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SOLDAGEM DOS METAIS

CAPTULO 9

SOLDAGEM COM ELETRODO REVESTIDO

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SOLDAGEM A ARCO ELTRICO COM ELETRODO REVESTIDO um processo de soldagem por fuso a arco eltrico que utiliza um eletrodo consumvel, no qual o calor necessrio para a soldagem provem da energia liberada pelo arco formado entre a pea a ser soldada e o referido eletrodo. A proteo da poa de fuso obtida por meio dos gases gerados pela decomposio do revestimento do eletrodo, sendo que o material de adio que manuseado sem presso provem do metal que compe o eletrodo.

O metal de base no percurso do arco fundido, formando uma poa de metal fundido. O eletrodo tambm fundido e assim transferido poa de fuso na forma de glbulos de metal fundido a cada 0,001 a 0,01 segundos a elevada temperatura. Nessas condies a expanso dos gases contidos no arame eletrodo, tanto em soluo como armazenados em microporosidades, bem como os gases produzidos pela elevada temperatura dos componentes do revestimento, provocam a exploso desses glbulos, projetando-os contra o banho de fuso. O sopro das foras do arco, bem como o impacto dos glbulos de metal fundido, formam uma pequena depresso no metal de base que chamada de cratera. A distncia medida no centro do arco, da extremidade do eletrodo at o fundo da cratera chamada comprimento do arco. O comprimento do arco deve ser o menor possvel (variando na faixa entre 3 e 4 mm ou ainda de 0,5 a 1,1 o dimetro da alma do eletrodo) a fim de reduzir a chance dos glbulos do metal em fuso entrarem em contato com o ar ambiente, absorvendo Oxignio e Nitrognio, os quais tem efeito bastante adverso nas propriedades mecnicas do metal depositado. A coluna do arco estende-se desde o fundo da cratera at o glbulo em fuso da ponta do eletrodo. De acordo com alguns pesquisadores, a temperatura do gs no centro do arco ao longo de seu eixo de 6000C, a temperatura do catdo de 3200C e a temperatura no anodo de 3400C. A possibilidade de inmeras formulaes para o revestimento explica a principal caracterstica deste processo que sua grande versatilidade em termos de ligas soldveis, operacionalidade e caractersticas mecnicas e metalrgicas do metal depositado. O custo relativamente baixo e a simplicidade do equipamento necessrio, comparados com outros processos, bem como a possibilidade de uso em locais de difcil acesso ou abertos, sujeitos ao de ventos, so outras caractersticas importantes.

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Quando comparada com outros processos, particularmente com a soldagem com eletrodo consumvel e proteo gasosa ou com a soldagem a arco submerso, a soldagem com eletrodos revestidos apresenta como principal limitao uma baixa produtividade, tanto em termos de taxa de deposio (entre 1,5 e 5 kg/h para eletrodos de ao carbono), como em termos de ocupao do soldador, geralmente inferior a 40%. Outras limitaes so a necessidade de um treinamento especfico, que demorado e oneroso, particularmente para certas aplicaes de maior responsabilidade, necessidade de cuidados especiais para os eletrodos, principalmente com os do tipo bsico (baixo Hidrognio), e o grande volume de gases e fumos gerados no processo, que so prejudiciais sade, particularmente em ambientes fechados. Mesmo com esses inconvenientes, ainda continua a ser um processo de soldagem empregado na fabricao e montagem de equipamentos, na rea de manuteno e reparos, em construes no campo, na soldagem em locais de difcil acesso em estaleiros, e, de modo mais abrangente, na soldagem em geral de chapas de espessura variando de 3 mm a 40 mm.

PRINCPIOS DO PROCESSO

ABERTURA, MANUTENO E EXTINO DO ARCO ELTRICO O arco eltrico aberto tocando-se o eletrodo na pea a ser soldada. Apesar de no se exigir uma tcnica especial, necessrio um treinamento prvio para no se causar danos na pea a ser soldada, principalmente se o eletrodo for do tipo de baixo Hidrognio (eletrodo de revestimento bsico). A manuteno do arco, por sua vez uma mera questo de controlar a velocidade de deposio e o comprimento do arco eltrico, uma vez todas as outras variveis estabelecidas. Na extino do arco finalmente, um cuidado especial deve ser tomado para evitar a formao da cratera no final do cordo. A cratera deve ser preenchida convenientemente, mantendo-se o eletrodo estacionrio sobre o fim do cordo, at que ela seja eliminada.

FONTES DE ENERGIA PARA SOLDAGEM A ARCO

A corrente que alimenta o arco eltrico provem de uma fonte geradora, podendo ser corrente contnua ou corrente alternada. Os aparelhos que servem de fontes convencionais dividem-se em trs categorias:

Mquinas de corrente contnua: grupos rotativos, grupos eletrgenos, retificadores.

Mquinas de corrente alternada: transformadores e conversores de freqncia.

Mquinas mistas: transformadores/retificadores.

A partir da dcada de 60 comearam a surgir no mercado novos tipos de mquinas de soldagem, caracterizadas por possurem controle eletrnico e por apresentarem desempenho superior maioria das mquinas convencionais, com funes mltiplas, reduo de peso e consumo energtico. Atualmente as formas mais conhecidas so as fontes tiristorizadas, as fontes transistorizadas em srie, as fontes transistorizadas chaveadas e as fontes inversoras.

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A tabela abaixo compara as caractersticas das fontes convencionais estticas (transformadores e transformadores-retificadores) e das fontes com controle eletrnico.

VANTAGENS DA CORRENTE ALTERNADA a. A corrente alternada no sensvel ao fenmeno do sopro magntico

(fenmeno do desvio do arco devido a campos magnticos que atravessam a pea).

b. Maior velocidade de solda (devido possivelmente inverso do sentido da corrente a todo instante).

c. As mquinas de soldagem em corrente alternada so de menor tamanho, custo e peso que as de corrente contnua, alm de exigirem menor manuteno.

d. Menor consumo de energia (= 0.8 no transformador; 0.5 no gerador e 0.6 no retificador).

e. Maior refinamento no metal depositado, devido agitao do banho de fuso.

VANTAGENS DA CORRENTE CONTNUA

a. Permite utilizao de eletrodo com elementos pouco ionizantes no revestimento. Melhor uso de eletrodos para ferro fundidos e aos inoxidveis.

b. Mais recomendada para a soldagem de chapas finas e soldagem fora da posio.

c. A mudana de polaridade permite modificar certas caractersticas do depsito, como por exemplo a penetrao.

d. A corrente contnua independente de circuitos eltricos, pois pode ser gerada pelos grupos eletrgenos.

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FUNES DO REVESTIMENTO DO ELETRODO Os eletrodos revestidos so constitudos por uma alma metlica cercada por um revestimento composto de matrias orgnicas e ou minerais de dosagem bem definida. Os vrios materiais que compe o revestimento entram na forma de p, com exceo do aglomerante que geralmente silicato de sdio ou potssio. O revestimento composto por elementos de liga e desoxidantes tais como ferro cromo, ferro mangans, etc.., estabilizadores de arco formadores de escria e materiais fundentes (asbesto, feldspato, ilmenita, xido de ferro, mica, talco, rutilo, etc..) e materiais que formam uma atmosfera protetora (dolomita, carbonato de ferro, celulose, etc..). A princpio, as funes bsicas do revestimento so: a. Proteger o arco contra o Oxignio e Nitrognio do ar, atravs dos gases

gerados pela decomposio do revestimento em alta temperatura. b. Reduzir a velocidade de solidificao, proteger contra a ao da atmosfera

e permitir a desgazeificao do metal de solda atravs da escria. c. Facilitar a abertura e estabilizar o arco. d. Introduzir elementos de liga no material depositado e desoxidar o metal de

solda. e. Facilitar a soldagem nas diversas posies de trabalho. f. Servir de guia s gotas em fuso em direo ao banho. g. Constituir-se em isolante eltrico na soldagem em chanfros estreitos ou de

difcil acesso.

TIPOS DE REVESTIMENTO Em funo de sua formulao e do carter da escria, os revestimentos dos eletrodos podem ser classificados em diferentes tipos. Essa classificao varia bastante, de acordo com os diferentes autores e da norma utilizada; utilizaremos a classificao dos tipos de revestimento abaixo: - revestimento oxidante: so os eletrodos que contm no revestimento uma

grande quantidade de xido de ferro, com ou sem xido de mangans, dando uma escria oxidante, abundante e que se remove com facilidade, e um metal depositado com baixa penetrao e baixas propriedades mecnicas; hoje em dia este tipo de eletrodo j est superados pelos eletrodos rutlicos.

- revestimento bsico: estes eletrodos tem um revestimento com altas quantidades de carbonato de clcio, que lhe confere uma escria de carter bsico, pouco abundante e de rpida solidificao. A penetrao mdia, porm o metal depositado de elevada pureza, com baixo teor de Enxofre e com valores baixos de Hidrognio ( causadores de trincas de solidificao e de trincas a frio respectivamente), apresentando ainda elevada resistncia mecnica e resistncia fadiga. O grande perigo para este tipo de eletrodo sua alta higroscopicidade, que poder ocasionar porosidade e trincamento no cordo no caso de umidade, exigindo, portanto grande cuidado na armazenagem.

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- revestimento cido: o revestimento a base de xido de ferro e xido de mangans ou de titnio ou de silcio. A escria de carter cido, abundante, leve e que se destaca com facilidade; a penetrao razoavelmente boa, a taxa de deposio elevada, o que limita, portanto a posio de soldagem condio de plana e horizontal. necessrio que o metal de base tenha baixo teor de Carbono e impurezas a fim de evitar trincamento de solidificao.

- revestimento rutlico: so eletrodos com grande quantidade de rutilo (TiO2) no revestimento, gerando uma escria abundante, leve e de fcil remoo. A taxa de deposio boa, o eletrodo soldvel em todas as posies e a penetrao media; as propriedades mecnicas do metal depositado so boas, porm so exigidos os mesmos cuidados que os eletrodos de revestimento cido no que diz respeito ao metal base.

- revestimento celulsico: estes eletrodos possuem revestimento com alto teor de materiais orgnicos combustveis, os quais geram um invlucro de gases protetores quando se decompem no arco. A escria pouco abundante, de mdia dificuldade de remoo, porm o arco de alta penetrao, que sua caracterstica mais importante. O cordo de solda possui um aspecto bastante medocre e a perda por respingo elevada, porm as propriedades mecnicas so bastante boas, com o eletrodo apresentando soldabilidade em todas as posies.

Obs.: muito comum a utilizao de p de ferro incorporados aos diversos tipos de revestimento, objetivando um aumento no rendimento de metal depositado em relao ao tempo de soldagem. Isto permite um aumento na taxa de deposio do eletrodo, ao mesmo tempo que permite um aumento na corrente de soldagem, pois a adio de p de ferro torna o revestimento mais resistente ao do calor; ao mesmo tempo isto dificulta a soldagem fora da posio plana, devido ao maior volume de lquido desenvolvido na poa de fuso.

CLASSIFICAO DOS ELETRODOS REVESTIDOS CONFORME AWS Os eletrodos so classificados com base nas propriedades mecnicas e na composio qumica do metal depositado, no tipo de revestimento, posio de soldagem e tipo de corrente. A classificao da AWS (American Welding Society) utiliza uma srie de nmeros e letras que fornecem vrias informaes a respeito do eletrodo, conforme procedimento abaixo. Para os eletrodos de ao carbono e aos de baixa liga, a classificao utiliza 4 ou 5 algarismos precedidos da letra E, onde E significa eletrodo. Os primeiros dois (ou trs) algarismos se referem trao mnima exigida e dado em mil libras por polegada quadrada (ksi). O terceiro (ou quarto) algarismo se refere posio de soldagem, e o prximo algarismo, que o ltimo para os eletrodos de ao carbono indica o tipo de revestimento, corrente e polaridade. O sistema opcional desta especificao est mostrado abaixo.

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Para os aos de baixa liga, a classificao AWS coloca aps o ltimo

algarismo um hfen, seguido de um conjunto de letras e nmeros, indicando classes de composio qumica, relativas aos diversos tipos de ligas.

LTIMO ALGARISMO Eletrodo Tipo de Revestimento Corrente EXXX10 Celulsico (Sdio) CC+ EXXX20 cido CC- EXXXX1 Celulsico (Potssio) CC+,CA EXXXX2 Rutlico (Sdio) CC-,CA EXXXX3 Rutlico (Potssio) CC+,CC-,CA EXXXX4 Rutlico (P de Ferro) CC+,CC-,CA EXXXX5 Bsico (Sdio) CC+ EXXXX6 Bsico (Potssio) CC+,CA EXXXX7 cido (P de Ferro) CC-,CA EXXXX8 Bsico (P de Ferro) CC+,CA POSIES DE SOLDAGEM (penltimo algarismo): 1- Todas 2- Plana e horizontal 3- Plana CDIGOS DE COMPOSIO QUMICA (vlido para aos ligas): Cdigos Significado A1 Eletrodo de ao carbono-molibidnio (0.40-0.65% Mo) B1 Eletrodo de ao cromo-molibidnio (0.40-0.65% Cr e Mo) B2 Eletrodo de ao cromo-molibidnio (1.00-1.50% Cr e 0.4-0.65 Mo) B2L Idem ao acima, com baixo teor de Carbono (0.005%) B3 Eletrodo de ao cromo-molibidnio (2.5% Cr e 1% Mo) B4L Eletrodo de ao cromo-molibidnio (2.25% Cr e 0.65 Mo, baixo Carbono) B5 Eletrodo de ao cromo-molibidnio (0.6% Cr e 1.25% Mo, traos V) C1 Eletrodo de ao Nquel (2.00-2.75% Ni) C2 Eletrodo de ao Nquel (3.00-3.75% Ni) C3 Eletrodo de ao Nquel (1.10% Ni, Cr

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D2 Eletrodo de ao mangans-molibidnio (2.00% Mn e 0.45% Mo) G Outros tipos de eletrodos de ao baixa liga M Especificaes militares americanas P Eletrodos para soldagem de tubulaes W Eletrodos resistentes corroso atmosfrica ESPECIFICAES MAIS IMPORTANTES AWS A 5.1- Eletrodos revestidos para soldagem de ao carbono AWS A 5.5- Eletrodos revestidos para soldagem de ao carbono e baixa liga AWS A 5.4- Eletrodos revestidos para soldagem de ao inoxidvel AWS A 5.6- Eletrodos revestidos para soldagem de cobre e suas ligas AWS A 5.11- Eletrodos revestidos para soldagem de Nquel e suas ligas AWS A 5.13- Eletrodos e varetas para revestimento por soldagem