Eletrodo revestido

Eletrodo revestido

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Os eletrodos de classificação E7018 são de baixo hidrogênio com adição de pó de ferro. A quantidade considerável de pó de ferro no revestimento e também uma quantidade de revestimento bem maior permitem que esses eletrodos sejam aplicados sob correntes de soldagem mais altas que as empregadas com os eletrodos E7016. O arco mais suave e a facilidade de soldagem do eletrodo E7018 tornam-no o favorito dos soldadores. Correntes de soldagem relativamente mais altas e adições de pó de ferro fundindo no metal de solda resultam em maiores taxas e eficiências de deposição. O eletrodo básico E7018 deposita o metal de solda de melhor qualidade para a soldagem de aços de baixo carbono. Sua maior desvantagem é que ele precisa ser mantido seco. Eletrodos que absorveram umidade devido à exposição à atmosfera ou a outras fontes de umidade depositam metal de solda com porosidade. Além disso, os eletrodos E7018 não devem ser aplicados na soldagem de passes de raiz em juntas de topo com abertura para não se correr o risco de porosidade excessiva. Quando os eletrodos E7018 tiverem que ser empregados em passes de raiz de juntas de topo, a raiz deve ser selada por um cobre-juntas.

Os eletrodos de classificação E7024 recebem grande quantidade de pó de ferro em seu revestimento (aproximadamente 50%). Dessa combinação de mais pó de ferro no revestimento resultam altíssimas taxas de deposição e eficiências de deposição. Esses eletrodos estão limitados às posições plana e horizontal em ângulo. A qualidade do metal de solda depositado por esses eletrodos não é tão boa quanto a dos eletrodos E7018 (por exemplo, a ductilidade do metal de solda depositado por um eletrodo E7024 é menor que a do E7018 (veja a Figura 5).

Figura 5 - Taxa de deposição de eletrodos revestidos de diâmetro 4,0 m

Taxas de deposição de eletrodos

A taxa de deposição de um determinado eletrodo revestido influencia substancialmente o custo total do metal de solda depositado. A taxa de deposição é a massa de metal de solda depositado por unidade de tempo (de arco aberto). Ela aumenta com a corrente de soldagem dentro dos limites de um determinado eletrodo. Como foi mostrado na Figura 5, um eletrodo E7024 de diâmetro 4,0 m pode depositar mais que o dobro que um eletrodo E6010. É fácil de ver que pode ser alcançada uma economia sensível de mão de obra e custos indiretos se puder ser empregado um dos eletrodos de maior taxa de deposição.

A eficiência de deposição de um determinado eletrodo revestido também tem seu efeito nos custos da soldagem. Ela representa a massa de metal de solda depositado comparada com a massa total de eletrodo consumido e é expressa por um percentual (veja a Equação [1], a Tabela V e a Tabela VI).

[1] 100 eletrododototalMassa depositadometaldoMassa(%)deposiçãodeEficiência ×=

Na soldagem com eletrodos revestidos parte da massa do eletrodo é perdida como escória, respingos, fumos, gases e pontas. Se um eletrodo apresenta 65% de eficiência de deposição, isso significa que, para cada 100 g de eletrodo consumido, serão produzidos 65 g de metal depositado. A perda com pontas — a parte do eletrodo que é descartada — não é considerada na eficiência de deposição, visto que o comprimento da ponta varia com o soldador ou com a aplicação. A Tabela VI ilustra como a perda das pontas afeta a eficiência de deposição. Um eletrodo E6010 possui uma eficiência de deposição média real de 71,6% sem considerar a perda da ponta. O descarte de uma ponta de comprimento 50 m resulta numa queda do metal de solda depositado para 63,8%. De modo similar, se forem descartadas pontas de comprimento 100 m, a eficiência de deposição cai para 42,6%.

Classe

Eficiência de deposição média (%)

Tabela V - Eficiência de deposição de eletrodos revestidos para aços carbono

Comprimento da ponta (m)

Metal depositado E6010 (%)

Perda do eletrodo de comprimento 350 m (%)

O eletrodo E6010 tem eficiência de deposição de 71,6%. Perdas devido à escória, respingos e fumos.

Tabela VI - Perda da ponta dos eletrodos

Parâmetros de soldagem

A Tabela VII mostra os parâmetros de soldagem recomendados para a soldagem com eletrodos revestidos OK® para aços carbono e suas respectivas taxas de deposição e eficiências de deposição.

Eletrodo AWS Diâmetro

Corrente (A)

Valor ótimo (A)

Tabela VII - Recomendações de parâmetros de soldagem para os eletrodos revestidos OK® para a soldagem de aços carbono

Sistemas básicos e ácidos de escória

O tipo de escória produzida pelos eletrodos revestidos tem um efeito determinante na qualidade do metal de solda. Os eletrodos E6010, E6011, E6012, E6013, E7014, E7024 e outros eletrodos celulósicos e rutílicos produzem escórias predominantemente formadas por dióxido de silício (areia, sílica, SiO2) e apresentam um comporta- mento ácido. Sistemas ácidos de escória não refinam o metal de solda. Por outro lado, a escória dos eletrodos E7016, E7018 e de outros de baixo hidrogênio é constituída principalmente de cal e fluorita, dois compostos que apresentam comportamento básico. Escórias básicas realizam algum refino do metal de solda, resultando num teor mais baixo de inclusões não metálicas.

Vantagens e desvantagens de eletrodos revestidos para aços carbono

São várias as vantagens do processo de soldagem por eletrodos revestidos. É o processo de soldagem mais simples disponível. Tudo o que se necessita é de uma fonte de energia de corrente constante, dois cabos elétricos e o eletrodo. É o processo de soldagem mais flexível no sentido que pode ser empregado em qualquer posição de soldagem para quase todas as espessuras dos aços carbono.

As desvantagens são que os eletrodos revestidos apresentam taxas de deposição mais baixas que os outros processos, tornando-o menos eficiente. Além disso, o uso de eletrodos revestidos para aços carbono requer mais treinamento dos soldadores novos que os processos de soldagem semi-automáticos e automáticos.

Capítulo 3 Eletrodos revestidos para a soldagem de aços de baixa liga

Aços de baixa liga

Aços de baixa liga são aqueles que possuem pequenas quantidades de elementos de liga adicionados com objetivos específicos, ou seja, aumentar a resistência mecânica, a tenacidade, a resistência à corrosão, a resistência à carepa, ou alterar a resposta ao tratamento térmico. Quase todo o fabricante de aços produz uma família de aços de baixa liga vendidos sob marcas comerciais conhecidas pelo mercado. Muitos dos aços são projetados para desenvolver suas propriedades específicas, tais como alta resistência ou tenacidade, na condição laminados a quente e sob condições de resfriamento controladas, dispensando tratamentos térmicos subseqüentes. Outras composições de aços de baixa liga são projetadas para atingir suas propriedades específicas após os tratamentos térmicos como, por exemplo, aços que sofrem têmpera e revenimento para atingirem alta resistência com boa tenacidade. Os eletrodos revestidos para a soldagem de aços de baixa liga são desenvolvidos, na maioria dos casos, mais para combinar as propriedades mecânicas que a composição química exata do aço. Exceções a essa regra são os eletrodos ao cromomolibdênio (Cr-Mo), que precisam conter aproximadamente os mes- mos teores de elementos de liga do metal de base para atingir as propriedades deste.

Conseqüências do hidrogênio no aço de baixa liga

Uma das razões pelas quais os aços de baixa liga estão se tornando cada vez mais populares foi a pesquisa extensiva que foi levada adiante para o desenvolvimento dos eletrodos para soldá-los. Embora sejam necessários cuidados e precauções especiais na soldagem dos aços de baixa liga, é possível nos dias atuais soldá-los com alto grau de confiabilidade. Porém, não foi sempre assim. Durante a I Guerra Mundial, quando houve um aumento dramático no uso de aços de alta resistência e baixa liga, houve também um correspondente aumento nos defeitos de soldagem. Percebeu-se rapidamente que os aços temperáveis não poderiam ser soldados da mesma maneira e com os mesmos eletrodos que eram comumente empregados na soldagem dos aços carbono de baixa resistência. Através de muita pesquisa foi descoberto que o hidrogênio aprisionado era o responsável pelos defeitos de solda, e o termo fragilização pelo hidrogênio tornouse sinônimo de um alerta vermelho de desastre iminente.

Quando compostos que contêm hidrogênio como água, minerais, ou produtos químicos estão presentes no revestimento do eletrodo, como é comum em eletrodos para aços carbono, o hidrogênio quimicamente ligado se dissocia em hidrogênio atômico sob a ação do calor do arco. O metal de solda fundido tem a capacidade de dissolver o hidrogênio atômico. No entanto, logo que o metal de solda se solidifica, perde sua capacidade de manter o hidrogênio em solução, e este é expelido para a atmosfera ou se difunde através da região de sol- dagem. O aço e o metal de solda não são tão sólidos quanto eles aparentam a olho nu, estando cheios de poros microscópicos. Os átomos de hidrogênio podem se mover para fora da região do metal de solda e atingir a zona termicamente afetada, que é uma área da maior importância na soldagem, especialmente nos aços de alta resistência.

A zona termicamente afetada (ZTA, veja a Figura 6) é a região da solda que não se fundiu durante a soldagem, porém sofreu mudanças microestruturais resultantes do calor induzido pela soldagem. Essa região pode se tornar um elo fraco em uma junta soldada que, em condições normais, seria suficientemente resistente. Primeiramente, a estrutura granular da (ZTA) não é tão refinada e, portanto, é mais fraca que o metal de base circunvizinho ou que o metal de solda com estrutura bruta de fusão. Em segundo lugar, se a ZTA se resfriar muito rapidamente em determinados aços, forma-se uma estrutura cristalina frágil e dura conhecida como martensita. Os poros relativamente grandes da zona termicamente afetada são sítios naturais de captura do hidrogênio atômico. Quando dois átomos de hidrogênio se encontram há uma união imediata entre eles para formar o hidrogênio mo- lecular (H2, estado gasoso). As moléculas de hidrogênio resultantes são maiores que a estrutura cristalina do metal e podem ficar impedi- das de migrarem livremente. À medida que mais e mais átomos de hidrogênio migram até os poros e formam moléculas que permanecem aprisionadas, podem se desenvolver enormes pressões internas. Os aços carbono e os de mais baixa resistência possuem plasticidade suficiente para acomodar as tensões internas resultantes da pressão do hidrogênio de forma que não causem trincas no aço. Por outro lado, aços que possuam alta dureza e alta resistência não apresentam plasticidade suficiente para acomodar a pressão, e se houver muito hidrogênio pode ocorrer fissuração.

Figura 6 - A zona termicamente afetada

O defeito causado, conhecido como fissuração a frio (veja a

Figura 7), inicia-se na ZTA, tornando-se particularmente perigoso porque a trinca não fica imediatamente aparente a olho nu. Ela ocorre depois que o metal resfriou de 200°C até a temperatura ambiente, e é muitas vezes chamada de trinca a frio. Esse defeito pode ocorrer logo após o resfriamento até a temperatura ambiente ou pode levar horas, dias, ou mesmo meses antes que aconteça.

Figura 7 - Fissuração a frio

Pré-aquecimento

Aços que são fortemente temperáveis por meio de um resfriamento rápido da zona termicamente afetada necessitam de controles de temperatura de pré-aquecimento e entrepasses. Quando o préaquecimento é aplicado no aço, a taxa de resfriamento diminui. Manter a temperatura constante entre os passes de solda também ajuda no controle da taxa de resfriamento.

Taxas de resfriamento menores evitam que o aço sofra excessivo endurecimento e, portanto, minimiza a chance de ocorrer fissuração sob cordão. Quando essa técnica é combinada com o uso de eletrodos revestidos de baixo hidrogênio, pode-se esperar um alto grau de confiabilidade das soldas.

A fabricação de eletrodos de baixo hidrogênio

A descoberta de defeitos de solda relacionados ao teor de hidrogênio difusível deu início ao desenvolvimento de eletrodos de baixo hidrogênio. As funções do revestimento em eletrodos de baixo hidrogênio (isto é, proteção contra a atmosfera, estabilização do arco, adição de elementos de liga, etc) são bem parecidas com aquelas descritas no Capítulo 2, mas o revestimento é formulado com ingredientes que não possuem hidrogênio em sua composição química. Isso é principalmente alcançado pela eliminação de compostos orgânicos e químicos com alto teor de umidade. Realmente o controle dos níveis de umidade no revestimento é crítico na fabricação e no emprego de eletrodos de baixo hidrogênio.

Adicionalmente à eliminação do hidrogênio na fórmula do revestimento, o processo de fabricação prevê um ciclo de secagem a alta temperatura. Depois da extrusão do revestimento na alma, da mesma forma que na fabricação de eletrodos revestidos para aços carbono, os eletrodos de baixo hidrogênio são colocados num forno de seca- gem a baixa temperatura (de 150°C a 200°C), e então ressecados num forno separado de alta temperatura (de 420°C a 480°C) por um determinado período. Esse procedimento praticamente elimina toda a umidade e, para prevenir contra a reabsorção da umidade naturalmente presente na atmosfera, os eletrodos são imediatamente embalados em latas após a ressecagem a alta temperatura.

Armazenagem e recondicionamento

Todos os eletrodos de baixo hidrogênio absorverão alguma umi- dade do ar após a abertura da lata. Por isso, os eletrodos que não forem consumidos dentro de um determinado intervalo de tempo, devem ser armazenados em uma estufa e mantidos a temperatura constante.

Diversos códigos estruturais e militares permitem apenas tempos determinados de exposição, que podem variar de 30 minutos até 8 horas dependendo de teor de elementos de liga do eletrodo, da umidade relativa da área de trabalho e do nível crítico da aplicação. Se os eletrodos de baixo hidrogênio ficarem expostos à atmosfera além desses limites, devem ser descartados ou ressecados numa estufa apropriada por um determinado intervalo de tempo a uma certa faixa de temperatura.

As condições de ressecagem e de manutenção recomendadas para os eletrodos OK de baixo hidrogênio (básicos) estão indicadas na Tabela XVI e na Tabela XVII.

Revestimentos resistentes à umidade

A absorção de umidade merece uma atenção especial de usuários finais como estaleiros navais e fabricantes de oleodutos situados em áreas do mundo que apresentam alto nível de umidade relativa. Quando a temperatura e a umidade relativa aumentam, a probabilidade de absorção de umidade no revestimento do eletrodo de baixo hidrogênio também aumenta. Para combater essa possibilidade, a maioria dos fabricantes de eletrodos desenvolveu nos últimos anos eletrodos de baixo hidrogênio com revestimentos resistentes à umidade. Esses revestimentos reduzem a absorção de umidade em eletrodos que ficaram expostos ao ar por longos períodos, acrescentando um grau extra de confiabilidade aos eletrodos de baixo hidrogênio.

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