PROCESSOS DE SOLDA A ARCO VOLTAICO

Maruan Sodr

Faculdade Talentos Humanos FACTHUS maruansodre@hotmail.com

Jairo do Nascimento Barbosa

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

Sergio Andrigo

Faculdade Talentos Humanos FACTHUS sergioandrigo@yahoo.com.br

Resumo

A soldagem um processo que visa a uniso

localizada de materiais, similares ou no, de

forma permanente, baseada na ao de foras em

escala atmica semelhantes s existentes no

interior do material e a forma mais importante

de unio permanente de peas usadas

industrialmente. Existem basicamente dois

grandes grupos de processos de soldagem. O

primeiro se baseia no uso de calor, aquecimento e

fuso parcial das partes a serem unidas, e

denominado processo de soldagem por fuso. O

segundo se baseia na deformao localizada das

partes a serem unidas, que pode ser auxiliada

pelo aquecimento dessas at uma temperatura

inferior temperatura de fuso, conhecido como

processo de soldagem por presso ou processo de

soldagem no estado slido.[1]

1. Introduo

Dentre os dois processos de soldagem vamos destacar o estudo do primeiro processo a

cima citado denominado processo de soldagem

por fuso. Esta soldadura difere daquela de

resistncia por dois aspectos: no s o arco

eltrico responsvel pela obteno da

temperatura de fuso, como tambm se acrescenta

metal fundido extra para completar a soldadura.

Por tanto, esta uma forma de solda por fuso,

distinta da solda por presso, onde o metal tendo

chegado temperatura de solda, unido por

presso, como ocorre na soldadura por

resistncia.[2]

2. Conceitos do processo de soldagem

2.1 Soldadura eltrica por resistncia

O aquecimento mediante corrente

eltrica amplamente usado para a soldadura de

metais. Normalmente se utiliza da corrente

alternada (rede eltrica), a qual bastante

conveniente para a obteno das intensas

correntes necessrias ao processo. A tcnica

mais comum para a obteno de tais correntes

implica no uso de um transformador abaixador

de tenso.

Fig. 1 soldadura de topo

A figura (1) mostra o princpio da

soldadura de topo. As peas metlicas, a serem

unidas pela soldadura eltrica, so postas em

contato e se faz fluir por elas uma intensa corrente

eltrica. A regio da juno apresenta uma

resistncia eltrica muito maior que aquelas

impostas pelas peas metlicas e, por isso, ali, a

temperatura se eleva rapidamente at a

temperatura de soldadura; foras de compresso

so aplicadas para completar o processo.

2.2 - Arco eltrico

Quando a corrente cessa num circuito,

mediante a ao de um interruptor ou

interrompida por qualquer outro modo, se

observa a amide um pequeno centelha entre os

terminais metlicos onde ocorreu a interrupo:

trata-se de um arco eltrico momentneo.

Com altas tenses o arco tende a persistir e no

raramente deve-se recorrer a mtodos especiais

para suprimi-lo. Por outro lado, quando

controlado apropriadamente, admite teis

aplicaes. No arco de carvo (carbono) - muito

conhecido por arco voltaico -, so postos em

contato dois bastes de carbono (normalmente

revestidos por fina camada de cobre), que so

separados a seguir. A intensa corrente eltrica

esquenta os bastes no ponto de contacto e,

quando se separam, o fluxo continua atravs do

vapor de carbono que h entre eles, formando

um arco luminoso, como na figura (c).

O arco recebe este nome porque a corrente de ar

quente que se eleva, tende a desvi-lo para cima,

tomando a forma de um arco.

Figura 2. Arco eltrico

Grande parte da intensa luz produzida

provm no propriamente do arco e sim d os

extremos superaquecidos dos bastes de carvo.

O carvo positivo (nas aplicaes onde o

sistema alimentado por corrente contnua)

alcana uma temperatura ao redor dos 3 500oC,

enquanto que o negativo alcana uns 2 500oC.

Isto justifica porque o positivo contribui com

trs quartas partes da luz produzida, mas,

todavia, como queima muito mais rapidamente

que o basto negativo, fica explicado tambm o

porque, geralmente, esse basto fabricado mais

grosso que o outro (repare isso na figura (c)).

Sob corrente contnua, quando os bastes se

encontram prximos, forma-se uma cratera no

extremo do basto positivo. A d.d.p. necessria

para manter o arco depende da separao dos

bastes ou barras do material utilizado. Com

eletrodos de carvo so necessrios cerca de 40

volts para sua produo e devemos acrescentar

uns 3 volts para cada milmetro de separao;

por exemplo, um arco tpico de 5 milmetros de

extenso necessitar de 50 a 60 volts para ser

mantido. Com eletrodos metlicos a d.d.p. de

funcionamento muito menor. A lei de Ohm, no

geral, no obedecida para a conduo atravs

de um vapor ou de um gs, sendo isso

particularmente correto no caso do arco eltrico.

Se a corrente eltrica que passa pelo arco for

controlada e ajustada mediante um reostato em

srie e medirmos para sucessivos valores da

intensidade de corrente a d.d.p. entre os

extremos do arco, obteremos uma curva

caracterstica como a ilustrada na figura 3.

Figura 3. Curvas caractersticas de arcos.

Nota: Aqui utilizamos o eixo horizontal para as

intensidades de corrente e o eixo vertical para as

correspondentes d.d.p., tcnica pouco comum

para o levantamento de curvas caractersticas. A

razo disso que o arco no manter uma

corrente constante para uma d.d.p. fixada,

porm, inversamente, se a intensidade de

corrente for mantida constante (mediante um

controle externo), a d.d.p. se manter fixa.

Assim, a intensidade de corrente aqui a

varivel 'independente' e, como tal, grafada no

eixo horizontal. A curva mostra que, ao

aumentarmos a intensidade de corrente, diminui

a d.d.p. atravs do arco. Um fator de contribui

para isso o aumento na seo transversal do

arco, o que determina uma diminuio em sua

resistncia efetiva. Uma conseqncia

importante disso que o arco torna-se instvel

quando se opera com uma fonte de tenso

constante; se a corrente diminui, a d.d.p. (que

constante) torna-se inadequada para manter o

arco e esse se extingue; se a corrente aumenta, a

d.d.p. (que constante) comporta-se muito alta

para a operao e o arco se fortalece at formar

um verdadeiro curto circuito. Com o propsito

de manter estacionria a corrente, deve-se

associar em srie um resistor de lastro. A curva

caracterstica do arco de carvo conforme a

figura 3.

3. Evoluo da soldagem

A evoluo tecnolgica obrigou cada vez

mais que as tcnicas de soldagem fossem

refinadas e melhoradas e mesmo criadas. Os

fatores determinantes para estes avanos podem

ser relacionados a trs aspectos fundamentais.[4]

3.1 Tendncias proliferao de metais e

ligas

No incio do sculo a solda era usada no ferro, no ao e no cobre. Atualmente o processo

aplicado aos aos inoxidveis, ligas leves, aos

ligados especiais e mais recentemente ao titnio,

zircnio e molibdnio. H sempre a perspectiva

do uso de novas matrias e, portanto pesquisas de

novas tcnicas.

3.2 Tendncias automatizao

Forado pela busca de reduo de custos,

tempos de execuo e produtividade, a pesquisa

para automatizao de processos constante,

envolvendo inclusive profissionais de outras reas

da engenharia.

3.3 Tendncias proliferao de normas,

especificaes e mtodos de controle

Como o campo da soldagem amplia-se

constantemente, as especificaes se tornam mais

restritas e as tolerncias mais restritas e as

tolerncias mais estreitas. O controle de qualidade

atual exige o uso crescente de recursos de

informtica.

4. Principais processos de soldagem

4.1 Soldagens a arco voltaico

Neste processo a fuso originada a

partir da ao de um arco voltaico. Constitui

atualmente o principal meio de soldagem dos

metais. A soldagem a arco voltaico possui as

vantagens de obter alta concentrao de calor com

altas temperaturas em pequeno espao de forma

que a zona calorfica fica muito limitada [1]

(QUITES;DUTRA,1979).

4.2 Tipos de soldagem a arco voltaico

Os processos de soldagem a arco podem

ser divididos em dois grupos: arco encoberto e a

descoberto (visvel). Os processos de soldagem a

arco encoberto podem se dar mediante o emprego

de um fio contnuo ou uma fita contnua enquanto

que os processos de soldagem a arco descoberto

podem se dar com eletrodos auto protetores ou

eletrodos imersos em atmosferas protetoras. No

processo de soldagem a arco encoberto temos que

um arame nu, alimentado continuamente, funde-se

no arco voltaico sob a proteo de um fluxo de p.

Este p varia segundo diversas variveis e pode

ser reutilizado.

4.3 Soldagens a arco voltaico

A fuso origina-se da ao direta e

localizada de um arco voltaico. Vantagens: o arco

permite obter elevadas temperaturas num pequeno

espao, limitando a zona de influncia calorfica.

Permite o uso de qualquer atmosfera gasosa, que

quando neutra, proporciona menor contaminao

do banho metlico. Origens e evoluo: o arco

voltaico aplicado soldagem foi introduzido por

N. R. Bernardos em 1887. O princpio era um arco

voltaico entre um eletrodo de carvo e a pea.

Fundia-se o material da zona a unir sem consumir

o eletrodo. O material de adio era introduzido

separadamente. Em 1889, Zerener introduziu no

processo um segundo eletrodo, fazendo o arco

entre os dois eletrodos, sendo que a corrente no

mais percorria a pea, permitindo, portanto a

soldagem de materiais no condutores.

Figura 4. Processo Bernardos

O processo de Slavianoff, de 1892 introduziu a

conexo eltrica na prpria vareta do material de

adio, tornando o eletrodo consumvel. Em 1905

Kjellberg criou o eletrodo revestido, que permitiu

incorporar substncias, para produzir efeitos

especiais na solda. A evoluo posterior levou ao

uso do arco protegido, inicialmente com

hidrognio, e posteriormente com gases neutros.

Figura 5. Processo Slavianoff

Pouco tempo depois surgiu a solda com arco

protegido a hidrognio. Este processo, conhecido

como soldagem com "hidrognio atmico" ou

soldagem "arco-atmica", utilizava um arco

voltaico em atmosfera de hidrognio, entre dois

eletrodos permanentes de tungstnio.

Figura 6. Processo Hidrognio Atmico

O hidrognio se dissocia no arco eltrico,

passando para o estado atmico com absoro de

energia. Em contato com o metal de solda ou com

as peas a unir, mais frios, o hidrognio volta ao

estado molecular, liberando calor e aumentando o

rendimento trmico do processo. A chama

produzida pela queima do hidrognio tambm

contribua para o rendimento trmico. A fonte de

energia era um transformador especial para

produzir a alta tenso para acender o arco (acima

de 70 volts), mas sem perigo para o soldador.

O processo caiu em desuso quando gases neutros

passaram a ser usados com atmosfera de

soldagem.

5. Processos atuais de soldagem a arco

voltaico

5.1 Soldagem com eletrodo revestido

o processo mais usado, devido a sua

versatilidade. indicado para soldagem de aos.

Eletrodo revestido: Os ingredientes que formam

o revestimento so triturados, dosados e

misturados at a obteno de uma massa

homognea. A massa conformada sobre as

varetas metlicas, com comprimentos padro a

partir de 300 mm. Em seguida o revestimento de

uma das extremidades removido para permitir o

contato eltrico com o porta-eletrodo. O eletrodo

pode ter polaridade negativa ou positiva

dependendo da penetrao desejada. A tomada de

corrente, portanto feita numa extremidade, e o

arco arde na outra. A escolha dos ingredientes do

revestimento determina o resultado desejado,

como eletrodos bsicos, cidos, etc.[5]

Figura 7. Soldagem eletrodo revistido.

A escria retirada pela picadeira (um tipo de

martelo) e depois uma escova de fios de ao limpa

o cordo de solda.

5.2 Soldagem TIG

5.2.1 Caractersticas Gerais: TIG - sigla

proveniente do ingls Tungsten Inert Gas (no

alemo denomina-se WIG, sendo o W o smbolo

qumico do tungstnio= wolfrmio) - a

denominao dada ao processo de soldagem que

utiliza eletrodos de tungstnio em atmosfera de

gs inerte. O processo pode ser empregado com e

sem metal de adio. A proteo da regio da

poa de fuso feita por gases inertes como

Hlio, Argnio ou mistura de ambos (dependendo

do metal a ser soldado).

5.2.2 Eletrodos: embora chamados de

permanentes, os eletrodos de tungstnio so

consumveis. Em condies normais, os eletrodos

mais comuns (150 mm e 170mm) duram cerca de

30 horas de arco aberto.

5.2.3 Grau de automao: Na maioria dos casos

o processo manual. Uma das mos conduz a

tocha e a outra conduz a vareta do material de

adio, como no processo de soldagem oxi-

acetilnica. O processo tambm pode ser semi-

automtico ou totalmente automtico, embora

estas opes no sejam comuns.

Figura 8. Soldagem TIG.

A soldagem TIG automtica existe em

duas verses: sem metal de adio e com metal de

adio. Ambas as verses aplicam-se para

fabricao em srie, no caso de chapas finas de

ligas leves, inoxidveis, alguns aos comuns ou

ligas. A solda tem um belo aspecto, com excelente

regularidade de penetrao e alta produtividade.

indicada para grandes sries onde sejam exigidos:

trabalho limpo, esmero e preciso de montagem.

Usos: O processo TIG especialmente indicado

para alumnio, magnsio e suas respectivas ligas,

ao inoxidvel e para metais especiais como

titnio e molibdnio. tambm utilizado para

aos comuns e ligados, sobretudo para espessuras

pequenas e mdias. Com a utilizao de metal de

adio pode-se soldar chapas espessas,

principalmente em ligas leves e aos inoxidveis.

[2]

5.2.4 Custos: os materiais de consumo (gs inerte

e eletrodo de tungstnio) so relativamente caros.

A mo de obra empregada deve ter boa formao.

5.2.5 Indicaes: o processo TIG usado para

aos comuns e especiais, principalmente para

pequenas espessuras (menores do que 2 ou 3 mm)

onde possvel obter melhor aspecto da solda e

menores deformaes nas peas . o principal

processo quando se trata de ligas leves e metais

especiais (por exemplo, quadros de bicicletas e

indstria aeroespacial). O TIG considerado

insubstituvel quando se trata de obter bom

aspecto da junta combinado com baixas tenses

internas e pequenas deformaes no ao

inoxidvel. 5.3 Soldagem Plasma

5.3.1 Caractersticas: Embora o arco voltaico

seja um plasma, somente um dos processos recebe

o nome de soldagem plasma. A particularidade

que levou a esta designao o fato que o calor

chega at a pea sem a existncia de um arco

conectado a ela. O arco existente estabelecido

dentro de uma tocha, entre um eletrodo de

tungstnio e um bocal de cobre que o circunda.

Figura 9. Soldagem Plasma.

5.4 Soldagem MIG / MAG

5.4.1 Caractersticas: MIG (Metal Inert Gas) a

denominao que se d ao processo que utiliza um

arco em atmosfera de gs inerte que arde visvel

entre a pea e um eletrodo nu consumvel. No

caso de ser usado gs ativo, denomina-se o

processo de MAG (do ingls, Metal Active Gas).

Nos Estados Unidos, o processo conhecido

como GMAW (Gas Metal Arc Welding). Esses

dois processos se diferenciam pelo tipo de gs

usado. A soldagem MIG comumente usada em

materiais no-ferrosos (ex.: alumnio). A

soldagem MAG usada em materiais ferrosos

como o ao.

5.4.2 Eletrodo: constitudo de um arame fino

(0,8 a 1,6 mm), bobinado em carretis apropriados

e conduzido at o arco atravs de pequenos rolos

impulsionadores acionados por um motor. O

contato eltrico feito por um deslizamento entre

o fio e um; pequeno tubo de cobre colocado no

interior do bocal de gs, imediatamente antes do

arco eltrico.

Densidade de Corrente: Como o eletrodo

continuamente renovado e seu comprimento

relativamente pequeno, pode-se usar densidades

de corrente extraordinariamente altas (300

A/mm2), resultando em elevadas velocidades de

fuso, at cinco vezes a que se consegue com

eletrodos revestidos. [3]

Figura 10. Soldagem MIG/MAG.

5.5 Soldagem a Arco Submerso

5.5.1 Caractersticas: conhecido na Alemanha

por processo Ellira e nos Estados Unidos por Uniomelt. No processo, um arame nu alimentado continuamente e funde-se no arco

voltaico sob a proteo de um fluxo de p.

Dependendo das condies (material, espessura da

chapa, natureza da superfcie exterior) trabalha-se

com diferentes ps. Os ps so diferenciados por:

tipo de fabricao, composio e granulao. O

arco arde numa caverna dentro de um banho de

escria, que ao solidificar-se recobre o cordo.

Figura 11. Soldagem a Arco Submerso.

5.5.2 Correntes e velocidade: as densidades de

corrente atingem 150 A/mm2 em arames-eletrodo

de 2,4 mm (duas vezes o dimetro usado no

processo MIG/MAG). Como o arco

enclausurado (na escria lquida), o rendimento

trmico elevado. Estes dois fatores propiciam

uma grande velocidade de fuso.

5.5.3 Indicaes: Pode-se soldar chapas de at 15

mm de espessura sem chanfrar os bordos. Custo:

Para chapas espessas, soldadas com vrias

passadas, um dos processos mais econmicos.

Entretanto se caracteriza por alto investimento

inicial. Limitaes: Limita-se a soldagem na

posio plana e horizontal do filete.

Quando este processo bem usado,

revela-se como o mais econmico entre todos os

processos. Pode ser empregado desde pequenas

espessuras de chapa (2 ou 2,5 mm ) at espessuras

de at 60 mm em passes mltiplos. Entretanto a

m preparao dos bordos (chanfro de oxi-corte

ou mecnico), a errnea seleo de parmetros de

soldagem e o mau posicionamento das partes so

responsveis pela subutilizao deste processo. O

uso adequado acelera em curto prazo a

amortizao da instalao. [4]

5.6 Soldagem com eletrodo tubular

5.6.1 Caractersticas Gerais: o processo

tambm denominado MAG com eletrodo tubular.

Apresenta as vantagens de automao do

MIG/MAG em conjunto com as vantagens da

soldagem sob escria protetora dos eletrodos

convencionais, no estando sujeito manipulao

de fluxos como no caso de arco submerso.

semelhante ao MG/MAG, mas com escria.

5.6.2 Eletrodo: O arame-eletrodo tubular,

contendo no seu ncleo ingredientes fluxantes do

metal fundido, alm de componentes geradores de

gases e vapores protetores do arco e formadores

de escria de cobertura.

Figura 12. Soldagem com eletrodo tubular

5.6.3 Correntes: Em relao ao processo com

eletrodo revestido convencional, permite o

alcance de maiores densidades de corrente.

5.6.4 Tipos/ verses: So duas as verses do

processo. Na primeira a proteo do arco feita

somente pela ao fsica e qumica do p

investido no arame-eletrodo (figura). Na segunda

o arco fica envolvido por um fluxo adicional de

gs protetor que flui do mesmo bocal de onde

emerge o eletrodo tubular.

6. Cdigo Internacional de

Identificao dos Processos

A figura abaixo nos mostra a tabela com

as siglas internacionais normalmente utilizadas na

identificao dos processos de soldagem e

processos correlatos. As siglas so empregadas na

maioria dos artigos tcnicos e catlogos, e

originrias da AWS (American Welding Society).

Figura 13. Tabela internacional de identificao de processos de soldagem

7. Tipos de Equipamentos para solda

Existem vrios equipamentos utilizados

nos muitos processos de soldagem, sero

demonstrado abaixo equipamentos bsicos para

realizao de soldagem por arco voltaico.

Figura 14 maquina de solda

A figura 14 acima mostra uma maquina

comum de solda ela faz gerar a corrente que vai

criar o arco eltrico para ser realizada a soldagem

atravs de um eletrodo.

Figura 15 porta eletrodo

Equipamento usado para prender o

eletrodo durante o processo de soldagem e

permitir a troca rpida dos mesmos ao serem

consumidos.

Figura 16 eletrodos revestidos

7. Equipamentos de Segurana

Como todo trabalho a execuo de

servios em solda exige-se tambm a utilizao de

equipamentos de segurana para a realizao das

tarefas, que vo minimizar danos em caso de

acidentes e manter a integridade fsica dos

executantes durante o processo de soldagem,

devido ao alto grau de luminosidade, emisso de

gases, projeo de partculas e risco de exploso

durante o processo

Botas com solado isolante

culos de proteo

Avental em couro

Mangotes

Luvas de raspa

Mascara tipo escudo

Referncias

[1]http://pt.wikipedia.org/wiki/Soldagem data do acesso

dezembro 2010

[2]http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_12.asp

data do acesso dezembro 2010

[3]www.demec.ufmg.br/ema097solda/ data do acesso

dezembro 2010

[4]www.demet.ufmg.br/labs/soldagem/textos/fisica_da_

soldagem.pdf data do acesso dezembro 2010

[5]www.eps.ufsc.br/disserta/ramos/.../cp4_ram.htm data

do acesso dezembro 2010

[6]www.esmb.ensino.eb.br/portalmnt/informatbel/infor

matbel13.pdf data do acesso dezembro 2010