Bizuzão – Processos de Soldagem

Arco elétrico: descarga entre dois eletrodos e um gás ou vapor metálico, com queda de potencial no cátodo (eletrodo negativo) em torno de 9V e corrente mínima de 0,1A. Pelo fato de gerar temperaturas que oscilam de 5000 a 50000K, a matéria passa a existir no seu quarto estado, o plasma, composto por gás altamente ionizado e eletricamente neutro. Tensão máxima admissível de trabalho: 100V (norma alemã) 80V (norma japonesa). Importância do estudo do comportamento do arco elétrico:

• O arco é a fonte de calor, forma a poça de fusão e, em geral, funde o eletrodo; • A alta temperatura e as forças eletromagnéticas associadas ao arco, além da

grande velocidade de fluxo do plasma, levam a intensas reações químicas e provocam homogeneização da poça de fusão;

• As forças geradas no arco são as principais responsáveis pela transferência do metal, desde o eletrodo até a peça.

OBS: geralmente, o projeto da fonte de potência é determinado pela necessidade de se estabilizar o arco! Características físicas do arco:

• O arco comporta-se como uma resistência elétrica não-ôhmica; • A tensão do arco aumenta com a distância entre o eletrodo e a peça; • Não se deve utilizar alta tensão durante a soldagem. Para iniciar o arco,

emprega-se corrente alternada de alta freqüência, que rompe o dielétrico (ar) e ioniza o gás (TIG e plasma); rápido curto-circuito entre a peça e o eletrodo, com separação dos mesmos antes que se soldem, sendo o aquecimento suficiente para produzir partículas ionizadas (eletrodo revestido); contato entre eletrodo e peça, seguido de separação dos mesmos, sendo nesse instante aplicado um pulso de alta tensão, o qual inicia o arco (usado em TIG);

A pressão ambiente provoca, de modo geral, os seguintes efeitos: • Maior densidade de corrente na coluna do arco; • Aumento da penetração; • Aumento da tensão; • Redução no diâmetro do arco; • Constrição da raiz do arco; • Corrente de transição mais alta (na alteração de modo de transferência de gota

para aerossol). Densidade de corrente: depende da temperatura de superfície do cátodo, a qual somente é alcançada, sem fundir o mesmo, quando são utilizados materiais refratários (com ponto de ebulição maior que 4000K), como carbono e tungstênio. Transferência de massa: influi na estabilidade do arco, perda por salpico, composição química e defeitos no metal de solda. O modo de transferência depende dos seguintes fatores:

• Corrente e tensão; • Polaridade do eletrodo; • Densidade de corrente; • Material do eletrodo; • Diâmetro do eletrodo; • Extensão do eletrodo após o ponto de contato elétrico; • Tipo de gás de proteção; • Tipo de revestimento do eletrodo ou fluxo;

• Características estáticas da máquina de solda; • Pressão ambiente.

Processos de soldagem a arco com eletrodo consumível, em geral, utilizam polaridade positiva (CCEP), pois o ponto anódico se forma aproximadamente simétrico em torno da ponta do eletrodo, conduzindo a uma gota também simétrica. Quando o eletrodo for negativo (CCEN), ocorre o mesmo tipo de transferência acima descrita, somente se o material do mesmo for refratário em processo de proteção gasosa, como o TIG, e quando é excedida a máxima corrente suportável. Com material do eletrodo não termoiônico, formam-se pontos catódicos na ponta do eletrodo, gerando uma força de reação que repele a gota para a lateral do eletrodo. Para evitar isso, usam-se óxidos alcalinos no revestimento do eletrodo para fixar o ponto catódico sobre a ponta do eletrodo. Juntas soldadas e metalurgia de soldagem (conceitos): Zona do metal de solda: formada pela mistura homogênea do metal base fundido com, em geral, o metal de adição e normalmente empregada no estado bruto de fusão. Zona não misturada fundida: de espessura muito fina e composta unicamente pelo metal base fundido, o qual solidifica antes de ocorrer qualquer mistura com o metal de adição. Interface da solda: indica a fronteira entre metal fundido na solda e o metal base. Zona parcialmente fundida: produzida pela liquação de inclusões, impurezas, ou segregações nos contornos de grãos com baixo ponto de fusão. Ocorre no metal base e imediatamente após a interface da solda. Zona afetada pelo calor (ZAC): como conseqüência da máxima temperatura alcançada, do tempo de permanência do metal base na mesma, e das taxas de aquecimento e resfriamento, há toda uma zona onde não ocorre nenhum tipo de fusão, mas são produzidas alterações alotrópicas (um mesmo elemento produzindo diferentes produtos, por exemplo, o carbono pode tornar-se carvão, grafite ou diamante) no estado sólido relevantes, incluindo crescimento de grão e transformações de fase. Geralmente, essa zona apresenta diversas regiões, com características que dependem de cada metal base. Zona de metal base inalterado: constituída pelo restante da peça que não sofreu nenhuma transformação metalúrgica. Entretanto, essa zona pode estar num estado de alta tensão residual, que poderá trazer importantes conseqüências para a utilização da peça. Tratamentos térmicos:

• Pré-aquecimento: depende da composição química dos metais de adição e base, da taxa de resfriamento, do conteúdo de hidrogênio difusível no metal de solda e do constrangimento (nível de tensões) imposto a junta. O pré-aquecimento é realizado para reduzir a taxa de resfriamento, de forma que não se desenvolvam trincas na junta soldada (trincas induzidas pelo hidrogênio), ou para compensar a excessiva taxa com que o calor gerado pelo arco é dissipado, impedindo a formação de uma conveniente poça de fusão, ou ainda, para diminuir as deformações realizadas pela soldagem (tensões residuais) e evitar têmpera (formação de martensita). Se for excessivo, baixa a tenacidade. A seleção da temperatura depende da espessura do metal base, do grau de restrição da junta e do nível de hidrogênio, além de ser incrementada com o carbono equivalente.

• Pós-aquecimento: melhora as propriedades mecânico-metalúrgicas das juntas, previne a ocorrência de defeitos auxiliando na difusão do hidrogênio, além de aliviar as tensões geradas pela soldagem.

Trinca a frio: carbono equivalente + formação de martensita + hidrogênio + tensão; Trinca a quente (hot cracking): segregação de produtos de baixo ponto de fusão (fósforo e enxofre); Trinca em reaquecimento (reheat cracking): elementos endurecedores por precipitação; Perda de propriedades de material base (fragilização): ocorre no duralumínio; Fatores importantes para determinar um processo de soldagem quanto a fabricação:

• Reduzir ao máximo a restrição; • Avaliar o tipo de processo de soldagem (aporte do calor e tipo de proteção); • Avaliar a posição de soldagem.

Quanto as solicitações: • Avaliar o projeto de junta e tipo de consumível (raiz e enchimento);

Soldabilidade: adequação do material a ser soldado. Envolve desde a habilidade do operador até todas as etapas envolvidas no processo (operacional, metalúrgica e serviço). Variáveis operacionais:

• Particularidades do processo; • Habilidade do operador; • Características do metal a ser soldado; • Versatilidade do processo (sempre optar pela posição plana, mais fácil).

Variáveis metalúrgicas: • Transformações de fase; • Natureza do material.

Variáveis de serviço: • Procedimentos de processo.

Especificação do processo de soldagem (EPS): registros dos valores permitidos do processo para serem adotados pelo operador durante a fabricação da junta soldada. Seu número e posição dos corpos de prova nos testes dependem da aplicação e da norma a ser considerada. Testes podem ser de charpy (impacto), dobramento, tração, dureza, corrosão, macrografia, além de testes não-destrutivos. Todos os resultados devem ser registrados. O EPS deve conter:

• Tipo de metal base; • Tipo de junta e sua preparação; • Espessura e dimensões permissíveis para o metal base; • Procedimento de limpeza entre passes; • Tipos de consumíveis e diâmetros aplicáveis; • Temperatura mínima de pré e pós-aquecimento; • Máxima temperatura interpasse; • Tratamento térmico pós-soldagem (se necessário); • Faixa de parâmetros de soldagem (tensão, corrente e velocidade de soldagem).

Sistema de garantia da qualidade de soldagem: tem por base o processo de soldagem e a qualidade do operador. Variáveis a serem controladas: Controle antes da soldagem:

• Analise do projeto; • Credenciamento de fornecedores e controle da recepção do material (material

base e consumíveis);

• Qualificação de processos e soldadores; • Calibração de equipamentos;

Controle durante a soldagem: • Controle dos materiais usados (controle de armazenagem de eletrodos); • Preparação; • Montagem; • Ponteamento das juntas; • Execução da soldagem;

Controle após a soldagem: • Inspeções não destrutivas; • Ensaios destrutivos de componentes selecionados por amostragem.

Terminologia de soldagem (termos e definições): Goivagem: cortar ou entalhar com goiva, útil para remover as soldas e remover as placas, recuperar peças, ou seja, efetuar limpeza do local onde foi soldado. Tipos de junta: topo, ângulo ou T, canto, sobreposta e aresta. Como escolher o tipo de chanfro, depende de:

• Processo de soldagem; • Espessura das peças; • Dimensões e facilidade em movê-las; • Facilidade de acesso a região da junta; • Tipo de junta; • Custo de preparação do chanfro.

Chanfro (groove): abertura ou sulco na superfície da peça. Tipos de chanfro: em J, duplo J, em U, duplo U, em V, meio V, em X, em K, chanfro reto. Cobrejunta ou matajunta: usado para reforçar a solda. Reforço de raiz da solda: deve ser retirado para evitar fadiga. Posições de soldagem: plana, horizontal, sobrecabeça, vertical (ascendente ou descendente). Solda de progressão: feita em espaços de 1 ½ “ = 38mm para evitar que um comprimento grande de cordão feche antes de acabar a solda. Espessura pequena: usar V Espessura grande: usar U (custo de preparação mais alto) Largura de cordão: excesso implica em gasto de material e energia. Cordão convexo: melhor quanto a geração de tensões de solidificação. Cordão côncavo: melhor quanto a distribuição de tensões de solidificação. Relação largura/penetração: entre 1,0 e 1,4 Elementos de simbologia de soldagem: Norma usada no Brasil: AWS 2.4 Símbolo de soldagem representado por 8 elementos:

• Linha de referência; • Seta; • Símbolos básicos; • Dimensões e outros dados; • Símbolos de acabamento; • Cauda; • Especificações;

• Outras referências. Símbolo abaixo da linha horizontal: indica o que vai ocorrer no lado da seta. Símbolo acima da linha horizontal: indica o que vai ocorrer no lado oposto da seta. Os símbolos que possuem eixos e linha de simetria devem ser alinhados! Pernas (I) sempre devem estar a esquerda. Seta quebrada: aponta para um membro especifico da junta que deve ser chanfrado. Dimensão da configuração da junta:

• Dentro do símbolo indica a abertura de raiz; • Do lado de fora (acima ou abaixo) indica o ângulo de abertura; • Do lado esquerdo indica a profundidade da junta, ou bisel (a partir da superfície

do metal base). Tamanho da solda:

• Do lado esquerdo, entre parênteses, indica a penetração da solda; • Se não for indica, é penetração total.

A penetração de bisel (S) e da solda de junta (E) devem ser colocados do lado esquerdo do símbolo. Não confundir com abertura de raiz. Comprimento do cordão: do lado direito do símbolo básico. Passo e comprimento do cordão de solda intermitente: passo (pitch) de um cordão de solda intermitente deve ser a distancia entre centro de cordões adjacentes, de um lado da junta. Ex: (comprimento do cordão – passo) 125 – 200 Bandeirinha: símbolo de solda feita em campo. Acabamento: alisado (flush) -, convexo e côncavo. Cauda: usada para descrever informações importantes. Fontes de soldagem: Tensão de circuito aberto (Uo): tensão existente entre os terminais da maquina, quando a mesma esta energizada, mas não há arco. Quanto mais alto Uo, mais fácil abrir e manter o arco, mas é limitada em 100V (norma alemã) e 80V (norma japonesa) por questões de segurança. Quando a tensão é zero (ou há contato do eletrodo com a peça), circula uma corrente de curto-circuito (Io). Requisitos básicos das fontes:

• Atender U e I desejados, satisfazer a demanda requerida pelos parâmetros estabelecidos;

• Possuir conveniente velocidade de resposta aos transientes; • Atender particularidades especifica de cada processo, mantendo o arco estável.

Curvas características: • Corrente constante ou tombante (CC): região próxima a do curto-circuito, onde a

variação do comprimento do arco provoca pequena alteração na corrente e grande modificação na tensão. Usada em TIG e eletrodo revestido, pois é impossível para o soldador manter um preciso controle sobre o comprimento do arco.

• Tensão constante ou plana (TC): região próxima a tensão de circuito aberto, com a variação do comprimento do arco provocando pequena alteração na tensão e grande modificação na corrente. Usada em MIG/MAG, pois o eletrodo é continuamente alimentado e mantém o arco constante, apesar das flutuações.

• Potência constante (PC): na região intermediaria da curva, com tensão e corrente variando inversamente e seu produto permanecendo constante.

Características estáticas: tensão e corrente médios de saída, pela aplicação de uma carga resistiva. Características dinâmicas: variações de corrente e tensão com as diversas mudanças que podem ocorrer durante o processo de soldagem. Ocorrem transformações muito rápidas, na ordem de 10-3 (menos 3) segundos. As mais importantes são:

• Abertura do arco; • Mudanças de comprimento do arco; • Transferência de metal através do arco; • Soldagem com corrente alternada (mais agressivo, ruído mais alto), durante a

extinção e reabertura de arco a cada meio ciclo de corrente. Ciclo de trabalho: classificação de uma máquina de solda, em que a mesma, operando com corrente e tensão especificadas, não sofre excessivo aquecimento interno. A norma mais comum é estabelecida pela NEMA, e expressa a “porcentagem de tempo que uma fonte pode prover uma dada corrente (arco aberto), em intervalos de 10 minutos, sem exceder um limite pré-determinado de temperatura”, ou seja, C = TAA/TTS x 100%. TTA – tempo de arco aberto, ou seja, no qual a soldagem está efetivamente sendo realizada; TTS – tempo total de soldagem, incluindo todas as operações acessórias e paradas. Para estimar o ciclo de trabalho e uma fonte para correntes de soldagem diferentes das especificadas pelo fabricante, pode-se usar C1 x I1² = C2 x I2². Fontes convencionais: controle da potência é realizado através da alteração da resistência dos campos magnéticos. Divididas em dois grandes grupos:

Máquinas rotativas: potência gerada pelo próprio sistema, ajuste por meio de chaves que reconectam diferentes bobinas. Pode ser um gerador movido por motor elétrico (produzindo corrente continua, com curvas plana ou tombante) ou gerador movido por motor de combustão interna (com corrente continua as curvas são plana, tombante, ou nos dois tipos, e com corrente alternada a curva é apenas tombante).

Máquinas estáticas: a potência é convertida, com o ajuste feito pela variação da indutância, através de meios mecânicos, elétricos, eletrônicos ou alterando o acoplamento das bobinas. Pode ser um transformador, que produz corrente alternada e a curva é tombante, ou um transformador/retificador, que pode produzir corrente continua com curva tombante, plana, ou ambas; e corrente alternada, produzindo curva tombante.

Transformador: transforma alta tensão e baixa corrente da rede em baixa tensão e alta corrente necessária na soldagem em corrente alternada. Os métodos usuais de controle da tensão e corrente de saída (ajuste de saída da fonte) no transformador são:

• Bobina móvel (taps): consiste num núcleo alongado sobre o qual se desloca a bobina primária (N1). Quanto mais afastadas as bobinas, menor a corrente de curto-circuito e maior da declividade da curva tensão x corrente (parábola mais próxima do eixo y). Inversamente, mais próximas as bobinas, maior a corrente de curto-circuito e menor a declividade da curva (parábola mais afastada do eixo y, parece um nariz de italiano).

• Derivação móvel: nesse caso, as bobinas primárias e secundárias são fixas e um núcleo composto de laminados de aço (o popular “pacote de chapas”) se move entre as mesmas. Sem a derivação no interior das bobinas, o fluxo magnético flui normalmente no interior do transformador, com curva de menor declividade e corrente de curto-circuito máxima. Com a introdução da derivação, há desvio

das linhas de força, tornando a corrente de curto-circuito mínima, com a curva apresentando sua maior declividade.

• Reator de núcleo móvel: é composto por um transformador de tensão constante e um reator, cuja indutância e variada pelo movimento do núcleo de ferro. Sem o núcleo, a corrente que circula é alta, com o núcleo, a corrente é baixa.

• Reator saturável: emprega um circuito de baixa tensão e corrente contínua, para alterar as características do núcleo do reator. Assim, é possível um ajuste de mínimo e máximo nas curvas tensão x corrente.

• Resistência variável: na saída do transformador são posicionados resistores com diferentes capacidades. A variação ocorre por meio do chaveamento dos que temos interesse. Solução pouco empregada hoje em dia, pois há grande perda de energia.

Retificadores: transformam a corrente alternada em corrente continua por meio de diodos (semicondutores, ou seja, deixam a corrente elétrica passar apenas num sentido). Normalmente, é aplicado junto com um transformador, que baixa a tensão e aumenta a corrente, passando ao retificador para transformar de corrente alternada para corrente continua. Geradores: mais antiga família das fontes de soldagem. O campo rotativo ou alternador fornece corrente alternada, contendo a bobina geradora de campo magnético (do popular, “bobina de campo”) no rotor. O gerador possui essa bobina de campo na armadura, com a tensão de saída controlada por um reostato, sendo que comutadores podem transformar corrente alternada em corrente continua. Quanto maior o número de espiras em cada bobina, maior a tensão de saída, além da corrente aumentar com o número de bobinas utilizadas em paralelo, melhorando a retificação da corrente alternada. Fontes eletrônicas:

• Fontes tiristorizadas: formadas por tiristores (diodos chaveados ou retificadores controlados de silício – SCR), controlam a velocidade e quantidade de corrente, usado em MIG/MAG em corrente continua, TIG em corrente alternada, arco submerso e eletrodo revestido. Alta a média eficiência elétrica, média propensão para uso com MIG pulsado, médio e grande volume, preço médio, repetibilidade media, sistema simples e robusta, taxa de respostas de 3 a 10 milissegundos, grande amplificação.

• Fontes tiristorizadas analógicas: apresentam baixa eficiência e alto custo, capacidade de reagir rápida, saída praticamente sem ruído eletromagnético, o controle de retroalimentação estabiliza a saída, sistema de resfriamento com água, devido a energia dissipada pela fonte.

• Fontes transistorizadas em série: baixa eficiência elétrica, médio e grande volume, alto preço, alta repetibilidade, alta taxa de resposta (da ordem de microssegundos), média robustez, grande propensão para MIG pulsado, grande suavização da onda de saída, recomendável para fornecimento de baixa corrente com alta precisão, indicado pesquisa sobre processos MIG, TIG e arco submerso.

• Fontes transistorizadas por chaveamento de transistor no secundário: entre média e alta eficiência elétrica, médio volume, preço médio, alta repetibilidade, entre media e alta taxa de resposta (da ordem de microssegundos), alta propensão para MIG pulsado, alta propensão para automatização, media robustez, alta precisão em correntes de até 500A para MIG e TIG.

• Fontes transistorizadas retificadoras/inversoras chaveadas no primário: alta eficiência elétrica, pequeno volume, preço entre médio e pequeno, alta

repetibilidade, entre média e alta taxa de resposta, alta propensão para uso com MIG pulsado, alta propensão para automatização, média robustez, utilizada em eletrodo revestido, TIG e MIG pulsados.

Vantagens e desvantagens das fontes com controle eletrônico, em relação as fontes convencionais:

• Desempenho superior, resposta dinâmica; • Funções múltiplas; • Conexão mais fácil com equipamentos periféricos e capacidade de ser

programada; • Condições de soldagem otimizadas; • Fontes com controle básico (“one-knob machines” – máquinas de apenas um

botão, lembrem do Obi-Wan Kenobi “may the force be with you”); • Redução de peso e dimensões; • Maior custo e manutenção mais complexa.

Processo de soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido – SMAW (Processo mortadela): processo em que o arco elétrico ocorre entre um eletrodo revestido e a peça, sendo assim estabelecida a poça de fusão. Processo flexível e barato, 40% das aplicações no mundo de processos de soldagem são por eletrodo revestido. Eletrodo: formado pelo arame (“alma”) que é revestido concentricamente com uma massa composta de diversos minerais e produtos químicos. Os gases e a escória provenientes da decomposição deste revestimento protegem da atmosfera o metal fundido e, além disso, são os principais responsáveis pelas reações pirometalúrgicas que ocorrem sob uma temperatura maior do que 6000K. Processo adequado para a maioria das ligas metálicas, no mínimo com os seguintes consumíveis disponíveis:

• Aços ao carbono; • Aços baixa liga; • Aços resistentes a corrosão e altamente ligados; • Ferros fundidos; • Alumínio; • Cobre; • Níquel.

Processo não adequado para: • Ligas com baixo ponto de fusão (tais como chumbo, estanho ou zinco), devido a

intensa energia gerada pelo arco elétrico; • Ligas extremamente reativas (como titânio ou zircônio), por não oferecer

suficiente proteção a contaminação e/ou reação do metal fundido com a atmosfera.

Circuito elétrico básico: • Fonte de energia; • Cabos de conexão ao porta-eletrodo e a peça (cabo “terra” ou “retorno”).

Tensão de circuito aberto: entre 60 e 90V. Tensão de trabalho: entre 20 e 40V, não sendo viável a operação fora do intervalo 14 a 45V. Corrente: varia de 30 a 500A, dependendo do diâmetro do consumível e da posição de soldagem. Diâmetro dos consumíveis: varia de 1,5 a 8,0mm. Comprimento dos consumíveis: 350 a 450mm (em alguns casos são maiores).

Modo de transferência do metal: curto-circuito, gota ou aerossol, dependendo do tipo de revestimento, da tensão e corrente de soldagem. Curva característica: corrente constante (tombante), pois o operador não mantém o comprimento do arco estático. Dependendo do revestimento do eletrodo, o mesmo poderá operar em corrente alternada, e todos podem operar em corrente constante. Considerações para escolha entre corrente contínua (tombante) ou corrente alternada:

• Preferências históricas, regionais (“o que der na telha”); • Todos os eletrodos revestidos podem operar em corrente constante, não valendo

o mesmo para corrente alternada; • Eletrodos de pequeno diâmetro, operando com baixa intensidade de corrente,

apresentam arco mais estável em corrente contínua; • O fator de potência é, em geral, maior para um retificador (CA → CC) do que

para um transformador; • A deflexão eletromagnética (ou sopro magnético) do arco é menor (ou

desprezível) com corrente alternada; • O transformador, em geral, exige menor investimento do que um retificador; • É mais fácil iniciar e manter o arco curto em corrente continua que em corrente

alternada. CCEN (eletrodo negativo (cátodo) e peça positiva (ânodo)): alta taxa de deposição, menor penetração. CCEP (eletrodo positivo (ânodo) e peça negativa (cátodo)): maior penetração, mas baixa taxa de deposição. Corrente alternada: valores intermediários. Limpeza da escória: essencial, principalmente em cada passe de solda. Com o picador a escória é fraturada e retirada com a escova de metal. Importante que o picador não seja utilizado como martelo, pois o impacto da sua ponta aguda pode provocar trincas, ou concentrar tensões no cordão de solda. A escova deve ser de metal compatível com a solda realizada, isto é, não utilizar a de aço em cobre, pois pode ocorrer contaminação da mesma. Inicio do processo: a soldagem é iniciada através de um rápido curto-circuito entre o consumível e a peça, que é “riscada” com a ponta do eletrodo. Durante a operação, o arco deve ser mantido tão curto e constante quando possível, pois além de exercer direto efeito sobre a tensão, esse fato altera a composição química do metal de solda (principalmente com relação a admissão de gases da atmosfera) e por isso modifica as propriedades mecânico-metalúrgicas. O movimento (“balanço”) do eletrodo mantém o arco aberto, o seu deslocamento lateral não deve exceder 3 vezes o diâmetro do consumível, do contrário provoca contaminação do metal fundido pelos gases da atmosfera e aumenta notavelmente o teor de nitrogênio no mesmo, fragilizando-o. Alma do eletrodo: produzida com aço efervescente (não desoxidado), que possui uma composição química típica de 0,1% C, 0,45% Mn, 0,01% Si, 0,03% S e 0,02% P. Revestimentos: devem satisfazer as seguintes funções: Metalúrgicas:

• Proteção do metal durante a sua transferência, através da geração de gases e escória;

• Desoxidação da poça de fusão; • Transferir elementos de liga (em alguns casos); • Transferir o mínimo possível de hidrogênio para a poça de fusão, pois este

ajuda a produzir trincas e porosidade. Controle do arco:

• Possuir elementos com baixo potencial de ionização, de forma a estabilizar a ignição e re-ignição do arco;

• Estabilizar o arco; • Regular a penetração; • Diminuir a produção de salpicos.

Operação e manipulação: • Produzir escória com intervalo de fusão conveniente, solidificando após o metal

de solda; • Produzir escória com viscosidade adequada; • Produzir escória com tensão superficial adequada com o metal de solda

(geometria do cordão); • Produzir escória facilmente destacável.

Fabricação: • Custos do revestimento devem ser relativamente baixos; • A “massa verde” que irá revestir a alma deve ser de fácil produção; • A extrusão do revestimento deve ser feita sem dificuldades; • Deve existir adesão grande entre o revestimento e a alma; • O revestimento deve ser resistente a trincas nas operações de secagem e

ressecagem; • A massa verde deve ser resistente a deformação; • O produto final deve resistir a embalagem, transporte e manipulação.

Tipos de revestimentos: • Ácido: pouco produzido, pois possui muito baixas propriedades mecânico-

metalúrgicas, devido a ser efervescente (alto conteúdo de oxigênio). • Básico: o metal de solda depositado apresenta as melhores propriedades

mecânico-metalúrgicas entre todos os eletrodos, destacando-se a tenacidade. O revestimento contém elevados teores de carbonato de cálcio e fluorita (quando tem muita fluorita, é difícil operar em corrente alternada). A escória se apresenta fluida e é facilmente destacável, com o cordão sendo de média penetração e perfil plano ou convexo. O metal depositado é altamente desoxidado e com muito baixo nível de inclusões complexas de sulfetos e fosfetos. A alta qualidade do metal de solda é devida aos efeitos do carbonato e da fluorita, já que eles controlam as impurezas (S e P) via a escória, e também pela formação de muito pequenas inclusões não metálicas. A secagem desses eletrodos ocorre a alta temperatura (até 400°C por 2 horas), pois o revestimento é altamente higroscópico, do contrário, não terão “baixo hidrogênio”. Contém de 10 a 25% de pó de ferro.

• Rutílico: de uso geral, o revestimento tem até 50% de rutilo (TiO2). Apresenta penetração média, com escória de rápida solidificação e facilmente destacável. Pode conter até 60% de pó de ferro.

• Celulósico: caracterizado pela elevada produção de gases, que são resultantes da combustão de materiais orgânicos (em especial, a celulose). Esses eletrodos não devem ser ressecados, mas se forem não deve exceder 100°C. A atmosfera redutora que se forma é a principal responsável pela proteção do metal fundido da atmosfera ambiente. Porém, o nível de hidrogênio depositado no metal de solda é muito alto, impedindo seu uso em estruturas muito constrangidas ou suscetíveis a trincas. A penetração é alta, por isso é muito usado para passe de raiz. Produz pouca escória, que é facilmente destacável. Operando em CCEP, geralmente a transferência é por modo aerossol, sendo usado na soldagem de

tubulações na posição vertical descendente, com passes rápidos, mantendo a junta quente, permitindo a evolução do hidrogênio para o ambiente.

• Oxidante (altíssimo rendimento): obsoleto, pois as propriedades mecânicas do metal de solda são muito baixas, em especial, a tenacidade. O revestimento e constituído basicamente de pó de ferro para aumentar a taxa de deposição. Em geral, são eletrodos espessos, devido a rápida fusão da alma. Por isso, é possível soldar por arraste, formando um cordão com acabamento liso, geralmente em um passe único sem filetes. A penetração é pequena, com escória espessa e facilmente destacável.

Pó de ferro: a principal função é aumentar a taxa de deposição, ou seja, a massa do metal de solda depositado por unidade de tempo com o arco aberto, numa dada corrente de soldagem. Nível de hidrogênio no metal de solda:

• Baixo: H2 ≤ 5ml de H2/100g de metal de solda depositado; • Médio: H2 ≤ 10ml de H2/100g de metal de solda depositado; • Alto: H2 > 10ml de H2/100g de metal de solda depositado.

Características e aplicações do SMAW: a qualidade da solda depende do operador (soldador), que é o responsável por:

• Comprimento do arco elétrico (tensão do arco elétrico); • Ângulo de trabalho e deslocamento do eletrodo; • Velocidade de soldagem (ou velocidade de deslocamento do eletrodo); • Corrente de soldagem.

Variáveis de procedimento: Variáveis pré-selecionadas:

• Tipo de eletrodo: deve ser a mais conveniente para uma dada aplicação, pois decide as propriedades mecânicas, o rendimento de deposição, a penetração, a taxa de deposição e o perfil de cordão;

• Bitola do eletrodo: influencia na taxa de fusão, intervalo de corrente, penetração, acesso a raiz da junta, além de implicações econômicas;

• Tipo do corrente: dependendo do eletrodo selecionado, o tipo de corrente estará determinado.

Variáveis ajustáveis primárias: são a corrente, tensão e velocidade de soldagem, que controlam a energia de soldagem, a geometria do cordão, incluindo a penetração e a sanidade da junta soldada.

• Corrente: diretamente proporcional a penetração e a taxa de deposição. Se ultrapassar a intensidade de corrente para uma dada operação, ocorrem defeitos na junta como mordeduras, salpicos e cordão com geometria irregular. Se a intensidade de corrente for insuficiente, pode não gerar energia capaz de fundir a junta, causar penetração incompleta e/ou desestabilizar o arco;

• Tensão: diretamente proporcional ao comprimento do arco. Maior tensão provoca um cordão mais largo e chato, com seu excesso resultando numa solda irregular e contato do ar da atmosfera com o metal fundido, altamente indesejável;

• Velocidade de soldagem: o aumento (com a tensão e corrente mantidos constantes) reduz a massa de metal de solda por unidade de comprimento do cordão e aumenta a penetração até um máximo, a partir da qual a mesma diminui e produz um cordão com geometria irregular.

Variáveis ajustáveis secundárias: são mais difíceis de serem quantificados, pois incluem os ângulos de trabalho e de deslocamento, além das técnicas de movimento da

extremidade do eletrodo (“tecimento”). Os ângulos do consumível com relação a linha de solda influenciam na facilidade com que o consumível e depositado, a uniformidade da fusão do mesmo e a geometria do cordão, sendo que o correto posicionamento do eletrodo previne uma série de defeitos na junta soldada por erros de operação.

• Ângulo de trabalho: definido como o ângulo existente entre o eletrodo, no ponto de arco, e uma linha imaginária pertencente ao plano de trabalho, que é ortogonal e transversal ao eixo do cordão de solda;

• Ângulo de deslocamento: é aquele que o eletrodo mantém, no ponto de arco, com uma linha imaginária do plano de deslocamento, que é ortogonal a superfície do cordão de solda e contém seu eixo;

• Tecimento: depende do tipo e dimensões da junta, posição de soldagem, classe e bitola do eletrodo e, na maioria das vezes, da preferência do soldador. Além de influenciar parcialmente a velocidade de soldagem, afeta a geometria do cordão e solda, a penetração e a ocorrência de defeitos na junta, tais como mordedura, inclusão de escoria, porosidade, sobreposição e falta de fusão.

Nomenclatura dos eletrodos revestidos: EXXYZ • E: eletrodo revestido; • XX: mínima resistência mecânica do metal de solda depositado x 1000psi; • Y: posição de soldagem (diferença do 1 em relação ao 4: no 1, pode soldar na

posição vertical ascendente); • Z: Indica os tipos de correntes, revestimentos e demais características dos

eletrodos revestidos. Soldagem a arco elétrico com proteção por gás e eletrodo não consumível – GTAW (TIG): processo em que um eletrodo não consumível de tungstênio (para evitar superaquecimento da tocha) puro, ou composto com outros metais ou óxidos, gera um arco elétrico com a peça, que juntamente com a poça de fusão assim formada, é protegida da atmosfera por um gás inerte, geralmente argônio, hélio, ou a mistura de ambos. Na maioria dos casos é empregado no modo manual, mas também pode ser semi-automático e automático, sendo utilizado pela simples fusão dos materiais base envolvidos, ou também pela adição de consumível. É indicado para soldagem de chapas de 0,2 a 10,0mm, em materiais como aços inoxidáveis e refratários, alumínio, magnésio, cobre, níquel e suas ligas, materiais reativos, como titânio e zircônio, além de materiais dissimilares (aço carbono x aço inox, latão x níquel). Vantagens do processo TIG:

• Arco concentrado; • Não há formação de escória (também pode ser uma desvantagem); • Processo sem salpicos, pois não há transferência de metal; • Não gera fumos nocivos, dependendo do material que for soldar; • Produz soldas de boa qualidade, em geral, livre de defeitos; • Pode ser utilizado sem metal de adição (autógeno) ou com metal de adição; • Permite controle independente da fonte de calor e do material de adição; • Permite um controle preciso das variáveis de soldagem; • Permite exceder controle na penetração em passes de raiz; • Juntas de alta espessura podem ser soldadas com boa qualidade.

Limitações do processo TIG: • Baixa taxa de deposição, se comparada com o processo por eletrodo revestido; • Requer maior destreza do operador, se comparada com eletrodo revestido e

MIG/MAG;

• Processo menos econômico para espessuras superiores a 10,0mm; • Requer proteção em ambientes turbulentos; • Podem ocorrer inclusões de tungstênio, no caso de ter contato do eletrodo não

consumível com a poça de fusão. Curva característica: quando for empregado manualmente, deve ser usada corrente constante (“tombante”), operando em corrente continua ou corrente alternada. Abertura do arco: nunca se deve riscar a peça com o eletrodo (curto-circuito), pois pode provocar inclusões de tungstênio no metal de solda, além de diminuir em muito a sua vida útil. Os modos corretos de abertura de arco são os seguintes:

• Alta freqüência: provocada por um gerador de 2 a 50Mhz acoplado ao equipamento, que abre o arco por meio da quebra do dielétrico, nesse caso, o ar, sendo que pode afetar equipamentos eletrônicos num raio de 20m.

• Tocar a peça (não “riscar”): tocar a peça produzindo curto-circuito, como no eletrodo revestido, e afastar o eletrodo logo em seguida, quando então uma alta tensão ocorre nesse instante e forma o arco.

Em corrente alternada, o arco sofre problemas de re-ignição, quando a tensão passa do ciclo negativo para o positivo. Isso provoca graves conseqüências, principalmente na soldagem de metais que formam óxidos refratários, como o alumínio. Nesse caso, os equipamentos devem ser especialmente projetados, com adição de injetor de sobretensão, alta freqüência ou outros. Polaridade de corrente: afeta tanto a distribuição de calor entre o eletrodo e a peça, quanto a penetração. As possíveis polaridades são:

• Corrente continua eletrodo polaridade negativa (CCEN): mais usado em TIG, do calor gerado, 30% é produzido no eletrodo e 70% na peça, ocorrendo a maior penetração entre as três polaridades. A poça formada é estreita e profunda, o que pode ser indesejável em peças muito finas. Ao contrário das outras polaridades, esta não produz ação de limpeza de óxidos superficiais na poça de fusão.

• Corrente continua eletrodo polaridade positiva (CCEP): em torno de 70% do calor total é gerado no eletrodo e 30% na peça, resultando em menor penetração, com poça de fusão rasa e larga. Apresenta uma eficiente remoção dos óxidos superficiais da poça de fusão, pois há oscilação de pontos catódicos sobre a mesma.

• Corrente alternada (CA): a distribuição do calor total é aproximadamente igual entre o eletrodo e a peça, com a penetração sendo intermediária entre CCEP e CCEN. Devido à variação de tensão, o arco se extingue toda vez que o ponto nulo é cruzado. Para evitar isso, deve-se sobrepor uma tensão de alta freqüência durante todo o tempo de soldagem. A CA produz uma excelente ação de limpeza de óxidos superficiais na poça de fusão e é preferida na soldagem de alumínio, magnésio e cobre-berílio. O problema está na retificação, causado pela resistência do fluxo de corrente durante os meio-ciclos negativo e positivo da tensão.

Eficiência térmica do processo TIG: em torno de 75 a 80%, praticamente insensível a variação de velocidade de soldagem quando acima de 5mm/s. Isso se deve ao fato de que 89% da transferência de energia em TIG é realizada através dos elétrons. Tocha TIG: deve ser compacta, leve, robusta e eletricamente isolada. Pode ser resfriada a ar (até 125A), somente por radiação para o ambiente, ou água (até 500A). Dentro da tocha existe um difusor, que serve para se obter um regime laminar dos gases no local. Nomenclatura dos eletrodos não consumíveis: EWX-Y

• E: eletrodo não consumível; • W: tungstênio;

• X: símbolo químico do elemento adicionado (se for “P”, indica eletrodo não consumível de tungstênio puro);

• Y: indica a porcentagem do elemento químico (óxido) adicionado. A AWS A5.12-92 classifica os seguintes eletrodos para o processo TIG: • EWP (eletrodo de tungstênio puro): mínimo de 99,5% de W e suporta menores

densidades de corrente, cor verde, quando operando em CCEN apresenta poça de fusão mais estreita. Em CA (logo é utilizado para soldar alumínio), produz um arco estável tanto em onda balanceada quanto com estabilização continua por alta freqüência, com gás de proteção argônio, hélio ou a combinação de ambos.

• EWCe-2 (eletrodo de tungstênio com óxido de cério): comparado com o EWP, apresenta mais fácil ignição, maior estabilidade do arco e menor possibilidade de contaminar a poça de fusão, sendo essas propriedades melhores quanto maior for a proporção de cério (1,8 a 2,2% de Ce). Cor laranja.

• EWLa-1 (eletrodo de tungstênio com óxido de lantânio): similar ao EWCe-2, porém suporta menor tensão de trabalho. Cor preta.

• EWTh-1 e EWTh-2 (eletrodo de tungstênio com óxido de tório): comparados com os eletrodos de tungstênio puro, apresentam mais alta emissividade eletrônica, melhor estabilidade e facilidade de iniciar o arco, suportam maior densidade de corrente, apresentam uma vida útil mais longa. São difíceis de serem contaminados, desenvolvidos para soldagem em corrente continua, recomendável para aplicação sobre ferrosos. O EWTh-1 é na cor amarela e o EWTh-2 é na cor vermelha.

• EWZr-1 (eletrodo de tungstênio com óxido de zircônio): dificilmente contamina o metal de solda, opera em corrente alternada, utilizado para soldar alumínio, magnésio e suas ligas. Suas demais propriedades são intermediárias entre as classes anteriores. Cor marrom.

• Classe não especificada (EWG): devem conter no mínimo 94,5% de tungstênio, e o fabricante precisa identificar seus constituintes e características.

Ponta do eletrodo: deve ser “afiado” em movimentos retos, longitudinais. Não deve ser como se aponta um lápis (girando), mas sim como se estivesse afiando uma faca numa pedra, de modo que as ranhuras da ponta do eletrodo sejam longitudinais em relação ao corpo do mesmo. Soldagem em corrente alternada: realizada com eletrodos de tungstênio puro ou com zircônio, pois o calor do arco elétrico torna as pontas no formato semi-esférico e assim se mantém durante a operação. Soldagem com corrente continua: realizada com eletrodos com tório, lantânio e cério, pois estes não formam a semi-esfera, formando uma ponta em ângulo (pontiaguda). O valor deste ângulo influi sobre a geometria da poça de fusão. Quanto mais agudo, maior a penetração e redução da largura. Gás de proteção: fornecido em cilindros de 4 a 10m³ e pressão em torno de 190bars (Argônio), ou em reservatórios maiores, sendo que essa pressão deve ser diminuída até cerca de 4bars. O propósito do gás de proteção é impedir a oxidação do eletrodo e proteger a poça de fusão. Apesar de o tungstênio fundir em alta temperatura, a sua oxidação ocorre muito mais abaixo. Durante a sua operação, o eletrodo deve se manter na cor prateada, do contrario, há fuga de gás do sistema, ou o gás é impuro, ou o restante de gás que permanece no bocal não se mantém ali até que o eletrodo resfrie. O pós-fluxo de gás deve ocorrer numa razão de 1s para cada 10A de corrente utilizada. Comercialmente, os gases argônio e hélio são produzidos com pureza de 99,995% de pureza. Características dos gases de proteção: Argônio:

• 1,3 vezes mais denso que o ar (mistura com o ar em ambiente confinado); • 10 vezes mais denso que o hélio, sendo mais bem indicado para certas posições

de soldagem, pois o hélio tende a deixar o bocal muito rapidamente; • Mais barato que o hélio; • Proporciona um arco estável e suave; • Promove boa limpeza dos óxidos superficiais em corrente alternada.

Hélio: • Possui densidade de 1/7 do ar e se mistura vagarosamente com a atmosfera

ambiente; • Para uma dada junta, é necessário mais hélio que argônio; • Na soldagem de tanques ou vasos de pressão, o hélio pode se estacionar na parte

superior com o argônio no fundo. Isso é perigoso, pois o hélio produz uma poça de fusão mais quente e fluida, requerendo juntas precisamente posicionadas e provocando maior penetração que o argônio;

• Maior penetração do que o argônio; • Poça de fusão mais quente que o argônio.

Misturas hélio-argônio: • Utilizadas em soldas automáticas; • Utilizadas quando se deseja a alta penetração produzida pelo hélio, mas com a

estabilidade e suavidade do arco produzida pelo argônio; • Boa solução: mistura de 80% de He e 20% de Ar; • Maior vazão do hélio do que o argônio permite aumento na velocidade de

soldagem. Adição de hidrogênio ao argônio:

• Produz um arco mais quente (com 20% de H2, a tensão do arco equivale a do hélio);

• Velocidade de soldagem aumenta em até 50%; • Cordão produzido é mais estreito; • Seção transversal do metal de solda tende a ser retangular; • Adições de 2 a 35% de H2 no argônio têm sido usadas, acima disso pode causar

porosidade. Usada em ligas com persistente porosidade, como Monel e prata em aços inoxidáveis, ligas níquel-cobre e níquel;

• O hidrogênio não deve ser utilizado em na soldagem de aços ao carbono e baixa liga, visto que esse elemento provoca trincas e porosidades.

Nitrogênio: • Acelera a deterioração do eletrodo; • De alta pureza, pode ser utilizado para soldagem de cobre e suas ligas; • Permite obter um arco muito mais quente e a eficiência da transferência de calor

é muito maior do que o argônio ou hélio; • Preço barato.

Vazão do gás: não deve ser muito alta nem muito baixa, do contrario, produz descontinuidades e elevação dos custos de soldagem. A determinação da correta vazão depende dos seguintes fatores:

• Tipo de gás de proteção; • Distancia do bocal a peça; • Tipo de junta; • Geometria do bocal; • Intensidade de corrente;

• Existência de deslocamento de ar; • Inclinação da tocha; • Comprimento do arco; • Velocidade de soldagem; • Posição de soldagem; • Tipo de metal base.

Considerando um condutor de geometria circular, a vazão de gás será laminar (desejável) se o número de Reynolds for menor do que 2000. Para se obter um escoamento laminar dos gases, utiliza-se um difusor no bocal, que consiste numa fina malha metálica ou material poroso (“coador”). Efeito térmico de constrição: fenômeno que ocorre quando, pelo simples aumento do fluxo de gás, se obtém maior penetração. Isso é devido a redução do diâmetro do arco, tornando-o mais quente e rígido. Em excesso, pode provocar fluxo turbulento de gás. Arame quente (“hot wire”): usado para aumentar a taxa de deposição com TIG. Um arame é alimentado continuamente na poça de fusão, conectado a uma fonte de potência. O eletrodo TIG é conectado em CCEN e o arame em CA. A ponta do arame não forma arco com a peça, apenas mantém contato com a poça de fusão, este irá apenas aquecer resistivamente (efeito Joule), logo o arco fornece a energia adicional necessário para que o arame funda continuamente, aumentando em muito a taxa de deposição. Artifícios para se obter estabilidade do arco, aumento de produtividade e qualidade:

• Adição de uma bobina magnética centrada no eixo do eletrodo (operando em corrente continua), que deve ser controlada na direção de atuação e intensidade. Com isso, aumenta-se significativamente a rigidez do arco, devido a ação magnética sobre as partículas ionizadas do plasma;

• Posicionamento de bobinas nos lados do arco, defletindo o arco no eixo da junta e na direção do movimento. Permite um considerável aumento na velocidade de soldagem;

• A oscilação do arco, por meio de um dispositivo mecânico ou produção de um campo magnético nas cercanias do arco, permite um aumento da superfície da poça de fusão e diminuição da penetração.

TIG ponto: usado para realizar pontos fundidos entre peças sobrepostas, nas posições plana e vertical. Geralmente, os materiais base são aços ao carbono, baixa liga e inoxidáveis, além do alumínio. O eletrodo é conectado em CCEN, exceto para o alumínio que é conectado em CA, e fica dentro do bocal. O comprimento do arco varia de 0,4 a 1,6mm, e determina o tamanho do ponto. Se for muito longo, o arco se desestabilizará e provocará variação na geometria da solda. A ponta do eletrodo não deve ser afinada ou afiada. A corrente é o principal regulador da penetração. A operação é mais efetiva se a corrente for alta e o tempo de arco for reduzido. Além disso, as peças devem estar limpas, para aumentar o contato entre elas. TIG pulsado: pelo fato da corrente ser pulsada, a qualidade das juntas produzidas é melhor, se comparado com o processo TIG convencional. As vantagens do TIG pulsado em relação ao convencional são as seguintes:

• Utiliza menor energia de soldagem; • Melhora bastante o controle sobre a geometria do cordão; • Aumenta a espessura do metal base que pode ser soldado; • Promove auto-limpeza do eletrodo; • Aumenta a tolerância admitida nos parâmetros de soldagem; • Reduz o tempo de pré-aquecimento; • Reduz a distorção;

• Reduz a zona afetada pelo calor e a tendência a trinca de solidificação; • Através do refino de grão, melhora as propriedades mecânicas da junta.

O TIG pulsado apresenta mais parâmetros para serem controlados que o processo TIG convencional, pois deve ser estabelecida a corrente de pico e a corrente de base, além dos tempos de atuação de ambos. Problemas operacionais: O arco se apresenta errático ou não se mantém (“apaga”):

• Trocar para eletrodo com tório e zircônio, ao invés do de tungstênio puro em CCEN;

• Se soldar alumínio, usar CA, não sem antes verificar a máxima corrente do eletrodo;

• O metal base não está limpo; • O arco está muito longo; • O eletrodo está contaminado; • O eletrodo é de diâmetro muito grande para a corrente utilizada; • O contato elétrico do eletrodo na tocha esta defeituoso.

Contaminação do metal base pelo eletrodo: • Se o arco estiver sendo iniciado por contato do eletrodo com a peça, usar injetor

de alta freqüência ou de sobre-tensão; • Se a ponta do eletrodo funde, a corrente é muito alta, trocar para eletrodo de

tório ou zircônio e verificar a polaridade; • O eletrodo deve estar com trincas ou outro defeito metalúrgico.

Desgaste muito rápido do eletrodo: • Se o arco estiver sendo iniciado por contato do eletrodo com a peça, usar injetor

de alta freqüência; • Manter o gás fluindo após a extinção do arco (1s para cada 10A); • Aumentar a vazão do gás; • Verificar fugas ou interrupção no gás; • Se o eletrodo estiver em CCEP: trocar a polaridade, ou operar com menor

corrente ou aumentar a bitola do eletrodo; • Aumentar a bitola do eletrodo; • O eletrodo está contaminado; • Se a tocha estiver superaquecida, deve ser por mau contato, falta de refrigeração

adequada: utilizar eletrodos retificados. Metal de solda apresenta porosidade:

• O gás está impuro (deve ser 99,9% puro), e não pode conter mais que 11,4ppm de vapor de água por volume;

• Mangueiras ou tubos estão contaminados; • O metal base não foi limpo corretamente, ou existe umidade no mesmo.

Soldagem a arco com proteção por gás e eletrodo consumível – GMAW (MIG/MAG): processo de soldagem que se baseia na formação do arco elétrico entre a peça e um eletrodo maciço nu consumível, continuamente alimentado. A poça de fusão assim formada e protegida por um gás, ou mistura de gases inerte ou oxidante (“ativo”), por isso é chamado de MIG (Metal Inert Gas) ou MAG (Metal Active Gas). Características do processo:

• A soldagem pode ser realizada de forma semi-automática ou automática, e tem excelente características para robotização;

• Adequadamente ajustado, pode soldar em todas as posições, com ótima estabilidade do arco produzindo pouquíssima escoria, pois não há envolvimento de fluxo algum, e em algumas situações permite que os passes sejam sucessivamente depositados sem limpeza prévia;

• Processo muito flexível, empregado desde em pequenas indústrias, até em grandes indústrias que requerem alta qualidade;

• O metal de solda é depositado com baixo conteúdo de hidrogênio, elemento que é um dos responsáveis pela trinca induzida por hidrogênio nos aços;

• Maior taxa de deposição e fator de operação, quando comparado com o eletrodo revestido;

• Facilidade de operação; • Conveniência para robotização; • Metais com baixo ponto de fusão não podem ser soldados por MIG, pois assim

como os outros processos a arco elétrico, devido à intensa energia gerada pelo arco;

• Gases de proteção utilizados: argônio, hélio, nitrogênio, hidrogênio, oxigênio e dióxido de carbono;

• Indicado para soldagem de chapas de 0,5 a 15,0mm, acima disso, recomenda-se usar arco submerso ou eletrodo tubular.

Vantagens do processo MIG/MAG: • Operação fácil e suave; • Alta eficiência; • Alta taxa de deposição; • Soldagem de longos cordões sem interrupções; • Não existência de fluxos de soldagem; • Praticamente, não há formação de escória (“ilhas de escória”); • Revestimento de cobre no arame: melhora o contato elétrico, além de diminuir o

atrito interno na passagem pelo conduíte; • Permite a soldagem em todas as posições; • Alto fator de ocupação do operador; • Junta soldada com boa elasticidade, tenacidade, estanqueidade e resistência a

propagação de trincas, superiores as de outros processos similares. Limitações do processo MIG/MAG:

• Equipamento mais caro e complexo; • Requer proteção contra ventos; • Dificuldade de proteção do cordão de solda (por não ter escória), principalmente

na ZAC (similar ao TIG); • Menor variedade de consumíveis.

Fonte de potência: a corrente continua com eletrodo positivo (CCEP) é a mais empregada (polaridade inversa). O eletrodo negativo (CCEN) pode ser usado, mas apresenta menor penetração, alem de problemas de estabilidade do arco. Entretanto, a vantagem em se usar CCEN está na maior taxa de deposição e poder usar para fazer revestimentos (devido a menor penetração). Corrente alternada (CA) também pode ser usado, mas a estabilidade do arco não é boa. A curva utilizada é tensão constante (“plana”), pois devido à alimentação continua do eletrodo consumível, o arco é auto-ajustado. No caso de usar curva tombante, a mesma deverá possuir um sistema “tensão sensitivo” acoplado, já que existindo variação no comprimento do arco por qualquer razão, a conseqüente alteração na tensão será rapidamente corrigida. Na maioria das vezes, então, a fonte será tensão

constante e do tipo transformador/retificador, com os seguintes controles disponíveis:

• Ajuste de tensão; • Ajuste da velocidade de alimentação do arame, que é acoplado ao ajuste da

corrente; • Ajuste da vazão do gás de proteção; • Ajuste da indutância; • Ajuste de pré e pós-fluxo do gás de proteção.

Abertura do arco (inicio da soldagem): a operação inicia quando a ponta do arame mantém contato com a peça e é acionado o gatilho de ignição da tocha. Nesse instante, três eventos ocorrem:

• O arame é energizado; • O arame avança; • O gás flui, devido à abertura do solenóide.

Pode-se então iniciar o deslocamento da tocha para soldagem. Arame: deve ser suprido de forma constante, pois existe uma relação quase linear entre a velocidade de avanço do mesmo e a corrente requerida para fundi-lo, devendo ser mantido o equilíbrio necessário. Este pode ser alimentado com a ação de rolos, com diversos perfis de rolos, dependendo do diâmetro do arame e se ele for ferroso ou não ferroso. Existem vários sistemas para alimentar o arame, listados a seguir:

• Tipo “empurra”: mais comum, em que o arame empurrado por meio de rolos. Pode amassar o arame (em especial, se for de alumínio), e falta de capacidade de manter constante a velocidade de alimentação, quando houver variação na tensão mecânica e/ou potência fornecida pela rede elétrica.

• Tipo “puxa” ou Spool-on-gum welding head: o motor e os rolos estão posicionados muito próximos da tocha, empurrando o consumível somente no bico de contato, deixando-o tracionado. O problema, nesse caso, é o grande peso adicionado a tocha, e se a bobina estiver longe da mesma, o motor deve ter grande torque.

Modo de transferência do metal: é determinado por complexas interações de forças em MIG, entre elas:

• Natureza do gás de proteção; • Polaridade e tipo (continuo ou pulsado) da corrente; • Densidade da corrente; • Tensão; • Extensão do eletrodo após o contato elétrico; • Composição química e diâmetro do eletrodo; • Características especificas da fonte de potencia; • Pressão do ambiente.

Além disso, várias são as forças que interagem na ponta do eletrodo, entre elas: • Forças de Lorenz; • Devido à aceleração da gravidade; • Devido à pressão do plasma (“jato de plasma”); • Eletromagnéticas; • Devido à tensão superficial; • Devido à pressão de evaporação dos materiais envolvidos; • Devido ao fluxo do gás de proteção.

Em conseqüência de todos os fatores envolvidos, o metal se transfere da ponta do eletrodo dos seguintes modos:

• Transferência por curto-circuito: por meio de contato do arame com a poça de fusão, em baixas correntes e tensão, geralmente 30 a 200A e 15 a 22V, por isso e denominado de arco curto (“short arc”). Não existe arco no momento em que ocorre o curto, logo a transferência do metal fundido e devido à tensão superficial. Produz uma poça de fusão pequena, de rápida solidificação, indicado para soldagem de seções finas.

• Transferência globular: com maior corrente e tensão que no curto-circuito, a transferência se da por meio de gotas. Forças dominantes são devido à tensão superficial e a aceleração da gravidade, com diâmetro da gota em geral maior que o do arame.

• Transferência por gotas repelidas e projetadas: devido a aumento da corrente em relação à transferência globular, se for corrente CCEN, ocorre uma elevação da densidade de corrente na gota que provoca uma força eletromagnética impulsionando-a para cima, repelindo. Se for corrente CCEP, ocorre uma diminuição da densidade de corrente, logo a força eletromagnética atua no sentido da gravidade, impulsionando a gota para baixo, projetando-a.

• Transferência axial em aerossol (“spray”): devido à elevada tensão e corrente, há uma maior penetração e taxa de deposição. O modo aerossol se forma devido à alta corrente na ponta do eletrodo, em que este alcança sua temperatura de vaporização. Esse modo de transferência não ocorre com gases altamente oxidantes (ou altamente “ativos”), fora que o ruído em aerossol e muito mais alto.

Gases de proteção: influi nos seguintes fatores: • Modo de transferência do metal do eletrodo para a peça; • Propriedades mecânico-metalúrgicas da junta soldada; • Geometria e aparência da junta soldada; • Estabilidade do arco e operacionalidade do processo.

Gases inertes: são gases que não reagem com os metais sob o arco, como exemplos, o argônio e o hélio. Para a soldagem dos aços, deve-se usar um gás oxidante (O2 ou CO2), pois torna o arco estável, reduz o salpico através da benéfica ação sobre a tensão superficial e intensificação da ionização e aumenta a fluidez da poça de fusão. Diferenças entre esses gases:

• O hélio é muito mais caro que o argônio, sendo pouco usado no Brasil; • O argônio possui menor potencial de ionização, iniciando e mantendo o arco

mais fácil que o hélio; • O argônio possui menor condutividade térmica que o hélio, produzindo um

plasma cujo núcleo se mantém a mais alta temperatura; • O argônio provoca menor queda no gradiente de potencial do arco que o hélio,

com a variação no seu comprimento afetando menos a tensão de trabalho; • O argônio é 10 vezes mais denso que o hélio, e 1,3 vezes mais denso que o ar.

Isso faz com que a vazão de hélio seja 2,5 vezes maior que a do argônio, para similar proteção. Além disso, o argônio tende a se dissipar no nível do piso, enquanto que o hélio se eleva, podendo diminuir a quantidade de ar respirada pelo operador;

• Os fluxômetros são calibrados para o argônio, e no caso do hélio, o valor lido deve ser multiplicado por 3,16;

• Para uma mesma corrente de soldagem, a tensão de arco é maior com hélio que com argônio, resultando numa mais alta produção de energia. Portanto, é mais vantajoso empregar o hélio para soldar peças espessas, ou materiais de alta

condutividade térmica, pois seu calor específico e condutividade térmica altos produzem um arco mais quente;

• O argônio produz cordões com maior penetração no centro do que nas bordas, enquanto que o hélio produz maior reforço, com grande e constante penetração;

• A transferência por aerossol é mais fácil de obter com argônio do que com o hélio.

Gás neutro: tem no nitrogênio (N2) uma solução. É um gás diatômico, de alto rendimento energético e com baixo custo para soldagem do cobre e proteção da raiz da solda (“purga” ou “respaldo”). O único problema são os fumos tóxicos produzidos durante a soldagem. Gás redutor: o hidrogênio (H2) é adicionado nas misturas de Ar + CO2 ou O2 na soldagem de aços inoxidáveis austeníticos e alguns não ferrosos por possuir o mais alto calor específico dos gases de soldagem e alta condutividade térmica. O hidrogênio nunca deve ser utilizado na soldagem de aços ao carbono, baixa liga e outros ferrosos em geral. Gases oxidantes: na soldagem dos ferrosos com gás inerte, deve-se possuir um mínimo de gás oxidante, pois a ação do O2 e CO2 (torna o arco estável, reduz o salpico através da benéfica ação sobre a tensão superficial e intensificação da ionização e aumenta a fluidez da poça de fusão) no argônio, é promover a existência de um grande numero de pontos catódicos sobre a ponta do arame. De outra forma, com argônio puro, teria apenas um ponto catódico, produzindo um cordão com geometria irregular e permitindo a contaminação da poça de fusão pela atmosfera. A adição de O2 no argônio melhora a estabilidade do arco na soldagem de ferrosos, além de minimizar a ocorrência de mordeduras. Até 9% de O2 ocorre um aumento da penetração, e 5% de O2 diminui em 10% a taxa de fusão. A adição de CO2 no argônio é notada acima de 10%, tornando o arco instável até 30%, quando acima disso se assemelha ao CO2 puro. A taxa de fusão do arame alcança um aumento de 15% com 30% de CO2, enquanto a penetração varia até se tornar 25% maior com 40% de CO2, estabilizando-se nesse ponto. Vazão dos gases: o fluxo deve ser essencialmente laminar, nem turbulento, nem laminar deficiente, o que permitiria a entrada de ar e contaminação da poça de fusão. Estabelecidas as características do trabalho a ser efetuado, a vazão de gás será determinada pelos seguintes fatores:

• Intensidade da corrente; • Material do arame; • Velocidade relativa tocha/ar; • Tipo de gás de proteção; • Diâmetro do bocal.

Seleção do eletrodo: baseado em requisitos mecânicos e metalúrgicos da junta, além do custo. Os fatores que mais influenciam na seleção do eletrodo são:

• Gás utilizado; • Modo desejado de transferência; • Posição de soldagem; • Serviço que a junta executará; • O meio ambiente; • O estado da superfície do metal base; • O estado de fornecimento do metal base; • O nível de constrangimento da junta.

Variáveis do processo MIG/MAG: após a opção pelo metal base, consumíveis e a junta, as seguintes condições devem ainda ser estabelecidas:

Variáveis fixas: estabelecidas antes de iniciar a soldagem. São as seguintes: • Diâmetro do eletrodo: se for de grande bitola, pode operar com altas correntes,

maior penetração e taxa de fusão. Se dois eletrodos de diâmetros diferentes forem empregados numa mesma corrente, o menor provocará maior penetração e possuirá mais alta taxa de fusão. Entretanto, quanto menor a bitola, maior será a resposta do sistema a qualquer desvio das condições pré-estabelecidas. A escolha do diâmetro do eletrodo dependerá da espessura do metal base, da penetração desejada, da taxa de deposição, da posição de soldagem e da geometria do cordão.

• Tipo de gás de proteção: já visto; • Vazão do gás de proteção: única variável que pode ser alterada após iniciado o

processo. Variáveis ajustáveis primárias (ou parâmetros de soldagem): exercem grande influência sobre a geometria do cordão, propriedades mecânicas, defeitos operacionais e estabilidade do arco. São as seguintes:

• Intensidade de corrente: influi na taxa de deposição, modo de transferência, penetração e reforço.

• Tensão do arco: influi, principalmente, na largura do cordão e no modo de transferência. Em curva característica de tensão constante (plana), é estabelecido na máquina. Em curva do tipo corrente constante (tombante), depende do comprimento do arco estabelecido pelo soldador e do sistema tensão sensitivo. A seleção da melhor tensão é função da intensidade de corrente, tipo de arame, gás de proteção e geometria desejada de cordão. Tensão muito baixa pode causar porosidade, sobreposição, cordão estreito e convexo. Tensão muito alta pode causar porosidade, salpico e mordedura.

• Velocidade de soldagem: exerce ação sobre a taxa de deposição e sobre a geometria da poça de fusão. Deve ser o maior possível para a produção, mas se for excessiva, pode causar trinca de solidificação. Um aumento de velocidade causa menor distorção da estrutura, ZAC mais estreita, menor refino dos grãos do metal de solda e diminuição das dimensões gerais do cordão de solda. Para aços ao carbono, a máxima penetração ocorre a 7mm/s. Para um ser humano, a máxima velocidade possível é de 4mm/s.

Variáveis ajustáveis secundárias: o exato resultado dessas variáveis é incerto, sendo difícil antecipar o que irá acontecer, ou seja, existem tendências. Além disso, elas provocam alterações nas variáveis primárias. São as seguintes:

• Extensão: um aumento da extensão provoca maior aquecimento do eletrodo (I²R) e queda na tensão do arco. Isso diminui a penetração e aumenta a taxa de deposição.

• Ângulo de deslocamento: altera a geometria do cordão, que por sua vez influencia na penetração. Ângulo no sentido negativo “( / ) empurrando” a tocha causa redução na penetração, com o cordão se tornando mais largo e plano. Ângulo no sentido positivo “( \ ) puxando” a tocha, ocorre um aumento da penetração até cerca de 25°, quando a mesma tende a diminuir.

Classificação dos eletrodos para processo MIG/MAG, segundo a norma AWS 5.18: ERYYS-X ou RYYS-X

• E: arame pode ser utilizado como eletrodo; • R: arame pode ser utilizado como vareta (do inglês “rod”); • YY: mínima resistência mecânica à tração do metal de solda depositado x

1000psi;

• S: arame maciço; • X: sufixo que indica propriedades do material.

OBS: Falta de fusão ocorre quando há curto-circuito! Soldagem MIG/MAG pulsado: Soldagem por eletrodo tubular: Soldagem por arco submerso – SAW: consiste num arame nu, continuamente alimentado, que produz o arco elétrico com a peça, formando assim a poça de fusão, sendo ambos cobertos por uma camada de fluxo granular fusível, que protege o metal da contaminação atmosférica e possui outras funções metalúrgicas. Portanto, o arco e a poça não são visíveis, o arco permanece “submerso”. Em torno do arame se forma uma cavidade oca preenchida por gases. Cavidade do arco o espaço sob a superfície da peça, e caverna a parte encoberta pelo fluxo na parte imediatamente superior a cavidade do arco. Fluxo: além de estabilizar e proteger o arco e a poça de fusão deve desoxidar e retirar impurezas do metal fundido, através de reações químicas com o mesmo, e adicionar elementos de liga. Deve possuir uma série de propriedades físico-químicas, entre elas:

• Densidade aparente; • Intervalo de fusão; • Expansão térmica; • Tensão superficial; • Condutividade elétrica (no estado líquido); • Viscosidade.

Tenacidade: aumenta com a basicidade do fluxo e diminui com a acidez do mesmo. Índice de basicidade (IB): aplicados para saber se o fluxo é acido, básico ou neutro:

• Ácido: IB < 1; • Neutro: 1,5 < IB < 2; • Básico: IB>2.

Intensidade de corrente: suporta intensidades de corrente de até 2000A, com arames maciços de 1,6 a 6,4mm. A densidade de corrente é alta, com rendimento térmico perto dos 100% (pois o arco está isolado do ambiente). Por isso, a taxa de deposição é altíssima, de até 20kg/h com um único arame, e grande penetração, não sendo recomendado para soldar espessuras menores que 6mm. Para uma mesma corrente, o arame de menor diâmetro causará maior penetração, devido à intensificação da força do arco, com conseqüente aceleração do modo de transferência do metal do eletrodo para a peça. Essa transferência depende da densidade de corrente, com baixa corrente, ela forma uma gota na ponta do eletrodo, é atraída pela parede da caverna, e arrastada para a poça de fusão. Aumentando a corrente, ela vai direto para a poça de fusão. As correntes podem ser alternadas ou continuas. Para baixa corrente, com dois eletrodos, usa um em corrente continua e outro em corrente alternada. Para soldagem acima de 1000A, recomenda-se usar corrente alternada. O alumínio não se solda com corrente continua ele sofre repulsão pelo campo magnético. Vantagens da soldagem por arco submerso:

• Podem ser usadas variações, como múltiplos arames ou fitas; • Podem ser soldados praticamente todos os metais ferrosos, e alguns não

ferrosos, incluindo revestimentos protetores, ligas de níquel, cobre e outras; • Pode ser automatizado e semi-automatizado (raramente);

• Boas características mecânico-metalúrgicas; Limitações da soldagem por arco submerso:

• Metais com muito baixo ponto de fusão não podem ser soldados, devido a alta energia gerada no processo;

• Não pode soldar fora das posições plana ou horizontal, pois não há sustentação para o fluxo;

• A estocagem deve evitar a contaminação do fluxo, contra umidade, óleos, etc. Fontes de energia:

• Transformador/retificador ou motor/gerador: fornece corrente contínua, com curvas plana ou tombante;

• Transformador para corrente alternada: fornece corrente alternada, com curvas plana ou tombante.

Emprego de corrente alternada com curva corrente constante (tombante): deve ser empregado sistema de alimentação de arame tensão sensitivo, com velocidade variável para manter constante o comprimento do arco e a tensão. Emprego de corrente alternada com curva tensão constante (plana): usando onda retangular na saída, tanto da tensão quanto da corrente, a inversão da polaridade é quase instantânea, minimizando o problema da re-ignição do arco. Emprego de corrente contínua com curva tensão constante (plana): auto-ajuste do arco mantém o comprimento do arco constante. Emprego de corrente contínua com curva corrente constante (tombante): deve-se usar sistema tensão sensitivo. Seleção da fonte: depende do intervalo de corrente, diâmetro do arame, velocidade de soldagem, tipo de fluxo e aplicação especifica. Os seguintes pontos devem ser considerados:

• Corrente contínua permite um melhor controle da geometria do cordão, fácil inicio do arco e bom controle do comprimento do mesmo, soldas sobre contornos complicados e alta velocidade;

• CCEP fornece o arco mais estável, melhor controle da geometria do cordão e maior penetração;

• CCEN resulta na maior taxa de deposição; • Corrente alternada produz penetração intermediária, minimiza a deflexão

magnética e utilizada em correntes acima de 1000A. • O sistema de auto-ajuste é mais efetivo para menores bitolas de arame, pois a

resposta é mais rápida. Para diâmetros acima de 4mm, é melhor usar tensão sensitivo.

Abertura do arco: mais fácil de iniciar com corrente constante, curva plana. Com corrente alternada e curva tombante, é mais difícil. Geralmente, se inicia o arco dos seguintes modos:

• Formar uma bola de “palha de aço” e baixar o arame até a metade dessa bola, aplicar o fluxo e energizar;

• Cortar a ponta do arame de forma aguda, colocar o arame em contato com a peça e energizar;

• Método bagual: simplesmente baixar o eletrodo até a peça e tacar fluxo e energizar (nem sempre dá certo);

• Existindo uma poça de fluxo, ainda fundida, baixar o eletrodo, aplicar fluxo e energizar (na solda com múltiplos arames, em geral, os secundários são energizados assim);

• Utilizar fonte de alta freqüência (como no TIG), aproximando o eletrodo cerca de 1,5mm, o arco inicia;

• Método de retração: o eletrodo é posto em contato com a peça, assim que o arco inicia, o equipamento retrai levemente o eletrodo.

Consumíveis: o arame, normalmente de aço ao carbono ou baixa liga, geralmente são recobertos por um fino revestimento de cobre (exceto os para aplicações na indústria nuclear), pois este facilita o contato elétrico, diminui o desgaste do tubo de contato e aumenta a resistência à corrosão do arame. Cada bitola de arame pode operar num intervalo de centenas de Ampéres e, para uma mesma corrente, o menor diâmetro apresenta maior penetração e taxa de deposição. Fluxos: os principais são os fundidos, aglomerados ou sinterizados. São compostos por minerais fusíveis. A granulometria do fluxo é importante, pois influi na máxima intensidade de corrente permitida. Grãos pequenos permitem maior corrente que os grãos grosseiros. O uso de corrente muito alta com grãos grosseiros provoca instabilidade do arco e variação na geometria do cordão.

• Fluxos fundidos: fabricados pela mistura a seco dos compostos e depois fundidos. Não são higroscópicos, portanto requerem menores cuidados de estocagem, além de praticamente não introduzir hidrogênio no metal de solda. Possuem boa homogeneidade química, permitem usar baixa velocidade de soldagem, permitem a retirada dos finos (partículas muito pequenas) sem alteração na granulometria. Como desvantagem, não permite adição de compostos desoxidantes na sua fabricação.

• Fluxos aglomerados: são altamente higroscópicos, logo requerem estocagem e ressecagem, para não contraírem hidrogênio no metal de solda. Os finos não podem ser retirados sem alteração na composição. Desoxidantes e elementos de liga podem ser adicionados, pois a temperatura de fabricação dos mesmos é relativamente baixa, a escória é facilmente destacável. Devido a sua baixa densidade, é possível utilizar uma camada mais espessa de fluxo, protegendo melhor a poça de fusão.

• Fluxos sinterizados: similar aos aglomerados, porém um aglomerante cerâmico é utilizado.

OBS: a AWS A-5.17 classifica os fluxos em neutros, ativos e ligados. Nomenclatura de fluxos e arames em arco submerso: FUXY-EZZZ

• FUXY: classificação do fluxo; • EZZZ: classificação do arame; • F: fluxo; • U: mínima resistência mecânica a tração x 10000psi (69Mpa) do metal de solda

com que esse se deposita; • X: condições do tratamento térmico após a soldagem, que o metal de solda

sofreu antes dos ensaios mecânicos, sendo “A” para “como soldado” (sem tratamento térmico) e “P” quando ocorreu algum tipo de tratamento;

• Y: menor temperatura que o metal de solda resiste ao impacto e alcança, ou excede 20ft.lb (27J);

• E: eletrodo; • ZZZ: podendo conter mais de três dígitos, especifica a composição química do

arame. Variáveis de procedimento: entre as mais importantes, encontram-se: Variáveis pré-selecionadas: similares as dos eletrodos revestidos que consistem em:

• Tipo de eletrodo: a composição química do arame deve ser escolhida de acordo com o fluxo que será utilizado. A produção de defeitos no cordão pode ser resultado da falta de elementos desoxidantes, como o manganês, que também atua sobre as propriedades mecânicas do metal de solda.

• Diâmetro do eletrodo: depende da aplicação e do equipamento disponível. • Tipo de fluxo: devem ser escolhidas com base na aplicação da solda, condições

do metal base propriedades mecânico-metalúrgicas desejadas e combinação com o arame. Para aplicações que requerem alta tenacidade do metal de solda, fluxos básicos devem ser escolhidos.

• Granulometria do fluxo: deve ser selecionado considerando a intensidade da corrente, a velocidade de soldagem, tipo de fluxo e geometria do cordão. Uma proporção muito alta de finos no fluxo, faz com que os gases produzidos escapem com mais dificuldade, e esse fato pode provocar uma superfície irregular no cordão (“corcovas”). Altas correntes devem ser usadas fluxos com granulometria mais fina, pois produzem um cordão mais largo e plano. Granulometrias muito grandes, com altas correntes, pode provocar instabilidade do arco e diminuir a qualidade superficial do cordão. Maior granulometria é indicada para superfícies oxidadas, pois os gases são mais facilmente liberados.

Variáveis ajustáveis: • Corrente de soldagem: diretamente proporcional a penetração e taxa de fusão.

CCEP é indicada para alta penetração e velocidade, com menor tendência a porosidade. CCEN oferece uma taxa de deposição cerca de 1/3 maior que CCEP, mas com menor penetração e aumento da tensão para uma mesma geometria de cordão. CA é indicada para eletrodos múltiplos ou onde exista problema de sopro magnético.

• Tensão de soldagem: proporcional ao comprimento do arco, responsável pela largura do cordão de solda. Aumento da tensão possui cordão mais largo e plano, além de aumentar o consumo de fluxo, diminui a porosidade, soldagem de juntas mal posicionadas é facilitada, além de aumentar a transferência de elementos de liga do fluxo para o metal de solda.

• Velocidade de soldagem: aumento da velocidade causa redução geral das dimensões do cordão e da penetração. Velocidade excessiva provoca porosidade e mordedura, e cordões convexos (mais suscetíveis a trincas).

• Extensão do eletrodo: o comprimento do eletrodo após o bico de soldagem afeta a taxa de deposição e a geometria do cordão. Maior a extensão, mais quente o eletrodo fica por efeito Joule antes de formar o arco, resultando numa maior taxa de fusão do arame. Aumento da extensão deve ser seguido de aumento de tensão, pois o efeito Joule provoca o aumento da resistência, que causa queda na tensão.

• Largura e altura da camada de fluxo: a altura do fluxo sobre a poça de fusão afeta a qualidade da solda obtida, se muito pequeno, o arco fica exposto a atmosfera, com salpicos ocorrendo, aumentando a tendência a trinca induzida por hidrogênio, fragilizado pelo nitrogênio e poros. O excesso de altura provoca confinamento do arco e cria dificuldade para escape dos gases, resultando num cordão irregular com porosidades.

Soldagem a arco plasma – PAW: processo muito similar ao TIG, com eletrodo não consumível. Neste caso, a coluna do arco elétrico é composta por matéria altamente ionizada e eletricamente neutra (plasma). Este processo se caracteriza pela produção da coalescência dos metais, pelo aquecimento com um arco constrito entre o eletrodo e a

peça (arco transferido) e o eletrodo e o bocal (arco não transferido). Um eletrodo refratário não consumível (similar ao TIG), porém retraído, é geralmente conectado ao pólo negativo de uma fonte, com curva característica corrente constante (tombante). Em torno desse eletrodo, encontram-se dois bocais concêntricos pelos quais flui gás, usualmente inerte, ou uma mistura de gases. Se houver apenas o gás de orifício (mais interno), se forma na periferia deste gás uma camada relativamente fria, envolvendo a coluna, que se desloca em alta velocidade, o que perturba a poça de fusão e aumenta o diâmetro do plasma sobre a peça. Se envolvermos essa coluna fria por outro gás, a camada de gás frio se dispersa e o plasma se torna mais constrito, o que facilita as condições de soldagem. Portanto, essa é a forma mais usual na soldagem e no corte a plasma, com o gás adicional de proteção ou de foco. Plasma: a área da física que estuda esse assunto distingue dois tipos de plasma:

• Plasma quente: a temperatura alcança milhões de Kelvin, tal como aquele encontrado no interior do sol. Na presença de um campo magnético, as suas partículas giram ao redor das linhas de força eletromagnética e se movem livremente fora do mesmo, resultando num deslocamento helicoidal. Dessa forma, o campo magnético fica “aderido” ao plasma, cuja resistência a passagem de corrente é praticamente nula.

• Plasma frio: a temperatura não ultrapassa algumas dezenas de milhares de Kelvin, existindo tipicamente no arco dos processos já estudados. Neste caso, há ação mútua entre as partículas e durante os choques é possível ocorrer infiltração de um campo magnético através do plasma.

Arco transferido: o circuito é formado entre o eletrodo e a peça. Assim como no processo TIG, a peça deve ser de um material metálico para poder “fechar” o circuito. No arco transferido a eficiência térmica é maior (70 a 75%) e a eficiência para fundir o metal gira em torno de 40 a 45%. A energia gerada cedida para a peça é maior, mais utilizado para soldagem e corte de metais. Arco não transferido: o circuito é formado entre o eletrodo e o bocal, com o plasma sendo impulsionado até a peça. A eficiência térmica é menor que no arco transferido, em média 45%, assim como a eficiência para fundir o metal, em média 15%. Geralmente empregado para pulverização térmica (processo de recobrimento protetor de superfícies) ou corte de outros materiais não condutores de eletricidade. OBS: a eficiência da fusão do metal é função principalmente da velocidade de soldagem, além da potência elétrica do arco e coeficientes térmicos e físicos do material. Abertura do arco: em ambos os casos (transferido e não transferido), o arco é iniciado por descarga de alta freqüência entre o eletrodo e o bocal. O gás flui, sofre ionização no orifício e emerge como um jato de plasma. A constrição aumenta muito a densidade de corrente, a intensidade do campo magnético e as forças de Lorenz, as quais agem ao longo da coluna. São esses fatores que provocam a muito alta temperatura do plasma, bem como sua rigidez. OBS: O principal modo de aumentar a eficiência do plasma é através da maior constrição do mesmo. Lembrar da analogia com o injetor de turbinas, que é regulado pela agulha, quanto maior a restrição a passagem de água pelo injetor, maior a pressão exercida. Porém, a elevação da intensidade do campo elétrico nesta região de constrição pode ser elevada até certos limites vistos a seguir. Arco indireto: a máxima constrição é ditada pela capacidade do bocal em sofrer aquecimento sem ser destruído, além do desvio do arco no orifício. Arco direto: a constrição é limitada à formação de um segundo arco, denominado arco duplo ou double arching. Ocorre danificação do bocal, se o fluxo do gás de orifício for

insuficiente, ou a corrente for excessiva para uma geometria do bocal, ou se o bocal for encostado na peça. O bocal forma um arco com o eletrodo, enquanto outro se forma entre o bocal e a peça. Para evitar isso, a queda de potencial na região de constrição deve ser menor que a tensão de ruptura da camada de gás, que depende da espessura da mesma, da condutividade térmica e vazão do gás, além da temperatura da coluna. Queda de potencial: No arco transferido existem cinco regiões de queda de potencial, sendo que duas são as quedas de potencial catódica e anódica, e outras três são as quedas de potencial nas regiões de pré-constrição, constringida e após a constrição (coluna do arco). O diâmetro da coluna de plasma na região de constrição é menor que o diâmetro no orifício do bocal. Após essa região, o diâmetro do jato de plasma vai aumentando até encontrar a peça. No arco não transferido, não existe queda de potencial, pois o arco é formado entre o eletrodo e o bocal. Balanço energético do plasma: envolve a potência gerada, sua distribuição e rendimento. A potência é produto da tensão total do arco pela corrente. Por sua vez, a tensão é conseqüência de diversos fatores, entre os quais:

• Características geométricas da tocha, especialmente o diâmetro do orifício de constrição, além das extensões das regiões de pré-constrição, constringida e após a constrição (coluna do arco);

• Corrente de soldagem; • Tipo e vazão do gás.

Dessa forma, a potência do arco é consumida em: • Aquecimento do cátodo (eletrodo, se CCEN); • Perdas para o ambiente; • Aquecimento do bocal; • Aquecimento da peça.

OBS: No caso do arco não transferido, o aquecimento do ânodo (da peça, no arco transferido), é adicionado ao aquecimento no bocal, visto que este é o ânodo. Aplicações do processo plasma: soldas de alta qualidade sobre ferrosos, não ferrosos, materiais altamente reativos (Ti e Zr) e com micro-plasma, materiais com muito baixo ponto de fusão, como prata e ouro. A mínima espessura soldada pelo plasma é cerca de 0,08mm, mas peças tão finas quanto 0,02mm tem sido produzidas, utilizando correntes de somente 1,5A. Vantagens do plasma em relação ao processo TIG:

• O eletrodo encontra-se retraído dentro da tocha, o que diminui a possibilidade de ocorrer inclusão do mesmo no metal de solda, ou o metal de adição tocá-lo;

• Mesmo em baixas correntes, o arco é estável; • A coluna é rígida e de reduzido diâmetro, provocando estreitas poça de fusão e

ZAC; • Como conseqüência do item anterior, a tendência a distorção é muito menor; • Quando utilizado o procedimento de “furo controlado” ou “keyhole”, é grande a

penetração, podendo ser soldadas peças espessas em um único passe, com chanfro reto;

• A velocidade de soldagem pode ser muito elevada; • O comprimento do arco exerce pequeno efeito sobre a tensão, pois esta é

conseqüência da distancia do bocal a peça, do recuo, da corrente de soldagem, da vazão e do tipo de gás de proteção.

Limitações do plasma em relação ao processo TIG: • Pequena tolerância para desalinhamento da junta de solda, devido ao arco

estreito;

• Tochas manuais são mais difíceis de serem manipuladas que as do TIG; • O bocal deve ser inspecionado para evitar inclusões e contaminações.

Curvas características: o plasma opera com curva característica corrente constante (tombante) nas seguintes polaridades:

• CCEN: operação mais comum; • CCEP, CA balanceada ou corrente pulsada: utilizadas na soldagem do alumínio,

magnésio e suas ligas, já que há formação de uma camada de óxido refratário sobre a poça de fusão, que impede a manutenção do arco.

Fonte: produz corrente contínua por um transformador/retificador, com tensão de circuito aberto de 65 a 80V. Abertura do arco: pelo fato do eletrodo estar no interior do bocal, é necessário um “arco piloto” de baixa corrente entre o bocal e o mesmo. Em tochas que trabalham com reduzida corrente, esse arco piloto pode ser iniciado avançando o eletrodo até o mesmo tocar o bocal, retraindo-o a seguir e estabelecendo o arco. Com tochas que operam em alta corrente, o arco piloto deve ser estabelecido através de alta freqüência em corrente alternada, ou por pulsos de alta tensão e baixa corrente. Entretanto, sob certas condições e, em particular quando um gás com alto potencial de ionização é utilizado, como hélio ou argônio + hidrogênio, pode ser difícil iniciar o arco mesmo com alta freqüência. Uma solução para este problema, é o emprego de alta tensão (até 120V), a qual pode ser obtida pela conversão de uma fonte TIG, ou duas fontes conectadas em série. Isso deve ser feito com extremo cuidado, pois choques podem ser fatais quando são empregados tais níveis de tensão na soldagem (Agora eu sei porque o Mazza quer que eu faça isso no LS&TC...que coisa não?). O processo: normalmente, o intervalo de corrente utilizado se situa entre 0,1A (micro-plasma) e 400A, com tensões de 25 a 35V (altas, se comparado com TIG). A vazão de gás do orifício se encontra entre 0,5 e 15l/min, enquanto que a do gás de proteção entre 10 e 30/min. Método de soldagem por furo controlado (keyhole): a vazão de gás do orifício é aumentada, forçando o plasma a passar através da poça de fusão formada. Conforme a tocha se desloca, as forças devido a tensão superficial obrigam o metal líquido a preencher o furo existente atrás do arco realizando um solda com penetração completa. Para poder ser controlado, o “keyhole” é praticado apenas por método automático, já que sua eficácia depende, além da vazão do gás de orifício, da corrente e velocidade (constante) de soldagem, que são as variáveis primárias do processo plasma. Variáveis ajustáveis primárias:

• Vazão do gás de orifício: diretamente proporcional a penetração e ao acabamento do cordão. Uma vazão insuficiente leva a formação de corcovas na superfície da solda e pode ocasionar falta de penetração completo. O excesso de vazão ocasiona o corte do metal base, pois expulsa o metal fundido.

• Corrente de soldagem: em relação à penetração e ao acabamento do cordão, a intensidade da corrente tem efeitos similares à vazão do gás de orifício. Uma corrente excessiva causa distúrbios na poça de fusão, pode cortar o metal base e reduz a vida útil do orifício de constrição. Por sua vez, essa vida útil depende da tensão de soldagem, vazão do gás e dimensões do bocal. Após certa intensidade de corrente, o gás de orifício perde o “invólucro” frio, e há intenso e insuportável aquecimento nessa região. Além disso, o excesso de corrente provoca o aparecimento do arco duplo, entre o eletrodo e o bocal, e entre o bocal e a peça.

• Velocidade de soldagem: se for muito baixa, como em todos os outros processos, resulta em excesso de energia por unidade de comprimento no

cordão, com possível deterioração das propriedades mecânicas da junta e instabilidade da poça da fusão em modo keyhole. O excesso de velocidade pode resultar em falta de penetração e mordedura.

Variáveis ajustáveis secundárias: são funções da tocha plasma: • Diâmetro do orifício: quanto menor o diâmetro do orifício, maior a densidade

de corrente, com conseqüente aumento da penetração. Logo, é conveniente trabalhar com o menor diâmetro possível, limitado pela formação de arco duplo.

• Distancia do bocal a peça: quanto maior a distância do bocal a peça, menor a temperatura (lembrar da analogia com a distância da chaleira na boca do fogão para esquentar água para o mate). Se a distância for muito grande, poderá ocorrer mordedura, falta de fusão, ou penetração irregular. Se for muito pequena, a poça de fusão poderá sofrer instabilização devido a alta temperatura.

• Configuração do orifício de constrição: o orifício pode possuir forma cilíndrica (mais comum), divergente, que permite operar com maiores correntes, ocorrendo aumento da temperatura do plasma, com conseqüente maior penetração, e com múltiplos orifícios, em que parte do plasma passa através dos mesmos. O efeito produzido por esses orifícios adicionais é alterar a forma circular do arco para uma oval alongada, permitindo soldar com maior velocidade e resultando numa menor ZAC.

• Eletrodo: importantes aspectos são a geometria e a distância da ponta do eletrodo ao final do bocal (recuo), além da centralização do mesmo. O recuo determina o grau de constrição e a rigidez do jato de plasma. Um detalhe importante, é que a nomenclatura dos eletrodos é a mesma usada no processo TIG.

• Gases: os gases do orifício e de proteção não devem reagir entre si, devem ser compatíveis com o metal base, e o gás de orifício deve possuir baixo grau de ionização. Para soldagem com alta intensidade de corrente, os gases de orifício e proteção devem ser os mesmos, caso contrário a coluna pode ser heterogênea em suas propriedades. O argônio é o gás mais utilizado, principalmente em aços ao carbono, baixa liga e metais reativos. A adição de hélio torna o arco mais quente, com conseqüente aumento na velocidade de soldagem. O emprego de hélio puro não é usual, visto que este aumenta sensivelmente a quantidade de calor na tocha, reduzindo sua vida útil e a capacidade de conduzir corrente. Além disso, como o hélio é menos denso que o argônio, não se obtém um keyhole. O hidrogênio também produz um arco mais quente, com maior velocidade de soldagem, por ser um gás molecular. Esse gás não deve ser utilizado na soldagem de aços ao carbono e alta resistência, nem em metais reativos, como titânio e zircônio, pois pode causar trinca, porosidade e fragilização, sendo adicionado ao argônio entre 5 e 15% sobre aços inoxidáveis austeníticos e ligas de níquel e níquel-cobre. O CO2 também pode ser usado, mas com as mesmas implicações na tenacidade do metal de solda que o processo MIG/MAG. As vazões dos gases de proteção dependem do modo de soldagem, intensidade de corrente, tipo de gás de proteção e material base.

Tensão: depende dos seguintes fatores: • Distância do bocal a peça; • Recuo (distância da ponta do eletrodo ao final do bocal); • Corrente; • Vazão e tipo de gás de proteção.

Posições de soldagem no processo plasma: • Todas: se o comando for manual;

• Plana e horizontal: se automático. Soldagem micro-plasma: aplicado sobre peças finas e de grande precisão, geralmente ocorre com arco transferido em correntes menores do que 100A, podendo ser tão pequena quanto 0,1A. Oferece muito maior estabilidade em baixíssimas correntes, com conseqüente precisão, além de mais alta qualidade de solda e tocha com pouco peso, minimizando o desconforto do soldador. Soldagem por resistência elétrica – REW: consiste na passagem de corrente elétrica entre dois eletrodos (não consumíveis) que comprimem peças distintas. Consequentemente, devido a maior resistência apresentada pelas interfaces em contato, ocorre fusão nesse local, formando a solda. Pode ser feita, basicamente, por três métodos distintos:

• Solda ponto: emprega eletrodos que, devido a sua geometria, forma uma pequena região fundida nas peças sob o contato deles. Podem ser realizados vários pontos simultaneamente.

• Solda por projeção: a localização do ponto é determinada principalmente por ressaltos realizados nas peças, que entram em contato. Podem ser realizados vários pontos simultaneamente.

• Solda por costura: geralmente através de eletrodos em forma de discos que sofrem rotação, são produzidos diversos pontos que se sobrepõem, resultando numa junta extensa e contínua.

Seqüência de processos: uma típica seqüência desses processos é a seguinte: • Os eletrodos pressionam as chapas; • Circula corrente elétrica, durante tempo suficiente para que ocorra a fusão,

formando o “ponto”; • A corrente é interrompida, mas os eletrodos continuam a pressionar as chapas,

até que o metal de solda solidifique; • Os eletrodos finalmente são retraídos.

OBS: as soldas realizadas por esses métodos se caracterizam pelas altas taxas de aquecimento e resfriamento. Conforme a região entre os eletrodos é aquecida, a resistência elétrica aumenta na interface das chapas, o que é uma condição fundamental para que se forme a solda. Após um breve período, é iniciada a fusão de certo volume de metal para formar o ponto. Em torno do mesmo, ocorre uma zona afetada pelo calor (ZAC), com a junta possuindo todas as regiões produzidas pelos processos de fusão anteriormente estudados. Materiais soldados por resistência elétrica: aços ao carbono, inclusive os zincados, baixa liga e inoxidáveis, cobre, níquel, alumínio, magnésio, titânio e suas ligas. Aplicações prática: em diversas atividades industriais envolvidas com a montagem de componentes com chapas relativamente finas, com destaque para indústria automobilística. Um automóvel pode possuir centenas de pontos de costura, um exemplo, é a solda por costura do tanque de combustível. Outro exemplo são as carcaças de motores elétricos feitas de chapa de aço. As chapas são calandradas e depois unidas por meio de solda por costura. Fontes de potência: podem ser de corrente alternada ou de corrente contínua. A corrente contínua emprega retificadores de alta potência no estado sólido, ambas operando em uma ou três fases. Também são utilizados bancos de capacitores, para acumular energia e depois liberarem esta em um curto período de tempo. A resistência elétrica na interface entre as peças se situa geralmente entre 50 a 500 ohms, mas pode ser tão baixa quanto 20 ohms, no caso do alumínio. As correntes são altíssimas, com intensidades entre 5000 e 100000A para ocorrer fusão, e que depende da condutividade térmica do

metal a ser soldado. Por exemplo, para o aço é pequena e alta para o alumínio. As tensões empregadas variam de 1 a 20V, podendo chegar a 30V, com um tempo de aplicação da corrente variando entre 0,01s para folhas (chapas muito finas) e até vários segundos, para chapas muito espessas. Variáveis de operação: se aplicam aos três métodos em questão. São as seguintes:

• Energia para fusão: a energia para fusão e formação do ponto é gerada nos contatos elétricos (eletrodos) e nas peças. Para que a solda ocorra, a região de interface entre as peças deve ser a primeira a alcançar a temperatura de fusão, dos metais base. Parte do calor produzido é perdida para os eletrodos, ambiente e restante das peças. Essas perdas são máximas no inicio da operação, sendo o somatório das mesmas diretamente proporcional a raiz quadrada do tempo de soldagem. Portanto, soldas realizadas num menor tempo apresentarão maior rendimento térmico.

• Densidade da corrente: apesar do maior rendimento térmico ocorrer em soldas realizadas num curto período de tempo, existe limites para a densidade de corrente, que dependem da intensidade de corrente e da espessura e do tipo de materiais envolvidos. Se a intensidade de corrente for insuficiente, nunca ocorrerá fusão, mesmo num longo tempo. Se for excessiva, o eletrodo penetrará na peça, pois grande parte (ou toda) da espessura da peça estará na fase plástica. Logo, para uma dada força de aplicação dos eletrodos, há uma corrente máxima, acima da qual o metal sob os mesmos é expulso violentamente, provocando soldas com defeitos. Para o processo ocorrer no menor tempo possível e produzir pontos com a mais alta resistência mecânica, determina-se a densidade de corrente (D) exatamente anterior a que provoca os defeitos, que pode ser estimada pela seguinte fórmula empírica: D = 192 + 480.exp^-e (A/mm), onde “e” é a espessura da chapa mais fina.

• Perfil da temperatura em função do tempo: consiste num gráfico corrente x tensão, com uma região delimitada por duas curvas, em que a esquerda dessa, não há fusão, e a direita há expulsão do metal.

• Força dos eletrodos e resistência elétrica: a força exercida pelos eletrodos resulta numa pressão, que altera a resistência de contato e a circulação de corrente das mesmas. Isso se deve ao fato das superfícies dos metais apresentarem diferentes graus de rugosidades, sendo que com o aumento da pressão, os picos e os vales existentes entram em contato, diminuindo a resistência elétrica e aumentando a circulação de corrente nessa interface. Entretanto, a quantidade total de calor gerada nesse local diminui, sendo necessário aumentar a intensidade de corrente e/ou tempo de sua aplicação. Portanto, a resistência de contato decresce com a pressão aplicada e é altamente suscetível ao acabamento superficial das chapas. Assim, a energia gerada também diminui, portanto pressão deve ser determinada em conjunto com a corrente. A pressão aplicada também depende da espessura e tipo de material que será soldado. Maior a espessura da peça, maiores devem ser a força e o diâmetro do eletrodo.

• Corrente e tempo de soldagem: o fato de a corrente atuar elevada ao quadrado, faz com que a mesma seja o principal fator a ser considerado na taxa com que a solda é realizada. Logo, é um parâmetro crítico. Flutuações na corrente podem diminuir a qualidade ou até desqualificar uma junta, sendo que isso é devido as oscilações de tensão da rede e alterações na impedância (campo magnético) do circuito secundário, quando corrente alternada é utilizada. Por sua vez, uma das maiores responsáveis pela resistência da junta é a penetração, ou a profundidade do ponto. O mínimo exigido é que o ponto alcance 20% da espessura da peça.

• Ciclo de soldagem: para uma mínima ZAC e máxima produtividade, são utilizados os mais curtos períodos de tempo de soldagem possíveis, com as restrições já descritas. Todos os tempos das fases de soldagem em corrente alternada são determinados por “ciclos” (não confundir com o ciclo de soldagem), em que cada “ciclo” é igual a 1/X, onde “X” é a freqüência de rede da corrente de soldagem. Como no Brasil a freqüência de rede é 60Hz, então um ciclo equivale a 1/60 segundos. Por exemplo, um ciclo de soldagem que se realize em 10 ciclos, demora 1/6 segundos para ocorrer. O ciclo de soldagem é dividido nas seguintes fases:

1. Fase de compressão: intervalo de tempo entre o inicio da operação e o inicio da passagem de corrente, no qual pelo menos um eletrodo se movimenta e pressiona as chapas contra o outro;

2. Fase de soldagem: intervalo de tempo em que a corrente circula e ocorre a fusão, formando o ponto;

3. Fase de manutenção ou resfriamento: intervalo de tempo em que, após a corrente ter sido interrompida, os eletrodos continuam a pressionar as chapas, até a completa solidificação do metal no ponto;

4. Fase de espera: intervalo de tempo entre uma solda e a próxima. Materiais para os eletrodos: devem ter alta condutividade térmica e elétrica, baixa resistência elétrica de contato, grande resistência mecânica. As especificações dos eletrodos mais utilizadas são as da RWMA (Resistance Welder Manufacturers Association), que classifica os mesmos pela composição química e propriedades mecânicas. São divididas em dois grandes grupos:

• Grupo A – ligas a base de cobre: disponíveis trabalhadas a frio, em varas redondas, ou em barras com seções quadradas, hexagonais ou retangulares, além de forjados e fundidos. Dentro desse grupo estão as classes 1, 2 e 3. Podem ser empregadas ligas cobre-zircônio e cobre-cádmio-zircônio em substituição as classes 1 e 2, devido a apresentarem maior resistência em altas temperaturas.

• Grupo B – materiais refratários: são produzidos por metalurgia do pó, sendo os preferidos quando as condições de trabalho são severas, pois os mesmos apresentam alta resistência a deformação. As classes 10 a 12 são empregadas na soldagem por projeção e insertos. Também são utilizados em situações que exigem eletrodos de distintos materiais, para equilibrar o calor gerado nas peças, ou por grande diferença de espessura das mesmas, ou devido as suas distintas condutividades térmicas e elétricas, como na soldagem do cobre e do aço, quando é utilizado o tipo em questão no lado do primeiro metal.

Distribuição da corrente de soldagem: • Soldagem direta: a corrente e a força são aplicados sobre as peças, por eletrodos

diretamente opostos, podendo ser feito um único ponto ou múltiplos pontos. • Soldagem indireta: a corrente percorre caminhos nas peças afastados do local

exato em que será realizada a solda. Esse modo pode ser empregado para minimizar marcas nas superfícies das peças, provocadas pelos pontos, podendo ser usada uma chapa auxiliar para conduzir a corrente, sob aquelas que sofrerão a soldagem.

OBS: a chapa auxiliar serve para evitar as marcas de plastificação na chapa inferior. • Soldagem em série: permite que vários pontos sejam realizados

simultaneamente. A corrente circula através das peças, sendo importante observar que parte da mesma somente percorre o trajeto entre os eletrodos e, portanto, não é aproveitada para soldar. As resistências envolvidas nos

diferentes pontos devem ser muito próximas, do contrário as soldas podem resultar diferentes.

• Soldagem em paralelo: geralmente os eletrodos estão diretamente opostos e cada par utiliza parte da corrente do circuito.

Vantagens da soldagem por resistência por ponto: apresenta diversas vantagens sobre outras técnicas mecânicas de união, como rebites ou parafusos, pois a estrutura resulta mais leve e o trabalho é realizado num menor período de tempo. Limitações da soldagem por resistência por ponto: na sua aplicação, existem algumas desvantagens:

• Outros processos de soldagem (ou brasagem) com junta a topo podem ser mais econômicos e/ou acrescentar menos peso a estrutura, pois é necessária a sobreposição das peças para realizar os pontos;

• Uniões mecânicas podem ser mais práticas, caso a estrutura necessite desmontagem para inspeção ou manutenção;

• São relativamente baixas as propriedades mecânicas da junta, principalmente a resistência a fadiga;

• O investimento no equipamento é geralmente mais alto do que naqueles para soldagem ao arco elétrico com eletrodo revestido.

Geometria do eletrodo para solda ponto: grande parte do desgaste é devida a alta temperatura do trabalho e tempo de permanência na mesma, sendo que a vida útil dos eletrodos depende, principalmente, das corretas especificações de material e geometria para uma dada aplicação. O aumento não controlado da área de contato do eletrodo com a peça diminui a densidade de corrente e a pressão aplicada. Além disso, é crucial que as faces dos eletrodos sejam mantidas alinhadas, com respeito as peças e entre si. A distância do final do furo de refrigeração a face do eletrodo é denominada “espessura da face”. Para uma dada taxa de extração de calor devido ao líquido de refrigeração, corrente e ciclos de soldagem, existe uma “espessura crítica” de face, para a qual a temperatura do eletrodo é mínima. Essa espessura crítica é função da distância que o calor difunde num ciclo de soldagem. A refrigeração será mais eficiente quanto melhor for a relação entre a vazão do líquido refrigerante e o projeto do furo interno, incluindo a área de contato e o coeficiente de transferência de calor envolvido. Portanto, a máxima temperatura que eletrodo alcança, pode ser minimizada se:

• A espessura da face for maior que a crítica, pela condutividade térmica do material que compõe o eletrodo;

• A espessura da face for menor que a crítica, pela taxa de extração de calor do líquido refrigerante.

Vale ressaltar que, a resistência mecânica do eletrodo não deve ser afetada pelo furo de refrigeração, por onde normalmente circulará a água, nem por diâmetro da ponta muito pequeno. Um superaquecimento da ponta do eletrodo provoca defeito superficial na peça, o que pode ser devido ao diâmetro, se apresentar:

• Diâmetro muito pequeno, ocasionando falta de refrigeração; • Diâmetro excessivamente grande, resultando em imperfeição no contato entre o

eletrodo e a peça. Balanceamento de energia (materiais dissimilares): é possível soldar materiais dissimilares, desde que sejam satisfeitas as seguintes condições:

• Equilíbrio térmico na interface: de forma que a solda se divida em partes aproximadamente iguais entre as peças.

• Deve ser gerada mais energia no lado do material que possuir maiores condutividades térmica e elétrica, ou, em materiais com essas características similares, naquele que fundir em mais alta temperatura.

• Em materiais cuja diferença de condutividade não seja muito grande, no lado da peça mais condutiva (por exemplo, se for cobre e aço, no lado do cobre, que é mais condutivo) o eletrodo deve possuir uma menor área de contato, ou a face da ponta de contato do eletrodo deve ser um material que possua alta resistividade, de preferência das classes 11 ou 12 da classe B, ou a peça deve ser revestida com uma fina camada de um material que possua maior resistividade, ou a peça deve ser mais espessa.

Soldagem por projeção: o fluxo de corrente é concentrado nos pontos de contato, muito similar a por ponto, principalmente a fonte de potência e demais dispositivos de controle, sendo que a intensidade de corrente é geralmente menor. Uma grande vantagem é a capacidade de realizar várias soldas simultâneas, cujos locais são determinados pelas projeções. Os eletrodos possuem faces planas. A razão entre os diâmetros de eletrodo e da projeção depende da técnica utilizada, sendo no mínimo, igual a:

• 2, para uma única solda por vez; • 1, para soldas múltiplas.

Os materiais para os eletrodos geralmente são: • Insertos do grupo B sobre as faces, para grandes produções; • Grupo A, numa peça inteira para menores produções, pois é mais econômico.

A geometria da projeção exerce grande influência sobre a densidade de corrente e consequentemente na qualidade da junta. A taxa de aplicação da força deve ser suficientemente lenta, para não provocar um prematuro colapso (a frio) da projeção, com a aplicação da corrente ocorrente logo após as peças manterem contato. Vantagens da solda por projeção em relação a ponto:

• Apresentam menos intensas marcas superficiais; • Maior precisão no posicionamento; • Realizadas com menor corrente.

Desvantagens da solda por projeção em relação a ponto: • Requer um preciso alinhamento entre os eletrodos, em especial na solda

múltipla, sob pena de ocorrer desequilíbrio da força e corrente aplicada. Soldagem por costura: eletrodos em forma de discos transmitem corrente e pressionam as peças. Variantes do método:

• Junta obtida por conformação plástica e difusão (na fase sólida), com uma, ou ambas as peças sendo deformadas;

• Interposição de um arame de cobre (não consumível, sendo o mesmo utilizado várias vezes) entre os eletrodos e as peças, para concentrar o calor, principalmente em juntas de latas de aço revestidas com estanho (folha-de-flandres);

• União a topo de folhas, através da soldagem de uma fina tira metálica (consumível), interposta entre o disco e a peça, num ou nos dois lados da junta;

• Soldagem a topo de tubos, para aplicações menos exigentes, resultando sobre-metal (interna e externamente) extrudado pela pressão aplicada lateralmente, que não pode ser retirado.

Um outro emprego para esse método, é para a produção de pontos espaçados na junta. Eletrodos (discos): geralmente são produzidos com materiais do grupo A. As principais dimensões que os caracterizam, são as seguintes:

• Diâmetro; • Largura de face;

• Perfil da face. A refrigeração do disco e sua montagem são os grandes responsáveis pela eficiência da operação. A refrigeração mais comum é por meio de solda submersa ou dirigir um jato de fluído sobre a junta. Se isso não adiantar, o braço e o disco devem ser refrigerados internamente. Tipos de corrente:

• Alternada aplicada de forma constante, com movimento continuo dos discos: pouco utilizada, pois é empregada com velocidade baixa, e em peças com no máximo 1mm de espessura. Pode provocar arco no final da solda, quando as peças deixam os eletrodos, provocando fusão superficial em ambos.

• Corrente pulsada com movimento continuo ou intermitente dos discos: a corrente varia entre zero e um pico de amplitude, em períodos de tempo pré-estabelecidos. É a forma de operação mais indicada, pois permite maior controle sobre a geometria do ponto, efetua certo forjamento no resfriamento e minimiza a distorção.

• Corrente modulada, com movimento continuo dos discos: corrente varia entre amplitudes mínimas e máximas, em períodos de tempos pré-ajustados.

Ciclo de corrente: determinado pela razão entre os períodos em que a corrente circula (ou de aquecimento) e de resfriamento. A intensidade dessa corrente determina a penetração (profundidade do ponto nas peças). Se for excessivo, produz entalhes superficiais. O diâmetro do ponto deve ser 3,5 vezes a espessura da peça mais fina. Velocidade de soldagem: determinada pela razão entre os números de pontos realizados por unidade de tempo e por unidade de comprimento. Maior a velocidade, maior deve ser a razão entre os períodos de aquecimento e resfriamento, para que a sobreposição e a penetração dos pontos se mantenham constante. Número de pontos por unidade de tempo: estabelecido pela razão entre a freqüência de corrente alternada utilizada e a soma dos ciclos de aquecimento e resfriamento de uma única solda.