além disto, as características da fonte de alimentação elétrica (corrente contínua ou alternada), desde que forneçam condições para um arco estável, não terão grande influência sobre estes fenômenos. Aqui vale a pena destacar que não é possível soldar com eletrodo sem revestimento em corrente alternada com as fontes de soldagem convencionais, a menos que se recorra a uma ionização artificial, através de uma faísca piloto.

Além destas reações químicas, o Oxigênio do ar pode ter uma ação direta sobre o Ferro. Ele pode, durante a sua transferência para o metal de base e ao nível do banho de fusão, formar sobre as gotas uma película de óxidos.

Este óxido formado tem a solubilidade muito baixa (0,05%) no metal. As partículas de óxido serão postas em evidência em metalografia, devido a precipitarem entre os cristais sobre a forma de FeO quando o grão é saturado de óxido. O Oxigênio dissolvido no aço sob a forma de óxido, é muito difícil de dosar pelos métodos de análise tradicionais.

Embora nas operações normais o Nitrogênio não tenha grande afinidade com o Ferro, nas altas temperaturas do arco elétrico há a possibilidade de formação de nitrato de Ferro.

Mesmo que, a quantidade deste nitrato formado seja normalmente muito pequena, ele tem graves consequências porque tornará a solda frágil, diminuindo a resiliência do metal depositado.

O Nitrogênio combinado, é difícil de identificar principalmente porque não aparece sobre a forma de nitrato, e sim sob a falsa aparência de perlita não identificavel ao microscópio. Diversos trabalhos mostram que a presença destes nitratos aumenta substancialmente a dureza, aumenta em menor quantidade a resistência à tração, mas diminui rapidamente o alongamento a ruptura e a estricção, a resistência à fadiga e a resiliência. Em suma, quando o teor de Nitrogênio ultrapassa o valor de 0,03% há uma diminuição nos valores das propriedades mecânicas.

Para além dos eletrodos revestidos e das fontes de energia, são essenciais para o funcionamento do processo a presença dos cabos para transporte da energia e do porta eletrodos.

É conveniente lembrar que as recomendações de segurança na utilização destes componentes.

Os porta-eletrodos servem para a fixação e energização do eletrodo. É fundamental a correta fixação e boa isolação dos cabos para que os riscos de choque sejam minimizados. As garras devem estar sempre em bom estado de conservação, o que ajudará a evitar os problemas de superaquecimento e má fixação do eletrodo, podendo vir a soltar-se durante a soldagem.

Um porta-eletrodo é dimensionado para trabalhar em uma determinada faixa de diâmetros. Esta limitação vem não só da abertura máxima nas garras para encaixar o eletrodo, como também, e principalmente, pela corrente máxima que pode conduzir.

Um porta-eletrodo para ser utilizado em valores de corrente mais elevados, necessita ser mais robusto, o que fará com que seu peso aumente. Como o peso é um fator determinante na fadiga do soldador, deve-se sempre procurar especificar o menor porta- eletrodo possível, para a faixa de corrente que se pretende trabalhar.

Os cabos transportam a corrente elétrica da fonte de energia ao porta-eletrodo (cabo de soldagem), e da peça de trabalho para a fonte de energia (cabo de retorno) para possibilitar a soldagem.

Os cabos podem ser de Cobre ou de Alumínio, devem apresentar grande flexibilidade de modo a facilitar o trabalho em locais de difícil acesso. É necessário que os cabos sejam cobertos por uma camada de material isolante, que deve resistir entre outras coisas à abrasão, sujeira e um ligeiro aquecimento que será normal devido a resistência à passagem da corrente elétrica.

Os diâmetros dos cabos dependem basicamente dos seguintes aspectos:

  Corrente de soldagem,

  Ciclo de trabalho do equipamento,

  comprimento total dos cabos do circuito e

  fadiga do operador

Estes quatro ítens atuam de maneira antagônica. Enquanto que para os três primeiros seria ideal o cabo com o maior diâmetro possível, (menor chance de superaquecimento para os dois primeiros e menor perda de corrente para o terceiro) no último ítem é exatamente o oposto, pois ocorre aqui o mesmo que com os porta- eletrodos, um cabo resistente a maiores valores de passagem de corrente é consequentemente mais robusto e por sua vez mais pesado causando com isto maior fadiga ao soldador.

Para os cabos confeccionados em cobre, a TABELA - DIÂMETROS RECOMENDADOS DE CABOS PARA SOLDAGEM, à seguir, indica os diâmetros recomendados em função da corrente, fator de trabalho e, principalmente, comprimento do cabo.

Os eletrodos revestidos são constituídos de uma alma metálica rodeada de um revestimento composto de matérias orgânicas e/ou minerais, de dosagens bem definidas.

O material da alma metálica depende do material a ser soldado, podendo ser da mesma natureza ou não do metal de base, uma vez que há a possibilidade de se utilizar revestimentos que complementem a composição química da alma.

 

Para os materiais mais comumente soldados, os tipos de almas utilizados são os que aparecem na Tabela MATERIAIS DA ALMA DOS REVESTIMENTOS:

Os revestimentos por sua vez são muito mais complexos em sua composição química, pois como eles tem diversas funções, estas são conseguidas com a mistura dos diversos elementos adicionados.

Iniciaremos estudando as funções dos revestimentos, para em seguida estudar os tipos e elementos químicos utilizados para atingi-las.

Os revestimentos apresentam diversas funções, que podem ser classificadas nos seguintes grupos:

Como já dito, em trabalhos com corrente alternada, utilizando-se um eletrodo sem revestimento e sem nenhum outro tipo de proteção, é impossível estabelecer um arco elétrico. Porém, graças à ação ionizante dos silicatos contidos no revestimento, a passagem da corrente alternada é consideravelmente facilitada entre o eletrodo e a peça à soldar.

Assim, a presença do revestimento no eletrodo permitirá:

  A utilização de tensões em vazio baixas, mesmo em trabalhos com corrente alternada (40 a 80 V), possibilitando assim uma redução do consumo de energia no primário e um considerável aumento da segurança do soldador e,

  A continuidade e conseqüentemente a estabilidade do arco.

O revestimento ao fundir cria uma "cratera" e uma atmosfera gasosa que protegem a fusão da alma contra o Oxigênio e Nitrogênio do ar. Ele depositará "escória" que é mais leve que o metal fundido e que protegerá o banho de fusão não somente contra a oxidação e nitretação, mas também contra um resfriamento rápido. A escória constitui um isolante térmico que terá as seguintes funções:

  Permitir a liberação dos gases retidos no interior do metal depositado, evitando com isto a formação de poros, e,

  Minimizar o endurecimento do material depositado por têmpera, têmpera esta conseqüência de um rápido esfriamento.

FUNÇÃO MECÂNICA E OPERATÓRIA

Durante a fusão dos eletrodos ocorre em sua extremidade uma depressão que chamamos de cratera.


A profundidade desta cratera tem influência direta sobre a facilidade de utilização do eletrodo, sobre as dimensões das gotas e a viscosidade da escória.


Um eletrodo de boa qualidade deve apresentar a cratera mais profunda e as gotas mais finas.


Além disto, a cratera servirá também para guiar as gotas do metal fundido como pode ser visto na Figura - Influência da profundidade da cratera na utilização do eletrodo.

O diâmetro indicado de um eletrodo corresponde sempre ao diâmetro da alma. Os diâmetros de mercado variam na faixa de 2 a 6 mm, embora existam eletrodos especiais com dimensões diferentes destas.

Conforme a espessura do revestimento, pode-se classificar os eletrodos nos seguintes tipos.

    Peculiar ou fino: revestimento é o menos comum de todos. Tem a espessura menor do que 10% do diâmetro da alma, e por isto, é o que requer a menor intensidade de corrente para ser fundido. Este eletrodo não apresenta a formação de cratera. Por cratera pode-se entender a medida indicada na cota da Figura - Influência da profundidade da cratera na utilização do eletrodo.

  Semi-espesso: Eletrodos em que a faixa de espessura do revestimento encontra-se entre 10 a 20% do diâmetro da alma. Sua fusão requer um valor de corrente ligeiramente superior ao tipo anterior. A cratera formada por este eletrodo é a menor de todos os tipos.

  Espesso: Eletrodos em que a faixa de espessura do revestimento encontra-se entre 20 a 40% do diâmetro da alma. Sua fusão requer um valor de corrente ainda maior, e a cratera formada pode ser considerada como média

  Muito Espesso: Esta classificação engloba os revestimentos em que a faixa de espessura do revestimento seja maior que 40% do diâmetro da alma. Requer as maiores intensidades de corrente para ser fundido e apresenta uma cratera que podemos considerar como profunda.

A intensidade de corrente necessária para a fusão dos eletrodos variará conforme uma série de fatores que veremos adiante, porém tomando por base apenas esta classificação dos tipos de revestimento, é possível estabelecer regras práticas que indicarão a corrente adequada para o trabalho, uma vez que para todos eletrodos, existem os limites máximos e mínimos de corrente. Por valor máximo pode-se definir um valor a partir do qual o eletrodo crepita dificultando a operação de soldagem e ocorre a danificação do revestimento (queima antes de sua efetiva utilização), e por limite mínimo um valor em que o arco fique muito difícil de se estabelecer.

Para os eletrodos de revestimento muito espesso pode-se considerar a fórmula apresentada a seguir:

I = (40 a 60) * (d-1)

onde:

I = Intensidade de corrente necessária para a soldagem do eletrodo.
d = Diâmetro da alma do eletrodo.

Tomando como base um eletrodo com o diâmetro de 4 mm, as intensidades de corrente recomendadas de acordo com o tipo de revestimento, seriam as seguintes:

É importante destacar que tanto a regra como a tabela apresentada, não são válidas para eletrodos que contenham elevado teor de pó de Ferro no revestimento, pois estes necessitarão de maiores valor de intensidade de corrente.

Além da classificação por dimensões, os revestimentos podem ainda ser classificados em relação a sua composição química do seu revestimento.

Na composição química do revestimento de um eletrodo, são utilizados diversos componentes químicos com diferentes funções como pode ser visto na tabela 3.

Nesta classificação, o elemento que se encontra em maior teor no revestimento é aquele que será utilizado como base. Assim também será possível separar os eletrodos em função de sua composição química. Esta classificação é a mais importante, pois é a que servirá de base para as normas internacionais.

Os grupos de revestimentos segundo esta classificação são apresentados a seguir:

  Revestimento Oxidante:
Este revestimento é constituído principalmente de óxido de Ferro e Manganês.

Produz uma escória oxidante, abundante e de fácil destacabilidade. Este eletrodo pode ser utilizado nas correntes contínuo ou alternado, e apresentam uma baixa penetração.

O metal depositado possui baixos teores de Carbono e Manganês e, embora os aspectos das soldagens produzidos em geral sejam muito bons, não é o eletrodo adequado para aplicações de elevado risco. Atualmente, a utilização desta forma de revestimento está em decréscimo.

  Revestimento Ácido:
Este revestimento é constituído principalmente de óxido de Ferro, Manganês e sílica.


 

Produz uma escória ácida, abundante e porosa e também de fácil remoção. Este eletrodo pode ser utilizado nos dois tipos de corrente, apresenta penetração média e alta taxa de fusão, causando por um lado uma poça de fusão volumosa, e em conseqüência disto a limitação da aplicação as posições plana e filete horizontal.

As propriedades da solda são consideradas boas para diversas aplicações, embora sua resistência à formação de trincas de solidificação seja baixa. Apresentam também uma muito boa aparência do cordão.

  Revestimento Rutílico :
Este revestimento contém grandes quantidades de rutilo (TiO2 - óxido de Titânio), e produz uma escória abundante, densa e de fácil destacabilidade.

Estes eletrodos caracterizam-se por serem de fácil manipulação, e por poderem ser utilizados em qualquer posição, exceto nos casos em que contenham um grande teor de pó de Ferro. Utilizados em corrente contínua ou alternada produzirão um cordão de bom aspecto, porém com penetração média ou baixa. A resistência à fissuração a quente é relativamente baixa, e estes eletrodos são considerados de grande versatilidade e de uso geral.

  Revestimento Básico:
Este revestimento contém grandes quantidades de carbonatos (de Cálcio ou outro material) e fluorita.

Estes componentes são os responsáveis pela geração de escória com características básicas que, em adição com o dióxido de Carbono gerado pela decomposição do carbonato, protege a solda do contato com a atmosfera. Esta escória exerce uma ação benéfica sobre a solda dessulfurando-a e reduzindo o risco de trincas de solidificação. Este revestimento desde que armazenado e manuseado corretamente, produzirá soldas com baixos teores de hidrogênio minimizando com isto os problemas de fissuração e fragilização induzidos por este elemento.

A penetração é média e o cordão apresenta boas propriedades mecânicas, particularmente em relação a tenacidade. Os eletrodos com este revestimento são indicados para aplicações de alta responsabilidade, para soldagens de grandes espessuras e de elevado grau de travamento.

Para além disto, é recomendado para soldagem de aços de pior soldabilidade como por exemplo os aços de alto teor de Carbono e/ou Enxofre ou aços de composição química desconhecida.Por outro lado, este é o revestimento mais higroscópico de todos. Isto requererá cuidados especiais com o armazenamento e manuseio.

  Revestimento Celulósico:
Este revestimento contém grandes quantidades de material orgânico (como por exemplo celulose), cuja decomposição pelo arco gera grandes quantidades de gases que protegem o metal líquido.

A quantidade de escória produzida é pequena, o arco é muito violento causando grande volume de respingos e alta penetração, quando comparado a outros tipos de revestimentos.O aspecto do cordão produzido pelos eletrodos com este tipo de revestimento não é dos melhores, apresentando escamas irregulares.

As características mecânicas da solda são consideradas boas, com exceção da possibilidade de fragilização pelo Hidrogênio. Estes eletrodos são particularmente recomendados para soldagens fora da posição plana, tendo grande aplicação na soldagem circunferencial de tubulações e na execução de passes de raiz em geral.Devidas sua elevada penetração e grandes perdas por respingos, não são recomendados para o enchimento de chanfros.

Nos casos das soldagens de aços, podemos ainda ter os tipos acima com adição de outros elementos de liga que teriam funções especiais durante a deposição. O caso mais comum destes é a adição de pó de Ferro. Durante a soldagem, o pó de Ferro é fundido e incorporado à poça de fusão, causando as seguintes consequências:

  melhora o aproveitamento da energia do arco.

  aumenta a estabilização do arco (pelo menos em adições de até 50% em peso no revestimento).

  torna o revestimento mais resistente ao calor, o que permite a utilização de correntes de soldagem com valores mais elevados.

  aumenta a taxa de deposição do eletrodo.

Porém, como ocorre em diversas outras coisas, a adição de pó de Ferro no revestimento causará também alguns pontos desfavoráveis que são os seguintes:

  aumento da poça de fusão

  aumento do grau de dificuldade de controlar a poça de fusão, dificultando ou mesmo impossibilitando a soldagem fora da posição plana.

Vistas então as diferentes formas como os eletrodos podem ser classificados quanto ao seu revestimento, são apresentadas à seguir as especificações mais utilizadas para identificá-los.

ESPECIFICAÇÕES AWS PARA ELETRODOS REVESTIDOS

A AWS - American Welding Society (Sociedade Americana de Soldagem - o equivalente à nossa Associação Brasileira de Soldagem) criou um padrão para a identificação dos eletrodos revestidos que é aceito, ou pelo menos conhecido, em quase todo o mundo. Devido a simplicidade, e talvez o pioneirismo, esta é a especificação mais utilizada no mundo atualmente para identificar eletrodos revestidos.

Estas especificações são numeradas de acordo com o material que se pretende classificar, conforme a TABELA ESPECIFICAÇÕES AWS PARA ELETRODOS REVESTIDOS.

 

Entre estas especificações as mais populares são as utilizadas para aço Carbono (AWS A 5.1), as utilizadas para aços de baixa liga (AWS A 5.5), e as utilizadas para aços inoxidáveis (AWS A 5.4).

A primeira (AWS A 5.1), tem uma forma simples de ser interpretada que pode ser vista na figura 2 a seguir. A especificação para aços de baixa liga (AWS A 5.5) é muito semelhante a anterior, utiliza exatamente a mesma base e adiciona no fim um hífen e alguns dígitos (entre um e três podendo ser letras e números ou somente letras) que indicarão a presença e quantidade do elemento de liga adicionado no revestimento do eletrodo. Na tabela 5 são apresentados os significados dos sufixos desta norma.

CARACTERÍSTICAS DOS PRINCIPAIS ELETRODOS PARA AÇO CARBONO

E 6010 (Na)
E 6011 (K)

Grande penetração, solda em todas as posições, facilidade a produzir transferência metálica por spray (desde que se utilize valores de corrente adequados), escória de pequeno volume e aspecto vítreo, boas propriedades mecânicas, alto teor de umidade: E 6010 =>3 a 5% ; E 6011 => 2 a 4%, principal constituinte: celulose.

E 6012
E 6013

Média penetração, escória viscosa e densa, o E 6012 pode ser utilizado em correntes relativamente altas já que seu revestimento possui pequenas proporções de celulose e uma grande proporção de materiais refratários, o E 6013 possui mais K que torna o arco mais estável.

E 6020

Média a profunda penetração, transferência por spray, escória espessa e de fácil remoção, revestimento ricas em óxido de Ferro e Manganês, altas taxas de deposição e poça de fusão com metal muito fluido, o que obrigará operar nas posições plana ou filete horizontal.

E 7016

Possui pouco ou nenhum elemento gerador de hidrogênio no arco (celulose, asbestos), são cozidos em temperaturas entre 500 a 600° C para minimizar a retenção de água pelo revestimento, por isto, são recomendados para a soldagem de aços susceptíveis à trinca a frio.

Eletrodos com pó de Ferro: E 7014, E 7018, E 7024, E 7027, E 7028, etc.

Elevadas taxas de deposição, trabalha com elevados valores de corrente, quando o teor de pó de Ferro ultrapassa os 40% a soldagem só é recomendada na posição plana, revestimento espesso => melhor proteção e técnica de soldagem por arraste.

Algumas das aplicações em que podem ser utilizados estes eletrodos são apresentadas na tabela.

Os valores estão correspondidos entre 10 (aplicação fortemente indicada) a 1 (aplicação não recomendada). A sigla "na" significa "não aplicável".

MANUTENÇÃO E CUIDADOS COM OS ELETRODOS

Caso não sejam tomados os adequados cuidados no armazenamento e manuseio, os eletrodos revestidos podem se danificar. Parte ou todo o revestimento pode se danificar, principalmente nos casos de dobra ou choque do eletrodo. Sempre que se observar qualquer alteração no estado do eletrodo, este não deve ser utilizado em operações de responsabilidade.

A umidade em excesso no revestimento dos eletrodos (principalmente os básicos), é de uma forma geral, prejudicial a soldagem. Ela pode levar a instabilidade do arco, formação de respingos e porosidades principalmente no início do cordão e a fragilização e fissuração pelo Hidrogênio.

O nível de umidade pode ser medido em laboratórios conforme estipulado na norma AWS A5.5-81. Pode também ser estimado praticamente, quando o teor de umidade for suficientemente alto, por duas diferentes maneiras:

Verificação do comportamento do eletrodo durante a soldagem. Os eletrodos úmidos, em geral, geram um som explosivo e, quando a umidade for excessiva, haverá, no início da soldagem, desprendimento de vapor d'água do eletrodo. Além disto, ocorrendo a interrupção da soldagem com um eletrodo úmido, o revestimento tende a trincar longitudinalmente.

Verificação do som produzido pelo choque de dois ou mais eletrodos. Dois eletrodos úmidos ao se tocarem geraram um som mais abafado e grave do que eletrodos secos, que por sua vez produzem um som mais agudo e metálico.

Devido aos citados problemas causados pela umidade, os eletrodos devem de preferência ser adquiridos em embalagens hermeticamente fechadas e armazenados em ambientes controlados, de modo a serem evitados danos e contatos com a umidade do ar. Por ambientes controlados, entende-se ambientes com umidade relativa do ar menor do que 50%. As embalagens dos eletrodos são consideradas totalmente estanques enquanto fechadas. Após abertas, perdem a capacidade de executar uma adequada armazenagem, e os eletrodos devem ser mantidos em estufas.

O período máximo que se recomenda para que um eletrodo permaneça fora da estufa é duas horas. Após este tempo, há o risco de ocorrer absorção excessiva de umidade. Caso isto venha a acontecer, os eletrodos básicos devem ser recondicionados por um tratamento de ressecagem, devendo em seguida retornarem as estufas.

Como os eletrodos são produzidos por diferentes fabricantes, é normal se encontrar diferenças nos tempos e temperaturas considerados ideais para a manutenção e ressecagem. Por isto as empresas devem ter procedimentos específicos para a correta armazenagem dos eletrodos levando em conta estas diferenças. Na ausência destes, as recomendações do fabricante podem ser aplicadas diretamente. Tendo em vista estas diferenças, a tabela 7 apresentada a seguir é simplesmente uma referência.

Umidade do ar abaixo de 50% e temperatura 10°C acima da temperatura ambiente, porém no mínimo 20°C

VARIÁVEIS

O processo eletrodo revestido,quando comparado com outros, apresenta relativamente poucos parâmetros com possibilidade de regulagem. Os efeitos de cada um são mostrados na tabela EFEITO DA ALTERAÇÃO NOS PARÂMETROS DE SOLDAGEM à seguir. As siglas Ic, Va e U0 significam respectivamente: Intensidade de corrente ("amperagem"), Velocidade de avanço e Tensão em vazio ("voltagem").

(1) - Porém superior a tensão de abertura do arco

A intensidade de corrente é o parâmetro que é mais sensível a variação. Depende também dos seguintes aspectos: Diâmetro do eletrodo, massa da peça, afastamento na montagem, temperatura inicial da peça e posição de soldagem.

Como este processo depende em grande parte da habilidade do soldador, é importante observar as seguintes técnicas operatórias:

A finalidade do ponteamento é permitir uma fácil, correta e econômica fixação das peças a soldar. Ele consiste em executar cordões curtos e distribuídos ao longo da junta, sendo sua função básica manter a posição relativa entre as peças, garantindo a manutenção de uma folga adequada. O ponteamento pode ser aplicado diretamente na junta, nos casos em que é prevista a remoção da raiz.


 

A geometria da peça e a sequência de pontos devem ser estudados de forma a evitar ,ou minimizar, as distorções ou o fechamento das bordas. Se isto não for evitado, viria a prejudicar a penetração e precisaria uma remoção excessiva de raiz, sob risco de vir a causar a inclusão de escória.

Para evitar estes inconvenientes, a técnica recomendável é partir do centro para as extremidades, conforme mostrado na Figura - Técnica de ponteamento

O comprimento do ponto é determinado em função da experiência do soldador e deverá ser tal que garanta possíveis manobras na peça, e ao mesmo temo resista aos esforços de contração causados pela operação de soldagem. Uma regra prática utilizada para peças com muitas vinculações, é utilizar entre 1,5 a 3 vezes a espessura da chapa.

Nos casos onde não é possível a remoção da raiz, ou em casos onde se pretende uma junta perfeitamente penetrada sem remoção, pode-se utilizar de alguns artifícios para manter o chanfro limpo e a abertura adequada para a operação de soldagem.


 

Alguns destes recursos são apresentados nas Figuras a seguir:

Recurso utilizado para fixação da peças    Dispositivo de pré fixação conhecido como  “cachorro”

EXECUÇÃO DA RAIZ

A folga na montagem é fator determinante para a boa penetração do primeiro passe. Ela é diretamente ligada ao diâmetro do eletrodo utilizado.

Para além deste fator, é importante verificar também a influência da polaridade, sendo que para o primeiro passe, em especial em fundo de chanfro, é recomendado utilizar polaridade direta, ou seja, o eletrodo no polo negativo, pois neste caso, além de termos uma temperatura menor na peça, temos ainda uma convergência do arco elétrico, que do ponto de vista da penetração é bastante benéfica.

EXECUÇÃO DOS PASSES DE ENCHIMENTO

Para a execução dos passes de enchimento são possíveis três diferentes métodos de trabalho que são descritos à seguir:

ENCHIMENTO POR FILETES

Este método é o que introduz o maior tensionamento transversal, e uma maior probabilidade de inclusão de escória quando comparado com os demais métodos. Por outro lado, é o método que permite uma melhoria das características mecânicas, devido sua menor introdução de calor, evitando desta forma o crescimento dos grãos. Por crescimento de grão podemos entender o aspecto metalúrgico que introduz fragilidade na junta.

Devido a esta característica, e principalmente, a possibilidade de poder-se utiliza-lo em todas as posições, este é o método mais comummente utilizado. Este método é representado na posição 1 da Figura - Diferentes formas de enchimento na posição vertical ascendente.

Diferentes formas de enchimento na posição vertical ascendente

ENCHIMENTO POR PASSES LARGOS

Este método é recomendado para eletrodos de grande fluidez, onde torna-se difícil o controle da poça de fusão. Pode ser aplicado em todas as posições com exceção da horizontal. A técnica de trabalho consiste em imprimir uma oscilação lateral ao eletrodo, normalmente limitada em no máximo 5 vezes o seu diâmetro.

Este método é representado na posição 2 da Figura - Diferentes formas de enchimento na posição vertical ascendente

ENCHIMENTO POR PASSES TRIANGULARES

Este último método é uma derivação do anterior. Neste, o ciclo do movimento é alterado, assumindo a forma triangular. Com isto temos uma velocidade de deposição ainda maior.

É um método para ser utilizado na posição vertical ascendente, com eletrodos básicos e chapas grossas. É importante destacar que neste método ocorrerá uma diminuição da resistência mecânica da junta.

Apesar de todo o trabalho do soldador ser voltado para a não execução de defeitos, estes eventualmente vem a ocorrer. Alguns deles são característicos do processo devido a sua própria natureza. Os defeitos e dificuldades mais característicos da soldagem com eletrodos revestidos são comentados à seguir:

DIFICULDADE NA ABERTURA DO ARCO

Causas predominantes
• Maus contatos no circuito de soldagem

Soluções práticas
• Verificar os circuitos, terminais e a ligação do cabo terra.
• Limpar e reapertar todos os contatos elétricos.

DIFICULDADE EM MANTER O ARCO ABERTO


Causas predominantes
• Tensão em vazio fornecida pela fonte de soldagem inferior a necessária para a fusão do eletrodo.

Soluções práticas
• Alterar o valor da tensão (para um valor maior) ou utilizar um eletrodo adequado para a tensão.

PROJEÇÕES
O eletrodo "salpica" formando os conhecidos respingos próximo a região do cordão de solda.

Causas predominantes
• corrente muito elevada
• eletrodo úmido
• má ligação do cabo terra

Soluções práticas
• regular a intensidade de corrente ou utilizar eletrodo de diâmetro maior
• fazer a adequada secagem e conservação dos eletrodos. Ver ítem 2.5
• para este problema, muito comum de ocorrer em corrente contínua, as soluções são: mudar o local de fixação do cabo terra, soldar sempre em direção oposta a este (ou seja afastando-se do cabo terra), e se isto não for possível, utilizar corrente alternada.

AQUECIMENTO EXAGERADO DO ELETRODO

Causas predominantes
• intensidade de corrente muito elevada
• arco muito longo

Soluções práticas
• diminuir a intensidade de corrente e/ou o comprimento de arco
MÁ APARÊNCIA DO CORDÃO DE SOLDA
Superfície rugosa, cordão deformado.

Causas predominantes
• eletrodos úmidos
• má preparação da junta
• metal de base com elevado teor de Carbono

Soluções práticas
• secar e conservar os eletrodos
• modificar a preparação da junta
• trocar o eletrodo para um do tipo básico(preferencialmente) ou rutílico (2ª opção).

POROSIDADES
Cavidades (faltas de material) nas formas esférica/ vermicular observadas na solda.

Causas predominantes
• chapa com umidade, verniz, tinta, graxa ou outra sujeira qualquer
• metal de base com teores de Carbono e/ou de Silício muito elevado
• eletrodos úmidos
• arco muito longo
• intensidade muito elevada

Soluções práticas
• fazer a secagem e limpeza adequadas antes da operação de soldagem
• mudar o metal de base. Caso não seja possível, mudar o eletrodo para um do tipo básico ou
• aumentar a temperatura de pré-aquecimento
• o mesmo que o ítem "a" especialmente no caso de eletrodos básico
• a mesma solução dada para o ítem "c"
diminuir ligeiramente o valor da corrente de soldagem principalmente se o eletrodo utilizado é do tipo rutílico.

MORDEDURAS
Sulcos regularmente repartidos ao lado do cordão de solda, diminuem a espessura da ligação e criam pontos de ruptura.

Causas predominantes
• intensidade de corrente muito elevada
• chapas muito oxidadas
• balanceamento do eletrodo inadequado, permanecendo tempo demais nos cantos.

Soluções práticas
• utilizar intensidade de corrente adequada
• executar limpeza e preparação adequadas
• executar o balanço adequado

Além disto, ter sempre em mente que uma velocidade de soldagem muito elevada favorece a formação deste defeito devido a não haver tempo suficiente para a adequada deposição de material

FALTA DE PENETRAÇÃO
A soldagem não é contínua na raiz.

Causas predominantes
• má preparação de junta (afastamento insuficiente ou ângulo do chanfro insuficiente)
• eletrodo de diâmetro muito grande
• intensidade de corrente muito baixa

Soluções práticas
• utilizar uma preparação de junta adequada
• utilizar um eletrodo de diâmetro menor
• utilizar intensidade de corrente adequada

INCLUSÃO DE ESCÓRIA
A escória fica aprisionada entre os cordões da solda.

Causas predominantes
• chapas oxidadas
• intensidade de corrente muito baixa
• má repartição dos cordões
• falta ou inadequada limpeza entre os cordões

Soluções práticas
• executar limpeza e preparação adequadas
• utilizar intensidade de corrente adequada
• planejar uma sequência adequada para dividir os cordões
• fazer uma adequada limpeza entre os cordões de solda

CORDÃO MUITO ABAULADO OU OCO

Causas predominantes
• Velocidade de soldagem e intensidade de corrente inadequadas

Soluções práticas
• Fazer variar os dois parâmetros


 

TRINCAS NO CORDÃO DE SOLDA
Trincas formam-se no cordão de solda durante o resfriamento, ou seja, devido ao efeito das contrações.

Causas predominantes
Podem ser diversas, algumas para exemplificar:
• aço muito duro (% de Carbono elevada)
• espessura muito elevada e peça soldada sem pré-aquecimento
• falta de penetração ou secção do cordão de solda insuficiente
• temperatura ambiente muito baixa
• eletrodos úmidos

Soluções práticas
• trocar o material ou soldar com pré-aquecimento
• pré aquecer caso utilizar material de base de elevada espessura
• executar o cordão da maneira adequada
• resfriar a peça lentamente (mantas, resfriamento no forno, etc.)
• secar e conservar os eletrodos

TRINCAS NO METAL DE BASE
Trincas longitudinais à solda ou propagando-se pela chapa

Causas predominantes
• má soldabilidade do aço
• presença de elementos indesejáveis na composição do aço como por exemplo Carbono, Fósforo ou Enxofre.

Soluções práticas
Caso de difícil solução, tirando a óbvia substituição do metal de base as opções são:
• pré aquecer caso isto não tenha sido feito
• aumentar a temperatura de pré aquecimento
• dar preferência para eletrodos do tipo básico
• modificar a seqüência de soldagem para diminuir o efeito das contrações

7. SOLDAGEM A PLASMA

Usualmente a definição de plasma é tida como sendo o quarto estado da matéria. Costuma-se pensar normalmente em três estados da matéria sendo eles o sólido, líquido e gasoso. Considerando o elemento mais conhecido, a água, existem três estados , sendo o gelo, água e vapor. A diferença básica entre estes três estados é o nível de energia em que eles se encontram. Se adicionarmos energia sob forma de calor ao gelo, este transformar-se-á em água, que sendo submetida a mais calor, vaporizará, ver Figura abaixo.

Porém se adicionar-mos mais energia, algumas de suas propriedades são modificadas substancialmente tais como a temperatura e características elétricas. Este processo é chamado de ionização, ou seja a criação de elétrons livres e íons entre os átomos do gás. Quando isto acontece, o gás torna-se um "plasma", sendo eletricamente condutor, pelo fato de os elétrons livres transmitirem a corrente elétrica. Alguns dos princípios aplicados à condução da corrente através de um condutor metálico também são aplicados ao plasma. Por exemplo, quando a secção de um condutor metálico submetido a uma corrente elétrica é reduzida, a resistência aumenta e torna-se necessário aumentar-se a tensão para se obter o mesmo número de elétrons atravessando esta secção, e conseqüentemente a temperatura do metal aumenta. O mesmo fato pode ser observado no gás plasma; quanto mais reduzida for a secção tanto maior será a temperatura.

Arco Plasma

A expressão arco plasma é utilizada para descrever uma família de processos que utilizam um arco elétrico conscrito. Processos a arco plasma são empregados para soldar, cortar e fazer revestimentos (com pós metálicos ou cerâmicos).

Em uma tocha plasma a ponta do eletrodo (não consumível) é recolhida em um bocal, através do qual o gás plasma flui. O gás ioniza-se ao passar pelo arco elétrico formando o plasma (dissociação das moléculas em átomos e estes em íons e elétrons). Aquecido dentro do bocal, o plasma sofre uma enorme expansão e, por ter que sair através de um pequeno orifício adquire altas velocidades (na ordem de 6 Km/s) acentuando o fenômeno de dissociação.

Quando fora do bocal, os íons recombinam-se para voltar ao estado gasoso, liberando uma energia tal que o leva a temperaturas acima de 25 000 ºC. Esta energia é, então, utilizada para fundir o metal de base e o metal de adição. A Figura abaixo apresenta um arco elétrico TIG e plasma com indicação das temperaturas alcançadas. Em uma tocha plasma a ponta do eletrodo (não consumível) é recolhida em um bocal, através do qual o gás plasma flui. O gás ioniza-se ao passar pelo arco elétrico formando o plasma (dissociação das moléculas em átomos e estes em íons e elétrons). Aquecido dentro do bocal, o plasma sofre uma enorme expansão e, por ter que sair através de um pequeno orifício adquire altas velocidades (na ordem de 6 Km/s) acentuando o fenômeno de dissociação.

Princípios básicos do processo de soldagem plasma

O processo de soldagem plasma assemelha-se muito ao processo TIG, pelo fato de se utilizar eletrodos não consumíveis e gases inertes. As diferenças são tipo de tocha, tensão do arco elétrico, além dos recursos necessários à fonte de energia.

É importante notar que os dois processos possuem regiões com as mesmas temperaturas máximas, porém, com a constrição do arco, obtém-se uma substancial modificação da concentração de calor na superfície da peça tornando-a mais favorável ao processo de soldagem.

O gás de plasma recombinado não é suficiente para a proteção da região soldada e da poça de fusão, deste modo, é fornecido um fluxo gasoso suplementar e independente para proteção contra a contaminação atmosférica. O primeiro fluxo, que constituirá o jato de plasma, circunda o eletrodo e passa através de um orifício calibrado constringindo o arco elétrico.O fluxo de gás de proteção corre entre o corpo que contém o orifício e uma cobertura exterior. A Figura abaixo ilustra, em corte, um bocal de uma pistola plasma.

Fontes de energia

A fonte de energia utilizada é de corrente constante, podendo ser retificador, gerador ou inversores, utilizando-se corrente contínua, polaridade direta.

As fontes para soldagem plasma diferem das de corte, porque no corte a tensão em vazio do equipamento deve ser superior a 200V. Fontes com tensão em vazio entre 65V e 80 V podem ser adaptadas para soldagem colocando-se sistemas de abertura de arco piloto, pré e pós vazão.

Tocha de soldagem

As tochas são providas de um punho para o manuseio do soldador; um conjunto de pinças para a fixação do eletrodo, condutos para passagem de gás e água de refrigeração, um bico de cobre com o orifício para a construção do arco elétrico e um bocal de cerâmica para isolação e proteção do operador. A figura abaixo apresenta uma pistola típica para soldagem manual a plasma.

Algumas tochas têmAlgumas tochas têm somente um orifício central para a passagem do gás e arco, outras possuem outros orifícios para a passagem do gás auxiliar,

Algumas tochas têm somente um orifício central para a passagem do gás e arco, outras possuem outros orifícios para a passagem do gás auxiliar, permitindo maiores velocidades de soldagem Figura abaixo.

 permitindo maiores velocidades de soldagem Figura abaixo.

 somente um orifício central para a passagem do gás e arco, outras possuem outros orifícios para a passagem do gás uxiliar, permitindo maiores velocidades de soldagem Figura abaixo.

Figura Oríficio de tocha pla

O diâmetro do orifício central deve ser escolhido de acordo com a corrente elétrica a ser utilizada, como mostra o quadro abaixo.

Quadro - Relação Diâmetro do Orifício/Corrente Elétrica

Eletrodos

O eletrodo utilizado é de tungstênio comercialmente puro (99,5%), ou tungstênio dopado com tório ou zircônio, não sendo consumível. Para cortes em alta velocidade tem-se utilizado um eletrodo de tungstênio dopado com óxido de lantânio, de vida mais longa que os anteriores. São classificados pela Norma DIN 32528 (1) e (2).

Gases

Em soldagem plasma, pode-se utilizar o mesmo tipo de gás tanto para a formação do plasma, quanto para a proteção adicional da poça de fusão.

O argônio tem sido o preferido na soldagem com baixas correntes em função do seu maior potencial de ionização. Ele promove uma melhor limpeza das camadas de óxidos de metais reativos e facilita a abertura do arco elétrico.

Podem-se aplicar outros gases inertes como o hélio puro ou misturado com argônio, porém estes requerem tensões mais altas para abertura do arco. A utilização do He desenvolve maior energia no plasma, portanto, a refrigeração do bocal do orifício tem que ser muito mais eficiente.

A seleção do gás de proteção depende do tipo e da espessura do metal de base a ser soldado. A Tabela ilustra exemplos de seleção.

TABELA PAW 01 - Gases recomendados para processo plasma em função do material soldado, sua espessura e a técnica utilizada.

Misturas de argônio e hidrogênio também são utilizadas, as principais vantagens do H2 são seu caráter redutor e a sua capacidade de aumentar a composição do arco, reduzindo, assim, o risco de mordeduras e aumentando a velocidade de soldagem.

A Tabela abaixo ilustra essa utilização do H2, quando da soldagem de chapas espessas.

TABELA PAW 02 - Gases de misturas recomendados para soldagem plasma de chapas em espessuras até 10 mm.

Metais de adição

A maioria das soldagens por este processo não requer metal de adição face a sua concentação de calor e facilidade de fusão das partes, porém, caso haja necessidade, o metal de adição apresenta-se na forma de vareta ou arame enrolado em bobinas.

Na soldagem manual a técnica de deposição é por gotejamento, sendo adicionado por uma das mãos enquanto a outra controla o banho de fusão.

Na soldagem automática bobina de arame é colocada em um alimentador automático com velocidade constante. Este sistema é utilizado quando a corrente de soldagem ultrapassa 100 A, e pode ainda ser aplicado com pré-aquecimento do arame por efeito "Joule" passando-se uma corrente elétrica através deste antes de atingir poça de fusão, como ilustra a Figura abaixo

A Corrente de soldagem

Pode ser baixa se comparada ao processo TIG. No processo conhecido como microplasma trabalha-se com correntes iniciais em faixas tão baixas quanto 0,1 à 1 A e máxima de 20 A, ou elevadas pois o processo admite a utilização de correntes até 500 A. De uma forma arbitrária, costuma-se demarcar a fronteira de 100 A como o limite de baixas correntes e, acima dela, para as chamadas altas correntes.

A configuração da corrente

Típica é corrente contínua, polaridade direta, porém para soldagem de alumínio, trabalha-se com polaridade inversa ou corrente alternada, esta última causa uma certa instabilidade de arco.

A Tensão

A tensão de arco é menos sensível a uma variação do comprimento do arco, garantindo, assim, uma maior estabilidade dos parâmetros sendo superiores à do processo TIG, em valores de 50 V ou maiores.

O processo a arco plasma possui duas técnicas principais, sendo por arco transferido e não transferido, apresentadas na Figura abaixo.

Sistema de arco plasma transferido

Este é o sistema mais comum, após a abertura do arco piloto entre o eletrodo e o bocal, o arco se transfere para a peça por aproximação, fluindo do eletrodo para a mesma, extinguindo-se o arco piloto. Ao se afastar a pistola da peça, o arco se extingue.

Sistema de arco plasma não transferido

Neste sistema, o arco piloto é intensificado "soprado" para fora do bocal aproveitando-se o calor gerado pelo mesmo. O jato plasma emergente é utilizado principalmente para corte de materiais não metálicos (não condutores) e revestimentos por aspersão de pós metálicos (ou cerâmicos), fundidos.

Abertura de arco

Para correntes abaixo de 100 A ,

O sistema utiliza duas fontes de energia, uma pequena para a abertura do arco piloto e a outra para fornecer a corrente de soldagem Figura abaixo

Figura Sistemas de baixa corrente

A fonte auxiliar conecta o eletrodo com o bocal. Na partida, o eletrodo é avançado manualmente até tocar no bocal, em seguida é retraído de forma a romper o arco piloto. O arco ioniza o gás formando o plasma, permitindo fluxo normal da corrente de soldagem.

Para correntes acima de 100 A

O arco é iniciado pelo auxílio de uma corrente de alta freqüência e elevada tensão, exatamente como no processo TIG.

Vantagens

As vantagens do processo de soldagem a arco plasma, em relação ao processo TIG ou outros processos de soldagem convencional são apresentadas abaixo.

maior concentração de energia e densidade de corrente, conseqüentemente, menores distorções, maiores velocidades de soldagem e maiores penetrações.

maior estabilidade do arco em baixos níveis de corrente, permitindo a soldagem de finas espessuras (a partir de 0.05 mm)

o arco é mais "homogêneo" e de maior extensão, permitindo melhor visibilidade operacional, maior Constancia da poça de fusão e menor sensibilidade a variações no comprimento do arco.

menor probabilidade de contaminação do cordão por inclusões de tungstênio e de contaminação do eletrodo pelo material de adição uma vez que o mesmo encontra-se dentro do bocal.

Desvantagens

alto custo do equipamento (2 a 5 vezes mais que o TIG);

manutenção da pistola mais freqüente (orifício calibrado) e cara;
maior consumo de gases;

exigência de maior qualificação da mão de obra.

Materiais soldáveis pelo processo arco plasma

O processo a arco plasma é utilizado para unir a maioria dos metais que podem ser soldados pelo processo TIG. Assim, aços carbono, aços ligas, aços inoxidáveis, ligas refratárias, ligas de titânio, etc., são soldadas convenientemente por este processo.

Este processo de soldagem pode, também ser aplicado em espessuras de 0,02 até 6 mm, de forma econômica. Para espessuras de 2,4 a 6 mm é utilizada uma técnica de soldagem conhecida por key hole.

Micro-plasma

Quando a corrente de soldagem estiver contida entre os valores de 0.1 A a 20 A designa-se o processo por "micro plasma".O gás de proteção é geralmente uma mistura de argônio-hidrogênio com um teor de H2 até 10%, porque o Hidrogênio possui uma elevada condutibilidade térmica, permitindo a retirada de calor nas zonas limítrofes do núcleo do plasma é impedido um alargamento do arco elétrico.

Técnica key hole e aplicações

Enquanto na soldagem TIG o limite para a penetração total numa junta de topo paralela é normalmente 3,5 mm, utilizando-se a técnica do key hole do plasma, pode se unir chapas de até 8 mm de espessura.

Na soldagem plasma com a técnica key hole a preparação das juntas é decisiva para o resultado da soldagem. As juntas de topo podem ser ajustadas para executar soldas sem metal de adição.

Com ajustes pouco precisos trabalha-se com arame de adição, neste caso, na preparação dos chanfros a altura do nariz pode ser maior, reduzindo o volume de metal de adição.

A utilização do key hole aplica-se nas seguintes áreas:

fabricação de tubos (canos com soldas longitudinais e em espiral de fitas, canos pré-dobrados com solda longitudinal em tubo).Esta técnica apresenta como vantagem maiores velocidades de soldagem com menor aporte de calor (35% menos)e a possibilidade de unir chapas até 8 mm sem a necessidade de preparação de chanfros.

8. CONCLUSÃO

O processo de soldagem é extremamente complexo na engenharia mecânica, portanto como relatado há diversos tipos de soldagem, que sempre deverá ser analisado e definido por um especialista, sempre com a visão nos aspectos técnicos, financeiros, aplicação, tempo, qualidade.

Procurei abordar diversas formas de soldagem e em diversos materiais, servindo como fonte de consulta para todos aqueles que se virem na necessidade de decidir por um processo de soldagem confiável.

10. BIBLIOGRAFIA

• Welding Handbook vol 2 8° edtion 1991

• MARQUES, P. V. Tecnologia da Soldagem
  Universidade Federal de Minas Gerais - 1ª edição 1991

• SAF Guia do soldador de soldadura manual

• SAF - Soudure Autogene Française 1ª edição 1981

• IBQN Soldagem I - Processos de Soldagem 1987

• QUITES, A.
  Tecnologia da Soldagem a arco voltáico 1979

• FATEC Processos Usuais de Soldagem II 1989

• AWS Welding Handbook eight edition volume