eletrodo revestido

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Esta é uma apostila relacionada aos principais fundamentos do processo por eletrodo revestido, que é caracterizado por um processo GMAW (Gás Metal Arc Welding)

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  • Processos Usuais de Soldagem II Flix de Camargo Ferreira Junior abril/2003

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    C A P T U L O I I I

    O ARCO ELTRICO

    1. Caractersticas do arco.O arco eltrico pode ser considerado como um condutor gasoso, que transforma energia eltrica

    em calor e usado na soldagem para produzir grande quantidade de calor e por ser de fcil controle por meios eltricos.

    A origem do nome arco devida forma assumida pelo mesmo, quando estabelecido entre dois eletrodos colocados na posio horizontal, em funo da corrente ascendente dos gases aquecidos.

    Alm de usado como fonte de calor, o arco tambm usado em certos casos, na remoo de xidos da superfcie metlica. Alm disso, o arco influencia sobemaneira o modo de transferncia do metal lquido quando existe deposio, desde o eletrodo at a pea.

    O arco eletrico usado em soldagem considerado como uma descarga num meio gasosocondutor e a corrente conduzida atravs do meio, gera calor e luminosidade. Os arcos usados emsoldagem podem ser contnuos, mais frequentemente intermitentes, por causa de interrupescausadas por curtos-circuitos ou descontnuos, influenciados por alternncia do fluxo de corrente ou por fluxo turbulento de gs condutor.

    A corrente no arco transferida atravs do plasma, ou seja, o estado em que o gs se encontra ionizado e onde o nmero de eltrons aproximadamente igual ao nmero de ons ( equivale a dizer, um meio eletricamente neutro ) . um meio de alta temperatura, em equilbrio e em evoluopermanente. O nome plasma em grego significa meio.

    Para a manuteno do arco eltrico necessrio o cumprimento de algumas condiesparticulares:

    - existncia de uma diferena de potencial conveniente entre os eletrodos. - existncia de uma distncia mnima entre os eletrodos.- existncia de uma atmosfera ionizvel.- capacidade de termo-emisso eletrnjica por parte do eletrodo.Inmeros parmetros podem modificar o aspecto do arco: natureza, forma e dimenses do

    eletrodo, comprimento do arco, forma e presso do meio envolvente, caracterstica da fonte de corrente e intensidade da corrente eltrica.

    2. Descrio dos fenmenos eltricos do arco.

    O estudo do arco eltrico atravs de uma lente escura, permite vislumbrar trs reas distintas.- uma zona brilhante no catodo. - uma zona mais brilhante no anodo.- uma coluna gasosa, de alta temperatura, ligando anodo e catodo.O catodo emite eltrons na razo direta da intensidade da corrente. No trajeto, os eltrons se

    chocam com molculas, gerando o choque, alta energia, com formao de on, que nada mais so que molculas portadoras de carga.

    A maioria dos gases raros ( argnio e hlio ) , N2 e H2 formam ons positivos pela perda de um eltron. Desta maneira, dois eltrons vo em direo ao anodo, enquanto o on positivo retorna ao catodo.

    O oxignio por seu lado, pode captar um eltron e haver formao de ons negativos, que caminha em direo ao anodo.

    Dessa maneira, so trs os tipos de partculas que se deslocam no interior do arco:- eltrons que saem do catodo e bombardeiam o ando.- ons positivos que vo em direo ao catodo.- ons negativos (como do oxignio), que vo em direo ao anodo.

    3. Queda de tenso andica e catdica.

    Estudos demonstram a existncia de bruscas quedas de tenso no anodo e no catodo, enquanto que no arco propriamente, h uma variao linear da queda de tenso ( funo da distncia entreeletrodos ) , como se fosse um condutor metlico.

    As zonas de queda de tenso antica e catdica tem espessuras de 10 -2 e 10-5 cm,respectivamente. So reas de intensa liberao de calor, diretamente relacionadas com as quedas de

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    tenso antica e catdica; essas quedas de tenso, no caso dos arcos usados em soldagem , so pouco influenciadas pelo comprimento do arco ou pela intensidade da corrente.

    A emisso eletrnica devida ao forte gradiente de potencial ( campo magntico ) , que existe na superfcie catdica e ao efeito termo-eletrnico ( emisso de eltrons sob efeito do calor ) .

    Em certos tipos de eletrodos , tungstnio e carbono, por exemplo, este fenmeno preponderante.

    4. Temperatura do arco eltrico

    A temperatura do arco eltrico de difcil determinao, mas pode-se afirmar que fica entre 5.000 e 30.000 K, dependendo do tipo de plasma e da intensidade da corrente transportada pelo mesmo.

    Quando se trata de eletrodos revestidos, dada a presena de elementos qumicos ionizantes (como sdio e potssio) no revestimento, pode-se dizer que a mxima temperatura atingida da ordem de 6.000 K. No caso de arco estabelecido em atmosfera de gases inertes, as temperaturas podemchegar a 30.000 K e mesmo a 50.000 K em fontes muito potentes.

    As medidas de temperatura so feitas atravs da medio da radiao espectral emitida. A figura mostra a ditribuio trmica num arco em atmosfera de argnio, com 200A, estabelecido entre um eletrodo de tungstnio e uma placa de cobre refrigerada a gua.

    As perdas de energia no arco variam com o perfil da temperatura e com a condutividade trmica, com a conveco e com a radiao.

    A figura mostra as condutividades trmicas de vrios gases a 1 atmosfera de presso. O N2 e o H2 apresentam picos em razo da dissociao e da associao, nas formas molecular e atmica.

    5. Radiao

    A quantidade de radiao emitida pelo arco funo da massa atmica e da estrutura do gs, da presso e temperatura do mesmo.

    A perda de energia por radiao pode chegar a 20% no caso de arco sob argnio, enquanto nos outros processos , dificilmente ultrapassa 10%.

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    Queda de

    tenso

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    6. Caractersticas eltricas

    Igualmente aos condutores eltricos, tambm o arco se comporta como resistncia eltrica. A resistncia inversamente proporcional densidade das cargas transportadas e sua mobilidade, sendo que a impedncia total depende distribuio radial e axial das cargas.

    A potncia dissipada no arco expressa como o produto das quedas de tenso pela corrente.

    P = I ( Ea + Ec + Ep )

    Onde P a potncia expressa em watts, I a corrente em Amperes, Ea a queda de tenso andica , Ec a queda de tenso catdica e Ep a queda de tenso no arco ( ou plasma de arco ) .

    Na seco transversal do arco h regies onde ocorrem expanes e contraes e em funo disso , o arco toma a forma do sino ou cone , formas elpticas ou outras configuraes no cilndricas. Os fatores que influenciam as vrias formas do arco podem ser : configurao geomtrica dos terminais ( eletrodos ), foras gravitacionais, foras magnticas e interaes entre o plasma e a pressoambiente. A rea por onde flui a corrente entre os terminais ( anodo e catodo ) tem forte efeito no perfildo arco e no fluxo de energia entre os mesmos ; a densidade de corrente muito importante no tamanho e na forma da zona de fuso e na penetrao do cordo.

    7. Influncia dos campos magnticos no arco eltrico

    O arco eltrico influenciado por campos magnticos, tanto induzidos como permanentes, que produzem campos de fora que defletem o arco, comumente chamado sopro de arco ; os campos magnticos tambm influenciam a coluna de plasma e a transferncia do metal atravs do arco. O campo magntico pode ser auto- induzido e associado corrente do arco ou ser produzido pormagnetismo residual do metal que est sendo soldado ou por fonte externa.

    O efeito dos campos magnticos externos determinado pelas foras de Lorentz , dado pelo produto vetorial entre o campo externo e a corrente. O arco defletido numa curva, que vai da ponta do eletrodo em direo ao metal de base. A deflexo dada pela regra da mo esquerda e pode serentendida como linhas de fluxo que envolvem um condutor, somadas vetorialmente as linhas de campo aplicadas de um lado e anuladas de outro lado. O arco ser defletido na direo do fluxo de menor intensidade.

    A deflexo na direo do trabalho resulta num cordo mais largo e menos penetrante, podendo inclusive ser usado na soldagem de chapas de pequenas espessuras . A deflexo na direo contrria ao trabalho melhora a aparncia e reduz as mordeduras quando se usa altas velocidades de soldagem .

    A deflexo tambm pode ser causada por eletrodos mltiplos ( arco submerso com 3 eletrodos ) onde se usa o campo eletromagntico vizinho para aumentar a velocidade de soldagem, sem aocorrncia de mordeduras

    8. Sopro de arco

    Sob dadas condies o arco tem tendncia a fugir do ponto a ser soldado , dificultando a execuo do cordo ; o resultado de distrbios magnticos nas propriedades do arco e decorre de duas condies bsicas :

    - a mudana na direo da corrente que entra na pea e se dirige ao ponto de trabalho.-ao arranjo assimtrico nos materiais magnticos em torno do arco ( condio comum quando se

    inicia ou finaliza soldas em chapas, em materiais ferromagnticos).Embora o fenmeno no possa ser eliminado , pode ser reduzido .

    Nas figuras abaixo so mostrados o sentido da corrente e das linhas de fluxo. As linhas de fluxo esto concentradas no arco e so esparsas em outros pontos da pea. Consequentemente o campo mais forte onde h maior concentrao do fluxo que em outros pontos e pela regra da mo esquerda, a fora tende a se afastar do ponto da conexo eltrica.

    sabido que as linhas de fluxo passam mais facilmente no material magntico que no ar. No caso da soldagem em incio ou fim de chapas, o metal de base ter um fluxo maior que o ar, trazendo com isso o desvio do arco .

    Baixa tenso de arco resulta em arco mais rgido , que resiste melhor ao sopro magntico que uma alta tenso de arco.

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    Na soldagem em CA, o efeito do sopro de arco menos sensvel, em funo da mudan

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