02 Soldagem a Arco Com Eletrodo Revestido
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GRSS Shielded Metal Arc WELDING SOLDAGEM A ARCO COM ELETRODO REVESTIDO
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ING SOLDAGEM A ARCO COM
ELETRODO REVESTIDO
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O PLASMA é o 4o estado da matéria.
“O estado ionizado da matéria”
Arco elétrico
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ING O Arco elétrico utilizado na soldagem
é um plasma sustentado por umacorrente elétrica que passa entre o catodo (-) e o anodo (+).
O movimento dos ions através do plasma, gera calor por efeito Joule que eleva sua temperatura, adequando-o para fusão.
Arco elétrico
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Soldagem a arco elétrico
Nikolai N. Benardos(Bernados) e
Stanislav Olszewaski(Olszewaski)
asseguraram umapatente britânica
para soldagem a arcocom carbono. O
artigo foi publicadona revista “La
Nature” em 1887.
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Soldagem a arco elétrico
N.N. Benardos e S. Olszewaski aseguraramuma patente americanapara o equipamento de
soldagem. (U.S. Patent No. 363320, Maio de 17 de 1887)
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ING Soldagem a arco com eletrodo revestido (Shielded
Metal Arc Welding – SMAW), é um processo que produz a coalescência entre metais pelo aquecimento deste com um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico revestido e as peças que estão sendo unidas.
Princípios do processo SMAW
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O eletrodo revestido consiste em um arame, chamado pelos soldadores de “alma”, que conduz a corrente elétrica e fornece metal de adição para o enchimento da junta. Este arame é recoberto com uma camada formada pela mistura de diferentes materiais (a maioria ÓXIDOS), que formam o “revestimento”.
Princípios
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ING • Formar uma camada de escória protetora;
• Fornecer agentes para ionização do arco;• Fornecer agentes para formação de gases protetores;• Fornecer materiais para realizar ou possibilitar reações de refino
metalúrgico, tais como desoxidação, dessulfuração, etc.;• Fornecer agentes que facilitem a remoção de escória ao controlar suas
propriedades físicas e químicas;• Facilitar a soldagem na diversas posições (cone, viscosidade);• Reduzir o número de respingos e fumos;• Possibilitar o uso de diferentes tipos de corrente e polaridade;• Fornecer agentes que possibilitem o controle da taxa de deposição
(quantidade de metal depositado por unidade de tempo);• Controlar a temperatura do eletrodo, etc.
Funções do revestimento
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• Proteger as gotas durante a transferência pelo arco;• Realizar reações de refino metalúrgico, tais como
desoxidação, dessulfuração, etc.;• Controlar a soldagem na diversas posições;• Moldar o cordão de solda;• Dissolver óxido e contaminações na superfície da
poça;• Controlar a velocidade de resfriamento da solda.
Funções da escória
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Materiais Efeitos
Alumina (Al2O3) Usada para formar escória e estabilizar o arco
Argila (Al2O3.2SiO2.2H2O) Ajuda na extrusão e na formação de escória.
Cal Agente fluxante. Controla a viscosidade da escória
Carbonato - CaCO3 Controlam a basicidade da escória e fornecem atmosfera protetora com sua decomposição;
Celulose ((C6H10O5)x ) e dextrina substâncias orgânicas cuja queima no arco gera uma atmosfera redutora constituída principalmente de CO e H2, que protege o arco;
Fluoreto de cálcio - CaF2 ajuda a controlar a basicidade da escória e diminui sua viscosidade
Dióxido de titânio – TiO2 reduz a viscosidade da escória e seu (rutíla) intervalo de solidificação, além de
estabilizar o arco;Feldspar (K2O.Al2O3.6SiO2) Funciona como agente fluxante e
formador de escória
Ingredientes do revestimento
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ING Materiais Efeitos
Ferro-manganês e ferro-silício promovem a desoxidação da poça de fusão e ajustam sua composição;
Mica (K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O) ajuda na Extrusão e a estabilizar o arco;
Pó de ferro aumenta a taxa de deposição e rendimento do eletrodo, além de estabilizar o arco (soldagem subaquática);
Outras adições metálicas controlam a composição do metal depositado;
Sílica forma escória. Em grande quantidade pode desoxidar, porém formar inclusões;
Silicatos formam escória e, no caso de silicatos de potássio(K2SiO3), lítio (Li2SiO3) ou sódio (NaSiO3), agem como aglomerante (cola) no revestimento.
Óxido de ferro (Fe2O3) e formam escória, controlam a sua manganês (MnO) viscosidade e estabilizam o arco
Titanato de Potássio Ajuda na estabiliidade do arco.(2K2O.2TiO2)
Zirconia Ajuda a estabilizar o arco e facilita (ZrO2) a destacabilidade da escória.
Ingredientes do revestimento
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Formulações
0 – 50 – 55 – 100 – 5
25 – 40---
15 – 305 – 102 – 60 – 5
-15 – 30
-E7018
Titanato de PotássioSilicato de SódioSilicato de PotássioDióxido de TitânioPó de FerroÖxido de manganêsMicaMagnetitaFluoritaFerro-SilícioFerro-ManganêsFedspatoCeluloseCarboneto de CálcioArgilaComposto
-5 – 105 – 15
30 – 55--
0 – 15---
5 – 100 – 202 – 120 – 50 - 10E6013
-20 - 30
-10 – 20
-----
5 – 10--
25 – 40--
E6010
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ING Dependendo do revestimento os
eletrodos podem ser classificados como:
• Revestimento oxidante;• Revestimento ácido;• Revestimento rutílico;• Revestimento básico;• Revestimento celulósico.
Tipos de eletrodos
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Fluxograma das etapas de fabricação de
eletrodos revestidos
Fabricação do eletrodo
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ING • Forma utilizada para descrever o comportamento
químico de um fluxo, através da razão entre as porcentagens em peso dos óxidos básicos e oxidos ácidos que compõem o fluxo.
• Óxidos básicos são aqueles que reage com ácidos para formar sais:
MO + 2HCl → MCl2 + H2O
• Enquanto que óxidos ácidos são aqueles que reagem com bases para formar sais
MO2 + 2NaOH → Na2MO3 + H2O
Índice de basicidade
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SiO2P2O5Cr2O3WO3
MoO3TiO2ZrO2
Al2O3Fe2O3MnOTiO2ZrO2
FeOK2OMnOCaOMgONa2O
Óxidos ÁcidosÓxidos AnfóterosÓxidos Básicos
Óxidos
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SiO2 + 0,5 ( Al2O3 + TiO2 + ZrO2 )
Índice de basicidade
CaO + MgO + SrO + Li2O + Na2O + K2O + CaF2 + 0,5 (FeO + MnO)I.B.=
Se I.B. < 1 = Fluxo ácidoSe I.B. > 1 = Fluxo Básico
Aplicação
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Especificação AWS A 5.1 (aço baixo carbono) e A 5.5 (aços baixa liga)
Classificação dos eletrodos
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ING Significado do quarto (ou quinto) digito da classificação AWS de
eletrodos revestidos de aço baixo carbono e aços baixa liga.
Classificação dos eletrodos
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ING Código de composição química de eletrodos de baixa liga, segundo a
norma AWS A5.5.
Classificação dos eletrodos
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ING • O processo é o mais simples, em termos de
necessidades de equipamentos. • O custo de investimento em equipamentos é
relativamente baixo.• Oferece maior flexibilidade entre todos os
processos de soldagem, pois pode ser usado em todas as posições (plana, vertical, horizontal, etc) como praticamente todas as espessuras do metal base e em áreas de acesso limitado.
Vantagens
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ING • O metal de solda e os meios de proteção
desta solda são fornecidos pelo eletrodo revestido, não requerendo nenhum equipamento adicional.
• O processo é menos sensível a correntes de ar do que o processo de solda a arco de proteção gasosa (GMAW). Um concorrente direto.
• É apropriado para a maioria dos metais e ligas metálicas comumente usadas.
Vantagens
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ING • Por ser um processo tipicamente manual, o nível de
habilidade do soldador é de fundamental importância para se obter uma solda de qualidade aceitável
• Baixas taxas de deposição quando comparado com o processo GMAW.
• Como o eletrodo pode ser consumido até um comprimento mínimo, quando este comprimento é atingido, o soldador deve trocar a parte não consumida por um outro eletrodo.
• Ainda não é robotizado. Ainda....
Principais Limitações
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É talvez um dos fatores mais importantes no custo do processo. Os fatores que afetam a taxa de fusão:
• Corrente e tensão do arco;• Angulo de ataque;• Diâmetro do núcleo do arame;• Temperatura de fusão do núcleo do arame;• Temperatura do eletrodo durante a soldagem;• Espessura e concentricidade do revestimento;• Composição química do revestimento;• Polaridade da corrente.
A taxa de fusão (TF) de um eletrodo é definida pela razão da massa do metal consumida (M) em gramas pelo tempo de soldagem (t) em minutos. Esta taxa de fusão é expressa da maneira seguinte:
TF = M/t
CaracterísticasTaxa de fusão
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Depende exclusivamente do soldador e afeta diretamente as caracterísitcas do cordão. Os fatores que controlam são:
• Tipo de corrente, amperagem e polaridade;• Posição da soldagem;• Taxa de fusão do eletrodo;• Espessura do material;• Condições superficiais do metal de base;• Tipo de junta;• Manipulação do eletrodo.
CaracterísticasVelocidade de mergulho
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ING AQUECIMENTO DO ELETRODO DURANTE A SOLDAGEM
Características
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ING • Queda de tensão
Ela é baixa em cabos de soldagem com AC. Isto torna a corrente alternada mais adequada para soldagem em longa distância da fonte. Entretanto, os cabos não podem ser enrolados pois as perdas indutivas em tais casos ainda são substanciais.
• Baixa correnteCom eletrodo de diâmetro pequeno e baixas correntes de soldagem, a CC gera melhores características de operação e um arco mais estável.
Algumas características operacionais
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ING • Ignição do arco
Iniciar o arco é geralmente fácil em CC, principalmente se eletrodos de diâmetro pequeno forem usados. Em AC, a corrente passa pelo zero a cada meio ciclo, o que dificulta a ignição e estabilidade do arco.
• Comprimento do arcoSoldar com arco curto (baixa tensão do arco) é mais fácil em CC do que em AC. Isto é importante exceto para eletrodos com pó de ferro, cujo revestimento provoca a formação de uma “cone” profundo, mantendo o comprimento do arco quando a ponta do eletrodo é afastada, na direção deste.
Algumas características operacionais
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ING • Espessura do metal:
Tanto chapas finas como espessas podem ser soldadas em CC, mas para espessuras finas, AC é menos desejável pois as condições em baixos níveis de corrente são menos estáveis. As fontes de potência existem em AC, DC e unidades combinadas AC/CC. Para o processo SMAW, é preferível uma fonte de corrente constante ao invés de tensão constante pois é difícil o soldador manter constante o comprimento do arco.
Algumas características operacionais
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ING • Tensão de abertura de circuito (OCV):
É a tensão calibrada na fonte de potência. Ela é gerada pela máquina de soldagem sem a execução da soldagem. Varia entre 50 e 100 Volts, enquanto a tensão do arco varia entre 17 e 40 Volts. O comprimento do arco e o tipo de eletrodo sendo usado determine a tensão do arco. Se o arco for alongado, a tensão do arco aumenta e a corrente diminui. A mudança na amperagem que é produzida pela mudança no comprimento do arco, é determinada pela inclinação da curva volt-ampere, dentro da faixa de soldagem.
Algumas características operacionais
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ING Defeitos mais comuns
• Porosidades: Podem ser evitadas com uma boa amperagem, um comprimento do arco adequado e o uso de eletrodos secos;
• Inclusão de escória: Consegue ser evitada com a perícia do soldador;
• Fusão incompleta: Evitável com uma preparação adequada da superfície a ser soldada, mantendo-a limpa e homogênea. O uso de corrente adequada e velocidade não muito alta ajudam a evitar este defeito;
• Mordedura: Pode ser corrigida com deposição de um cordão adicional. A solução para evitar é reduzir a corrente e a tensão;
• Trincas: O pré-aquecimento do metal de base pode contornar este problema. Correto armazenamento do eletrodo também. Além de evitar sujeira nas peças a serem soldadas
Qualidade da solda
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Qualidade da solda
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GMAW
SMAW
Porosidade
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Trincas
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Fusão Incompleta
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Fusão Incompleta e falta de preenchimento
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Mordedura e sobreposição
