SOLDAGEM – ELETRODO REVESTIDO

O processo de soldagem por arco elétrico com eletrodo revestido consiste, basicamente, na abertura e manutenção de um arco elétrico entre o eletrodo revestido e a peça a ser soldada.

O arco funde simultaneamente o eletrodo e a peça. O metal fundido do eletrodo é transferido para a peça, formando uma poça fundida que é protegida da atmosfera (O2 e N2) pelos gases de combustão do revestimento.

O metal depositado e as gotas do metal fundido que são ejetadas, recebem uma proteção adicional através do banho de escória, que é formada pela queima de alguns componentes do revestimento.


FUNDAMENTOS DO PROCESSO

INFLUÊNCIA DA ATMOSFERA NA POÇA DE FUSÃO

A menos que se solde em uma câmara de vácuo, o que é impensável devido ao custo, todos os processos de soldagem por arco elétrico precisam de algum tipo de proteção para evitar contaminações da atmosfera.

No caso do processo de soldagem aqui estudado, será o revestimento dos eletrodos que, entre outras coisas, produzirá uma proteção gasosa através de sua queima. Antes do estudo propriamente dos revestimentos e suas funções, são apresentados os inconvenientes da soldagem com arames sem revestimento (e sem proteção gasosa).

Um eletrodo sem revestimento e sem nenhum outro tipo de proteção, após sua fusão perde parte de seus elementos e deposita um metal nitretado e oxidado, cujo valor das propriedades mecânicas serão relativamente inferiores as das chapas de aço doce.

Estes dois elementos químicos (Nitrogênio e Oxigênio), são os principais para influenciar a deterioração das propriedades, e são detalhados a seguir:

OXIGÊNIO
É provado que, durante a fusão de um eletrodo sem revestimento, a maior parte do Carbono e do Manganês contidos no aço do eletrodo, são queimados durante a operação de soldagem, o que naturalmente irá influenciar as propriedades mecânicas do metal depositado, já que as propriedades de um aço dependem basicamente, do seu teor de Carbono e Manganês.

O Carbono transforma-se em óxido de Carbono (CO), e em dióxido de Carbono (CO2), enquanto o Manganês, transforma-se em óxido de Manganês (Mn3O4).

O Silício, extremamente ávido pelo Oxigênio, queima-se igualmente, dando origem a uma escória de sílica (SiO2).

Numerosos ensaios permitem concluir que a fusão de um eletrodo sem revestimento e sem a adição de nenhum outro tipo de proteção, provoca uma forte oxidação do Carbono, Manganês e Silício

Outras reações químicas são menos importantes. Os teores de Enxofre (S) e de Fósforo (P), variam pouco.

É importante salientar que, os fenômenos de oxidação dependem basicamente das condições operatórias e do comprimento do arco. Um arco longo (tensão elevada) conduzirá a reações de oxidação mais importantes do que um arco curto. Além disto, as características da fonte de alimentação elétrica (corrente contínua ou alternada), desde que forneçam condições para um arco estável, não terão grande influência sobre estes fenômenos. Aqui vale a pena destacar que não é possível soldar com eletrodo sem revestimento em corrente alternada com as fontes de soldagem convencionais, a menos que se recorra a uma ionização artificial, através de uma faísca piloto.

Além destas reações químicas, o Oxigênio do ar pode ter uma ação direta sobre o Ferro. Ele pode, durante a sua transferência para o metal de base e ao nível do banho de fusão, formar sobre as gotas uma película de óxidos.

Este óxido formado tem a solubilidade muito baixa (0,05%) no metal. As partículas de óxido serão postas em evidência em metalografia, devido a precipitarem entre os cristais sobre a forma de FeO quando o grão é saturado de óxido. O Oxigênio dissolvido no aço sob a forma de óxido, é muito difícil de dosar pelos métodos de análise tradicionais.

NITROGÊNIO

Embora nas operações normais o Nitrogênio não tenha grande afinidade com o Ferro, nas altas temperaturas do arco elétrico há a possibilidade de formação de nitrato de Ferro.

Mesmo que, a quantidade deste nitrato formado seja normalmente muito pequena, ele tem graves consequências porque tornará a solda frágil, diminuindo a resiliência do metal depositado.

O Nitrogênio combinado, é difícil de identificar principalmente porque não aparece sobre a forma de nitrato, e sim sob a falsa aparência de perlita não identificavel ao microscópio. Diversos trabalhos mostram que a presença destes nitratos aumenta substancialmente a dureza, aumenta em menor quantidade a resistência à tração, mas diminui rapidamente o alongamento a ruptura e a estricção, a resistência à fadiga e a resiliência. Em suma, quando o teor de Nitrogênio ultrapassa o valor de 0,03% há uma diminuição nos valores das propriedades mecânicas.


EQUIPAMENTOS

Para além dos eletrodos revestidos e das fontes de energia, são essenciais para o funcionamento do processo a presença dos cabos para transporte da energia e do porta eletrodos.

É conveniente lembrar que as recomendações de segurança na utilização destes componentes.










CONSUMIVEIS

Os eletrodos revestidos são constituídos de uma alma metálica rodeada de um revestimento composto de matérias orgânicas e/ou minerais, de dosagens bem definidas.

O material da alma metálica depende do material a ser soldado, podendo ser da mesma natureza ou não do metal de base, uma vez que há a possibilidade de se utilizar revestimentos que complementem a composição química da alma.

Para os materiais mais comumente soldados, os tipos de almas utilizados são os que aparecem na Tabela MATERIAIS DA ALMA DOS REVESTIMENTOS:

Os revestimentos por sua vez são muito mais complexos em sua composição química, pois como eles tem diversas funções, estas são conseguidas com a mistura dos diversos elementos adicionados.

Iniciaremos estudando as funções dos revestimentos, para em seguida estudar os tipos e elementos químicos utilizados para atingi-las.


FUNÇÕES DOS REVESTIMENTOS


TECNICAS / CARACTERISTICAS

PONTEAMENTO

A finalidade do ponteamento é permitir uma fácil, correta e econômica fixação das peças a soldar. Ele consiste em executar cordões curtos e distribuídos ao longo da junta, sendo sua função básica manter a posição relativa entre as peças, garantindo a manutenção de uma folga adequada. O ponteamento pode ser aplicado diretamente na junta, nos casos em que é prevista a remoção da raiz.

A geometria da peça e a sequência de pontos devem ser estudados de forma a evitar ,ou minimizar, as distorções ou o fechamento das bordas. Se isto não for evitado, viria a prejudicar a penetração e precisaria uma remoção excessiva de raiz, sob risco de vir a causar a inclusão de escória.

Para evitar estes inconvenientes, a técnica recomendável é partir do centro para as extremidades, conforme mostrado na Figura - Técnica de ponteamento


comprimento do ponto é determinado em função da experiência do soldador e deverá ser tal que garanta possíveis manobras na peça, e ao mesmo temo resista aos esforços de contração causados pela operação de soldagem. Uma regra prática utilizada para peças com muitas vinculações, é utilizar entre 1,5 a 3 vezes a espessura da chapa.

Nos casos onde não é possível a remoção da raiz, ou em casos onde se pretende uma junta perfeitamente penetrada sem remoção, pode-se utilizar de alguns artifícios para manter o chanfro limpo e a abertura adequada para a operação de soldagem.

Alguns destes recursos são apresentados nas Figuras a seguir:





















EXECUÇÃO DA RAIZ

A folga na montagem é fator determinante para a boa penetração do primeiro passe. Ela é diretamente ligada ao diâmetro do eletrodo utilizado.

Para além deste fator, é importante verificar também a influência da polaridade, sendo que para o primeiro passe, em especial em fundo de chanfro, é recomendado utilizar polaridade direta, ou seja, o eletrodo no polo negativo, pois neste caso, além de termos uma temperatura menor na peça, temos ainda uma convergência do arco elétrico, que do ponto de vista da penetração é bastante benéfica.

EXECUÇÃO DOS PASSES DE ENCHIMENTO

Para a execução dos passes de enchimento são possíveis três diferentes métodos de trabalho que são descritos à seguir:

ENCHIMENTO POR FILETES

Este método é o que introduz o maior tensionamento transversal, e uma maior probabilidade de inclusão de escória quando comparado com os demais métodos. Por outro lado, é o método que permite uma melhoria das características mecânicas, devido sua menor introdução de calor, evitando desta forma o crescimento dos grãos. Por crescimento de grão podemos entender o aspecto metalúrgico que introduz fragilidade na junta.

Devido a esta característica, e principalmente, a possibilidade de poder-se utiliza-lo em todas as posições, este é o método mais comummente utilizado. Este método é representado na posição 1 da Figura - Diferentes formas de enchimento na posição vertical ascendente.

































Diferentes formas de enchimento na posição vertical ascendente






















ENCHIMENTO POR PASSES LARGOS




Este método é recomendado para eletrodos de grande fluidez, onde torna-se difícil o controle da poça de fusão. Pode ser aplicado em todas as posições com exceção da horizontal. A técnica de trabalho consiste em imprimir uma oscilação lateral ao eletrodo, normalmente limitada em no máximo 5 vezes o seu diâmetro.

Este método é representado na posição 2 da Figura - Diferentes formas de enchimento na posição vertical ascendente








ENCHIMENTO POR PASSES TRIANGULARES




Este último método é uma derivação do anterior. Neste, o ciclo do movimento é alterado, assumindo a forma triangular. Com isto temos uma velocidade de deposição ainda maior.

É um método para ser utilizado na posição vertical ascendente, com eletrodos básicos e chapas grossas. É importante destacar que neste método ocorrerá uma diminuição da resistência mecânica da junta.

Este método é representado na posição 3 da Figura - Diferentes formas de enchimento na posição vertical ascendente.












CARACTERÍSTICAS












Apesar de todo o trabalho do soldador ser voltado para a não execução de defeitos, estes eventualmente vem a ocorrer. Alguns deles são característicos do processo devido a sua própria natureza. Os defeitos e dificuldades mais característicos da soldagem com eletrodos revestidos são comentados à seguir:

DIFICULDADE NA ABERTURA DO ARCO

Causas predominantes
• Maus contatos no circuito de soldagem

Soluções práticas
• Verificar os circuitos, terminais e a ligação do cabo terra.
• Limpar e reapertar todos os contatos elétricos.

DIFICULDADE EM MANTER O ARCO ABERTO


Causas predominantes
• Tensão em vazio fornecida pela fonte de soldagem inferior a necessária para a fusão do eletrodo.

Soluções práticas
• Alterar o valor da tensão (para um valor maior) ou utilizar um eletrodo adequado para a tensão.

PROJEÇÕES
O eletrodo "salpica" formando os conhecidos respingos próximo a região do cordão de solda.

Causas predominantes
• corrente muito elevada
• eletrodo úmido
• má ligação do cabo terra

Soluções práticas
• regular a intensidade de corrente ou utilizar eletrodo de diâmetro maior
• fazer a adequada secagem e conservação dos eletrodos. Ver ítem 2.5
• para este problema, muito comum de ocorrer em corrente contínua, as soluções são: mudar o local de fixação do cabo terra, soldar sempre em direção oposta a este (ou seja afastando-se do cabo terra), e se isto não for possível, utilizar corrente alternada.

AQUECIMENTO EXAGERADO DO ELETRODO

Causas predominantes
• intensidade de corrente muito elevada
• arco muito longo

Soluções práticas
• diminuir a intensidade de corrente e/ou o comprimento de arco

MÁ APARÊNCIA DO CORDÃO DE SOLDA
Superfície rugosa, cordão deformado.

Causas predominantes
• eletrodos úmidos
• má preparação da junta
• metal de base com elevado teor de Carbono

Soluções práticas
• secar e conservar os eletrodos
• modificar a preparação da junta
• trocar o eletrodo para um do tipo básico(preferencialmente) ou rutílico (2ª opção).

POROSIDADES
Cavidades (faltas de material) nas formas esférica/ vermicular observadas na solda.

Causas predominantes
• chapa com umidade, verniz, tinta, graxa ou outra sujeira qualquer
• metal de base com teores de Carbono e/ou de Silício muito elevado
• eletrodos úmidos
• arco muito longo
• intensidade muito elevada

Soluções práticas
• fazer a secagem e limpeza adequadas antes da operação de soldagem
• mudar o metal de base. Caso não seja possível, mudar o eletrodo para um do tipo básico ou
• aumentar a temperatura de pré-aquecimento
• o mesmo que o ítem "a" especialmente no caso de eletrodos básico
• a mesma solução dada para o ítem "c"
diminuir ligeiramente o valor da corrente de soldagem principalmente se o eletrodo utilizado é do tipo rutílico.

MORDEDURAS
Sulcos regularmente repartidos ao lado do cordão de solda, diminuem a espessura da ligação e criam pontos de ruptura.

Causas predominantes
• intensidade de corrente muito elevada
• chapas muito oxidadas
• balanceamento do eletrodo inadequado, permanecendo tempo demais nos cantos.

Soluções práticas
• utilizar intensidade de corrente adequada
• executar limpeza e preparação adequadas
• executar o balanço adequado

Além disto, ter sempre em mente que uma velocidade de soldagem muito elevada favorece a formação deste defeito devido a não haver tempo suficiente para a adequada deposição de material

FALTA DE PENETRAÇÃO
A soldagem não é contínua na raiz.

Causas predominantes
• má preparação de junta (afastamento insuficiente ou ângulo do chanfro insuficiente)
• eletrodo de diâmetro muito grande
• intensidade de corrente muito baixa

Soluções práticas
• utilizar uma preparação de junta adequada
• utilizar um eletrodo de diâmetro menor
• utilizar intensidade de corrente adequada

INCLUSÃO DE ESCÓRIA
A escória fica aprisionada entre os cordões da solda.

Causas predominantes
• chapas oxidadas
• intensidade de corrente muito baixa
• má repartição dos cordões
• falta ou inadequada limpeza entre os cordões

Soluções práticas
• executar limpeza e preparação adequadas
• utilizar intensidade de corrente adequada
• planejar uma sequência adequada para dividir os cordões
• fazer uma adequada limpeza entre os cordões de solda

CORDÃO MUITO ABAULADO OU OCO

Causas predominantes
• Velocidade de soldagem e intensidade de corrente inadequadas

Soluções práticas
• Fazer variar os dois parâmetros

TRINCAS NO CORDÃO DE SOLDA
Trincas formam-se no cordão de solda durante o resfriamento, ou seja, devido ao efeito das contrações.

Causas predominantes
Podem ser diversas, algumas para exemplificar:
• aço muito duro (% de Carbono elevada)
• espessura muito elevada e peça soldada sem pré-aquecimento
• falta de penetração ou secção do cordão de solda insuficiente
• temperatura ambiente muito baixa
• eletrodos úmidos

Soluções práticas
• trocar o material ou soldar com pré-aquecimento
• pré aquecer caso utilizar material de base de elevada espessura
• executar o cordão da maneira adequada
• resfriar a peça lentamente (mantas, resfriamento no forno, etc.)
• secar e conservar os eletrodos

TRINCAS NO METAL DE BASE
Trincas longitudinais à solda ou propagando-se pela chapa

Causas predominantes
• má soldabilidade do aço
• presença de elementos indesejáveis na composição do aço como por exemplo Carbono, Fósforo ou Enxofre.

Soluções práticas
Caso de difícil solução, tirando a óbvia substituição do metal de base as opções são:
• pré aquecer caso isto não tenha sido feito
• aumentar a temperatura de pré aquecimento
• dar preferência para eletrodos do tipo básico
• modificar a sequência de soldagem para diminuir o efeito das contrações












BIBLIOGRAFIA












MARQUES, P. V. Tecnologia da Soldagem
Universidade Federal de Minas Gerais - 1ª edição 1991

SAF Guia do soldador de soldadura manual
SAF - Soudure Autogene Française 1ª edição 1981

IBQN Soldagem I - Processos de Soldagem 1987

QUITES, A.
Tecnologia da Soldagem a arco voltáico 1979

FATEC Processos Usuais de Soldagem II 1989

AWS Welding Handbook eight edition volume