Processo de Solda a Arco Voltaico

Processo de Solda a Arco Voltaico

(Parte 1 de 2)

Maruan Sodré

Faculdade Talentos Humanos – FACTHUS maruansodre@hotmail.com

Jairo do Nascimento Barbosa

Faculdade Talentos Humanos – FACTHUS jairo.bar@bol.com.br

Sergio Andrigo

Faculdade Talentos Humanos – FACTHUS sergioandrigo@yahoo.com.br

Resumo

A soldagem é um processo que visa a unisão localizada de materiais, similares ou não, de forma permanente, baseada na ação de forças em escala atômica semelhantes às existentes no interior do material e é a forma mais importante de união permanente de peças usadas industrialmente. Existem basicamente dois grandes grupos de processos de soldagem. O primeiro se baseia no uso de calor, aquecimento e fusão parcial das partes a serem unidas, e é denominado processo de soldagem por fusão. O segundo se baseia na deformação localizada das partes a serem unidas, que pode ser auxiliada pelo aquecimento dessas até uma temperatura inferior à temperatura de fusão, conhecido como processo de soldagem por pressão ou processo de soldagem no estado sólido.[1]

1. Introdução

Dentre os dois processos de soldagem vamos destacar o estudo do primeiro processo a cima citado denominado processo de soldagem por fusão. Esta soldadura difere daquela de resistência por dois aspectos: não só o arco elétrico é responsável pela obtenção da temperatura de fusão, como também se acrescenta metal fundido extra para completar a soldadura. Por tanto, esta é uma forma de solda por fusão, distinta da solda por pressão, onde o metal tendo chegado à temperatura de solda, é unido por pressão, como ocorre na soldadura por resistência.[2]

2. Conceitos do processo de soldagem

2.1 Soldadura elétrica por resistência

O aquecimento mediante corrente elétrica é amplamente usado para a soldadura de metais. Normalmente se utiliza da corrente alternada (rede elétrica), a qual é bastante conveniente para a obtenção das intensas correntes necessárias ao processo. A técnica mais comum para a obtenção de tais correntes implica no uso de um transformador abaixador de tensão.

Fig. 1 – soldadura de topo

A figura (1) mostra o princípio da soldadura de topo. As peças metálicas, a serem unidas pela soldadura elétrica, são postas em contato e se faz fluir por elas uma intensa corrente elétrica. A região da junção apresenta uma resistência elétrica muito maior que aquelas impostas pelas peças metálicas e, por isso, ali, a temperatura se eleva rapidamente até a temperatura de soldadura; forças de compressão são aplicadas para completar o processo.

2.2 - Arco elétrico

Quando a corrente cessa num circuito, mediante a ação de um interruptor ou é interrompida por qualquer outro modo, se observa a amiúde um pequeno centelha entre os terminais metálicos onde ocorreu a interrupção: trata-se de um arco elétrico momentâneo. Com altas tensões o arco tende a persistir e não raramente deve-se recorrer a métodos especiais para suprimi-lo. Por outro lado, quando controlado apropriadamente, admite úteis aplicações. No arco de carvão (carbono) - muito conhecido por arco voltaico -, são postos em contato dois bastões de carbono (normalmente revestidos por fina camada de cobre), que são separados a seguir. A intensa corrente elétrica esquenta os bastões no ponto de contacto e, quando se separam, o fluxo continua através do vapor de carbono que há entre eles, formando um arco luminoso, como na figura (c). O arco recebe este nome porque a corrente de ar quente que se eleva, tende a desviá-lo para cima, tomando a forma de um arco.

Figura 2. Arco elétrico

Grande parte da intensa luz produzida provém não propriamente do arco e sim d os extremos superaquecidos dos bastões de carvão. O carvão positivo (nas aplicações onde o sistema é alimentado por corrente contínua) alcança uma temperatura ao redor dos 3 500o C, enquanto que o negativo alcança uns 2 500o C.

Isto justifica porque o positivo contribui com três quartas partes da luz produzida, mas, todavia, como queima muito mais rapidamente que o bastão negativo, fica explicado também o porque, geralmente, esse bastão é fabricado mais grosso que o outro (repare isso na figura (c)). Sob corrente contínua, quando os bastões se encontram próximos, forma-se uma cratera no extremo do bastão positivo. A d.d.p. necessária para manter o arco depende da separação dos bastões ou barras do material utilizado. Com eletrodos de carvão são necessários cerca de 40 volts para sua produção e devemos acrescentar uns 3 volts para cada milímetro de separação; por exemplo, um arco típico de 5 milímetros de extensão necessitará de 50 a 60 volts para ser mantido. Com eletrodos metálicos a d.d.p. de funcionamento é muito menor. A lei de Ohm, no geral, não é obedecida para a condução através de um vapor ou de um gás, sendo isso particularmente correto no caso do arco elétrico. Se a corrente elétrica que passa pelo arco for controlada e ajustada mediante um reostato em série e medirmos para sucessivos valores da intensidade de corrente a d.d.p. entre os extremos do arco, obteremos uma curva característica como a ilustrada na figura 3.

Figura 3. Curvas características de arcos.

Nota: Aqui utilizamos o eixo horizontal para as intensidades de corrente e o eixo vertical para as correspondentes d.d.p., técnica pouco comum para o levantamento de curvas características. A razão disso é que o arco não manterá uma corrente constante para uma d.d.p. fixada, porém, inversamente, se a intensidade de corrente for mantida constante (mediante um controle externo), a d.d.p. se manterá fixa. Assim, a intensidade de corrente aqui é a variável 'independente' e, como tal, grafada no eixo horizontal. A curva mostra que, ao aumentarmos a intensidade de corrente, diminui a d.d.p. através do arco. Um fator de contribui para isso é o aumento na seção transversal do arco, o que determina uma diminuição em sua resistência efetiva. Uma conseqüência importante disso é que o arco torna-se instável quando se opera com uma fonte de tensão constante; se a corrente diminui, a d.d.p. (que é constante) torna-se inadequada para manter o arco e esse se extingue; se a corrente aumenta, a d.d.p. (que é constante) comporta-se muito alta para a operação e o arco se fortalece até formar um verdadeiro curto circuito. Com o propósito de manter estacionária a corrente, deve-se associar em série um resistor de lastro. A curva característica do arco de carvão conforme a figura 3.

3. Evolução da soldagem

A evolução tecnológica obrigou cada vez mais que as técnicas de soldagem fossem refinadas e melhoradas e mesmo criadas. Os fatores determinantes para estes avanços podem ser relacionados a três aspectos fundamentais.[4]

3.1 Tendências à proliferação de metais e ligas

No início do século a solda era usada no ferro, no aço e no cobre. Atualmente o processo é aplicado aos aços inoxidáveis, ligas leves, aços ligados especiais e mais recentemente ao titânio, zircônio e molibdênio. Há sempre a perspectiva do uso de novas matérias e, portanto pesquisas de novas técnicas.

3.2 Tendências à automatização

Forçado pela busca de redução de custos, tempos de execução e produtividade, a pesquisa para automatização de processos é constante, envolvendo inclusive profissionais de outras áreas da engenharia.

3.3 Tendências à proliferação de normas, especificações e métodos de controle

Como o campo da soldagem amplia-se constantemente, as especificações se tornam mais restritas e as tolerâncias mais restritas e as tolerâncias mais estreitas. O controle de qualidade atual exige o uso crescente de recursos de informática.

4. Principais processos de soldagem

4.1 Soldagens a arco voltaico

Neste processo a fusão é originada a partir da ação de um arco voltaico. Constitui atualmente o principal meio de soldagem dos metais. A soldagem a arco voltaico possui as vantagens de obter alta concentração de calor com altas temperaturas em pequeno espaço de forma que a zona calorífica fica muito limitada [1] (QUITES;DUTRA,1979).

4.2 Tipos de soldagem a arco voltaico

Os processos de soldagem a arco podem ser divididos em dois grupos: arco encoberto e a descoberto (visível). Os processos de soldagem a arco encoberto podem se dar mediante o emprego de um fio contínuo ou uma fita contínua enquanto que os processos de soldagem a arco descoberto podem se dar com eletrodos auto protetores ou eletrodos imersos em atmosferas protetoras. No processo de soldagem a arco encoberto temos que um arame nu, alimentado continuamente, funde-se no arco voltaico sob a proteção de um fluxo de pó. Este pó varia segundo diversas variáveis e pode ser reutilizado.

4.3 Soldagens a arco voltaico

A fusão origina-se da ação direta e localizada de um arco voltaico. Vantagens: o arco permite obter elevadas temperaturas num pequeno espaço, limitando a zona de influência calorífica. Permite o uso de qualquer atmosfera gasosa, que quando neutra, proporciona menor contaminação do banho metálico. Origens e evolução: o arco voltaico aplicado à soldagem foi introduzido por N. R. Bernardos em 1887. O princípio era um arco voltaico entre um eletrodo de carvão e a peça. Fundia-se o material da zona a unir sem consumir o eletrodo. O material de adição era introduzido separadamente. Em 1889, Zerener introduziu no processo um segundo eletrodo, fazendo o arco entre os dois eletrodos, sendo que a corrente não mais percorria a peça, permitindo, portanto a soldagem de materiais não condutores.

Figura 4. Processo Bernardos

O processo de Slavianoff, de 1892 introduziu a conexão elétrica na própria vareta do material de adição, tornando o eletrodo consumível. Em 1905 Kjellberg criou o eletrodo revestido, que permitiu incorporar substâncias, para produzir efeitos especiais na solda. A evolução posterior levou ao uso do arco protegido, inicialmente com hidrogênio, e posteriormente com gases neutros.

Figura 5. Processo Slavianoff

Pouco tempo depois surgiu a solda com arco protegido a hidrogênio. Este processo, conhecido como soldagem com "hidrogênio atômico" ou soldagem "arco-atômica", utilizava um arco voltaico em atmosfera de hidrogênio, entre dois eletrodos permanentes de tungstênio.

Figura 6. Processo Hidrogênio Atômico

O hidrogênio se dissocia no arco elétrico, passando para o estado atômico com absorção de energia. Em contato com o metal de solda ou com as peças a unir, mais frios, o hidrogênio volta ao estado molecular, liberando calor e aumentando o rendimento térmico do processo. A chama produzida pela queima do hidrogênio também contribuía para o rendimento térmico. A fonte de energia era um transformador especial para produzir a alta tensão para acender o arco (acima de 70 volts), mas sem perigo para o soldador. O processo caiu em desuso quando gases neutros passaram a ser usados com atmosfera de soldagem.

5. Processos atuais de soldagem a arco voltaico

5.1 Soldagem com eletrodo revestido

É o processo mais usado, devido a sua versatilidade. É indicado para soldagem de aços. Eletrodo revestido: Os ingredientes que formam o revestimento são triturados, dosados e misturados até a obtenção de uma massa homogênea. A massa é conformada sobre as varetas metálicas, com comprimentos padrão a partir de 300 m. Em seguida o revestimento de uma das extremidades é removido para permitir o contato elétrico com o porta-eletrodo. O eletrodo pode ter polaridade negativa ou positiva dependendo da penetração desejada. A tomada de corrente, portanto é feita numa extremidade, e o arco arde na outra. A escolha dos ingredientes do revestimento determina o resultado desejado, como eletrodos básicos, ácidos, etc.[5]

Figura 7. Soldagem eletrodo revistido.

A escória é retirada pela picadeira (um tipo de martelo) e depois uma escova de fios de aço limpa o cordão de solda.

5.2 – Soldagem TIG

5.2.1 Características Gerais: TIG - sigla proveniente do inglês Tungsten Inert Gas (no alemão denomina-se WIG, sendo o W o símbolo químico do tungstênio= wolfrâmio) - é a denominação dada ao processo de soldagem que utiliza eletrodos de tungstênio em atmosfera de gás inerte. O processo pode ser empregado com e sem metal de adição. A proteção da região da poça de fusão é feita por gases inertes como Hélio, Argônio ou mistura de ambos (dependendo do metal a ser soldado).

(Parte 1 de 2)

Comentários