Processo Eletrodo Revestido

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1 Processo Eletrodo Revestido Prof. Valtair Antonio Ferraresi Soldagem é o processo de união de materiais usado para obter a coalescência (união) localizada de metais e não metais, produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a utilização de pressão e/ou material de adição" (American Welding Society - AWS). 1

2 Vantagens, Limitações e Aplicações FONTES DE SOLDAGEM A ARCO VOLTAICO Eletrodo Revestido Aspecto Geral: Fontes de energia para soldagem a arco voltaico podem ser consideradas simplesmente como o ponto de alimentação da energia elétrica ao processo. Entretanto, as fontes exercem grande influência sobre o desempenho de um processo de soldagem (qualidade e produtividade) Existem três requisitos básicos para uma fonte de energia para soldagem a arco: - produzir saídas de corrente e tensão a níveis e com características adequadas para o processo de soldagem (baixa tensão e alta corrente); - permitir o ajuste adequado dos valores de corrente e/ou tensão para aplicações específicas; - controlar a variação e a forma de variação dos níveis de corrente / tensão de acordo com os requerimentos do processo de soldagem e aplicação. Adicionalmente, o projeto de uma fonte para soldagem precisa atender outros requisitos, tais como: - estar em conformidade com normas e códigos relacionados com a segurança e funcionalidade; - apresentar resistência e durabilidade à ambientes fabris, com instalação e operação simples e segura. 2

3 Transformadores Elétricos Transformadores Elétricos são aparelhos estacionários para transferir energia elétrica de um circuito de corrente alternada para um outro, sem alterar a freqüência, através de um campo magnético. A função de um transformador é aumentar ou diminuir a tensão. As fontes de soldagem a arco voltaico compõem uma categoria especial das fontes de energia elétrica, caracterizando-se principalmente por fornecerem baixa tensão de trabalho (normalmente entre 10 e 40 V) e altas correntes (comumente entre 50 e 1000 A). The National Electrical Manufactures Association - NEMA, em uma publicação específica para fontes de soldagem defini as fontes de soldagem da seguinte forma: - Fonte Corrente Constante - É aquela que permite o ajuste da corrente de trabalho e que tem uma curva estática tensão-corrente que tende a produzir uma corrente de trabalho relativamente constante. - Fonte de Tensão Constante - É aquela que permite o ajuste da tensão de trabalho, e que tem uma curva estática tensão-corrente que tende a produzir uma tensão de trabalho relativamente constante. Tensão (V) V/ I 50 mv/a Tensão (V) Fonte corrente constante V Fonte tensão constante V V/ I > 200 mv/a I Corrente (A) I Corrente (A) (a) (b) 3

4 Nas fontes do tipo tensão constante, é possível ajustar a tensão, enquanto nas fontes do tipo corrente constante, ajusta-se a corrente. Este ajuste pode ser contínuo, quando a posição das curvas características são ajustadas por pequenos incrementos, ou por escalões ("taps"), para o qual este incremento é maior e não permite a fixação de valores intermediários a cada escalão Tensão (V) Corrente (A) Tipos de Fontes quanto ao Tipo de Corrente O comportamento da tensão e corrente ao longo do tempo, em regime e não em transientes, é comumente chamado de tipo de corrente (alternada, contínua, etc.). Os tipos mais comuns de correntes aplicadas em soldagem são as alternadas do tipo senoidal (como da rede pública) e contínua (como das baterias). Desta forma, as fontes também podem ser classificadas quanto ao tipo de corrente: - Corrente contínua - constante - pulsada - Corrente alternada senoidal - quadrada Corrente ou tensão _ + Corrente ou tensão _ (a) (c) Tempo Tempo Corrente ou tensão Corrente ou tensão _ + _ (b) (d) Tempo Tempo 4

5 Tipos de Fontes Em função desta definição, as fontes de soldagem podem se classificar em: - Transformadores. CA (corrente alternada) - Moto-Gerador. CA (alternadores). CC (conversores) - Transformador-Retificador (CC). controle eletromagnético. controle eletrônico - Inversores Fator de Carga (Ciclo de Trabalho) Detalhe bastante importante a ser verificado na utilização do equipamento Fonte de energia com características de corrente constante para soldagem em corrente alternada. Fonte de corrente contínua para soldagem manual com eletrodos revestidos. Ideal para uso em indústrias de produção leve e média, manutenção, serralherias, etc. 5

6 Fonte de soldagem com Eletrodo Revestido Tensão (V) 1 0 a 1 a 0 a 2 2 CEF Tensão (V) CEF a 1 1 a 0 0 a 2 2 I 1 I 0 I 2 Corrente (A) I 1 I 0 I 2 Corrente (A) (a) (b) Tensão (V) Corrente (A) Característica estática do arco Característica estática do arco é a relação entre a tensão e a corrente Característica estática do arco tem a forma não linear, ou seja a sua resistência elétrica depende da corrente. A curva característica apresenta uma queda de tensão com a corrente até um valor certo, acima de qual a tensão cresce com a corrente. U U 0 A posição da curva característica e o seu formato dependem do tamanho, geometria e material e temperatura do cátodo e do ânodo, da composição e da pressão de gás de proteção e do comprimento do arco (um aumento no comprimento do arco tende a aumentar a tensão). Característica estática do arco (CEA) I 6

7 Ponto de Trabalho O ponto de trabalho é o ponto de encontro de uma CEA Arco) com a CEF (Característica estática de Fonte) (Característica Estática de U U U o U 2 U 1 CEF 2 CEA 2 1 CEA 1 U o U 2 U 1 CEF CEA 2 CEA 1 I s2 I s1 I I s2 I s1 I Retificadores Características Estáticas típicas de retificadores (comando eletromagnético) Mas ao se usar um eletrodo que demanda maior tensão, a corrente seria e 140 A e a tensão de 25 V, para o mesmo juste. Por exemplo, para este ajuste de 160 A, ao se soldar com um arco curto, a corrente seria de 150 A e a tensão de 20 V. 7

8 Geradores Fontes Eletrônicas Características Estáticas típicas de fontes eletrônicas Por exemplo, para um dado ajuste, a corrente independe do tipo do eletrodo ou comprimento do arco. Abertura do Arco em soldagem Processo Eletrodo Revestido Toque do eletrodo na peça 8

9 O Eletrodo Alma - serve para conduzir corrente e fornecer material de adição: maciça (normalmente trefilada de aço efervescente, podendo ainda ser fundida) Tubular (raro) A alma pode ser ou não compatível quimicamente com o metal de base ; Tipos de Eletrodos: Aços ao Carbono Aços baixa liga Aços alta liga (inoxidáveis e resistentes ao calor) Ligas resistentes ao desgaste Alumínio e suas ligas Cobre e suas ligas Níquel e suas ligas Ferros fundidos 9

10 Funções dos revestimentos dos eletrodos Os ingredientes que são usualmente empregados nos revestimentos podem ser classificados fisicamente, grosso modo, como líquidos e sólidos. Os líquidos são geralmente o silicato de sódio e o silicato de potássio. Os sólidos são pós ou materiais granulados que podem ser encontrados livres na natureza, e necessitam apenas de concentração e redução de tamanho até o tamanho de partícula adequado. Outros materiais sólidos empregados são produzidos como resultado de reações químicas, tais como ligas ou outros compostos sintéticos complexos. A estrutura física dos ingredientes do revestimento pode ser classificada como cristalina, fibrosa ou amorfa (não-cristalina). Materiais cristalinos como rutilo, quartzo e mica são comumente utilizados. O rutilo é a ocorrência natural do mineral dióxido de titânio (TiO2), e é largamente empregado no revestimento dos eletrodos. Materiais fibrosos como celulose, e materiais amorfos como sílica e outros compostos orgânicos são também ingredientes comuns dos revestimentos. As funções do revestimento são: Proteção do metal de solda - a função mais importante do revestimento é proteger o metal de solda do oxigênio e do nitrogênio do ar quando ele está sendo transferido através do arco, e enquanto está no estado líquido. Estabilização do arco - um arco estabilizado é aquele que abre facilmente, queima suavemente mesmo a baixas correntes e pode ser mantido empregando-se indiferentemente um arco longo ou um curto. Adições de elementos de liga ao metal de solda - uma variedade de elementos tais como cromo, níquel, molibdênio, vanádio e cobre podem ser adicionados ao metal de solda incluindo-os na composição do revestimento. Direcionamento do arco elétrico - o direcionamento do fluxo do arco elétrico é obtido com a cratera que se forma na ponta dos eletrodos. O uso de aglomerantes adequados assegura um revestimento consistente que manterá a cratera e dará uma penetração adicional e melhor direcionamento do arco elétrico. Função da escória como agente fluxante - a função da escória é (1) fornecer proteção adicional contra os contaminantes atmosféricos, (2) agir como purificadora e absorver impurezas que são levadas à superfície e ficam aprisionadas pela escória, e (3) reduzir a velocidade de resfriamento do metal fundido para permitir o escape de gases. 10

11 características da posição de soldagem - é a adição de certos ingredientes no revestimento, principalmente compostos de titânio, que tornam possível a soldagem fora de posição (posições vertical e sobrecabeça). As características da escória principalmente a tensão superficial e a temperatura de solidificação determinam fortemente a capacidade de um eletrodo ser empregado na soldagem fora de posição. controle da integridade do metal de solda - a porosidade ou os gases aprisionados no metal de solda podem ser controlados de uma maneira geral pela composição do revestimento. O ferromanganês é provavelmente o ingrediente mais comum utilizado para se conseguir a fórmula corretamente balanceada. propriedades mecânicas específicas do metal de solda propriedades mecânicas específicas podem ser incorporadas ao metal de solda por meio do revestimento. Altos valores de impacto a baixas temperaturas, alta ductilidade, e o aumento nas propriedades de escoamento e resistência mecânica podem ser obtidos pelas adições de elementos de liga ao revestimento. isolamento da alma de aço - o revestimento atua como um isolante de tal modo que a alma não causará curto-circuito durante a soldagem de chanfros profundos ou de aberturas estreitas; o revestimento também serve como proteção para o operador quando os eletrodos são trocados. Classificação dos ingredientes do revestimento Os materiais do revestimento podem ser classificados em seis grupos principais: elementos de liga - elementos de liga como molibdênio, cromo, níquel, manganês e outros conferem propriedades mecânicas específicas ao metal de solda. aglomerantes - silicatos solúveis como os de sódio e potássio são empregados no revestimento dos eletrodos como aglomerantes. As funções dos aglomerantes são formar uma massa plástica de material de revestimento capaz de ser extrudada e secada no forno. formadores de gases - materiais formadores de gases comuns são os carboidratos, hidratos e carbonatos. Esses materiais desprendem dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) e vapor d'água. estabilizadores do arco - o ar não é suficientemente condutor para manter um arco estável, e então se torna necessário adicionar ao revestimento ingredientes que proporcionarão um caminho condutor para a corrente elétrica. Isso é particularmente verdadeiro durante a soldagem com corrente alternada. Materiais estabilizantes são os compostos de titânio, potássio e cálcio. formadores de fluxo e escória - conferir propriedades como viscosidade, tensão superficial e ponto de fusão. A sílica e a magnetita são materiais desse tipo. plasticizantes - os revestimentos são freqüentemente granulados e, para extrudá-los com sucesso, é necessário adicionar materiais lubrificantes e plasticizantes para fazer com que o revestimento flua suavemente sob pressão. Os carbonatos de cálcio e de sódio são os mais utilizados. 11

12 Composição e função dos constituintes do revestimento dos eletrodos Tipos de revestimento Celulósico O revestimento celulósico apresenta as seguintes características: - elevada produção de gases resultantes da combustão dos materiais orgânicos (principalmente a celulose); - principais gases gerados: CO2, CO, H2, H2O (vapor); - não devem ser ressecados; - o alto nível de hidrogênio no metal de solda depositado impede o uso em estruturas muito restritas ou em materiais sujeitos a trincas por hidrogênio; - alta penetração; - pouca escória, facilmente destacável; - muito utilizado em tubulações na progressão descendente; - operando em CC+. Rutílico O revestimento rutílico apresenta as seguintes características: - consumível de uso geral; - revestimento apresenta até 50% de rutilo (TiO2); - média penetração; - escória de rápida solidificação, facilmente destacável; - o metal de solda pode apresentar um nível de hidrogênio alto (até 30 ml/100g); - requer ressecagem a uma temperatura relativamente baixa, para que o metal de solda não apresente porosidades grosseiras. 12

13 Básico O revestimento básico apresenta as seguintes características: - geralmente apresenta as melhores propriedades mecânicas e metalúrgicas entre todos os eletrodos, destacando-sea tenacidade; - elevados teores de carbonato de cálcio e fluorita, gerando um metal de solda altamente desoxidado e com baixo nível de inclusões complexas de sulfetos e fosfetos; - não opera bem em CA, quando o teor de fluorita é muito elevado; - escória fluida e facilmente destacável; - cordão de média penetração e perfil plano ou convexo; - requer ressecagem a temperaturas relativamente altas; - após algumas horas de contato com a atmosfera, requer ressecagem por ser altamente higroscópico; Classificação de eletrodos revestidos para aços carbono A especificação AWS A5.1 - Essa especificação da American Welding Society (AWS) 13

14 Classificação dos eletrodos para aços carbono 14

15 Especificações (normas) AWS para Eletrodo Revestido REF. AWS SFA 5.1 SFA 5.3 SFA 5.4 SFA 5.5 SFA 5.6 SFA 5.11 SFA 5.13 SFA 5.15 SFA 5.21 Aços ao Carbono Alumínio e suas ligas Aços inoxidáveis Aços baixa liga Cobre e suas ligas Níquel e suas ligas Revestimento (alma sólida) Ferros fundidos Eletrodos para: revestimento (alma tubular com carbonetos de Tungstênio) Seleção do eletrodo adequado para aços carbono Alguns itens a serem considerados são: Tipo do metal de base - a soldagem de aços carbono ou aços de baixo carbono (teor de carbono inferior a 0,30%) com eletrodos revestidos de alma de aço doce não apresenta problemas na medida em que a resistência à tração do metal de solda normalmente excede a resistência à tração do metal de base. Posição de soldagem - a posição de soldagem determinará se será empregado um eletrodo para soldagem em todas as posições ou outro para posições plana e horizontal. Correntes de soldagem mais altas e, portanto, maiores taxas de deposição são possíveis durante a soldagem nas posições plana ou horizontal. Sempre que possível, a peça deve ser posicionada levando-se em consideração a facilidade de soldagem a maior velocidade de soldagem. 15

16 Equipamento disponível - a escolha do eletrodo dependerá dos equipamentos CA ou CC disponíveis. Se ambos os equipamentos estiverem disponíveis, considere os seguintes fatos gerais: 1. para uma penetração mais profunda empregue CC+; 2. para uma penetração menos profunda e maior taxa deposição empregue CC-; 3. para ficar livre de sopro magnético aplique CA. Espessura da chapa - durante a soldagem de chapas finas devem ser empregados eletrodos de baixa penetração. Chapas mais espessas podem necessitar de um eletrodo com penetração profunda. Muitas chapas grossas podem necessitar de eletrodos de penetração profunda para o passe de raiz, e de um eletrodo de mais alta taxa de deposição para os passes subsequentes. Custos da soldagem - os principais fatores que afetam os custos da soldagem são a mão de obra e indiretos, a taxa de deposição, a eficiência de deposição e o custo dos eletrodos. Armazenagem Ressecagem 16

17 Manutenção Conexão do Cabo Terra Grampos: 17

18 Conexão do Cabo Terra Terminais; Cabos Cobre, ou Alumínio; Flexíveis; Boa isolação (borracha sintética): Flexibilidade Resistência ao calor, ambiente e respingos. 18

19 Diâmetros dos Cabos Função: Corrente de soldagem; Ciclo de trabalho; Comprimento total dos cabos do circuito. Corrente de soldagem Ciclo de trabalho Diâmetro do cabo (mm) em função de seu comprimento (m) (A) (%) X 10 Máscaras: Protege dos raios (ultravioletas e infravermelhos: Olhos; Rosto; Pescoço; Cabeça. 19

20 Formatos de Máscaras: Tipo Escudo; Tipo capacete. FILTROS As lentes (filtros) são montadas nos protetores faciais (capacetes ou escudos); As lentes que não permitissem a passagem das radiações infravermelho e ultravioletas seriam as ideais, mas difícil de se obter; O grau de proteção da lente é função da intensidade do arco. 20

21 Tabela de Filtros para Radiação Luminosa (arco) Máscaras Especiais: Escurecimento automático; Ergonômicas. 21

22 Proteção do corpo: SEGURANÇA 44 22

23 Limpeza da Solda: Escovas de aço (ao carbono e inoxidável); Picadeiras. FIM 23