Soldadura por eletrodo MMA

A. PREMISSA

A soldadura por arco com eléctrodos revestidos é um processo manual no qual a fonte térmica é composta pelo arco eléctrico que ao disparar entre o eléctrodo revestido (sustentado pela pinça porta-eléctrodo) e a peça a soldar (material base), desenvolve o calor que provoca uma rápida fusão do material base e do eléctrodo (material de adição). 

 
B. O CIRCUITO DE SOLDADURA

1. gerador de corrente

2. pinça porta-eléctrodo

3. eléctrodo revestido

4. pinça de massa

5. os cabos de pinça e de massa

1. GERADOR DE CORRENTE

O gerador de corrente tem a tarefa de alimentar o arco eléctrico, presente entre o material base e o eléctrodo, através da saída de uma quantidade suficiente de corrente para mantê-lo aceso. A soldadura por eléctrodo baseia-se no princípio da corrente constante, isto é, a corrente distribuída pelo gerador não deve mudar quando o operador movimenta o eléctrodo em relação à peça. A característica construtiva da fonte, portanto, é de forma a manter a corrente sem variação na presença de variações do comprimento do arco devidas à aproximação ou afastamento do eléctrodo: quanto mais constante for a corrente, mais estável será o arco, facilitando, portanto, o trabalho do operador. No seu interior geralmente há um dispositivo de regulação da corrente de soldadura, do tipo mecânico (shunt magnético ou reactância saturável) ou electrónico (sistemas com SCR ou sistemas por inversor). Esta é a distinção que permite de classificar os aparelhos de soldar por eléctrodo em três famílias, em função de sua tecnologia construtiva: aparelhos de soldar electromecânicos, aparelhos de soldar electrónicos (com SCR), aparelhos de soldar por inversor. A polaridade da corrente de saída do gerador identifica mais duas categorias de pertinência:

a) gerador em corrente alternada AC (alternating current)
A corrente de saída do gerador assume a forma de uma onda senoidal, que muda a sua polaridade em intervalos regulares, com frequência de 50 ou 60 ciclos por segundo (Hertz). Ela é obtida mediante um transformador, que permite de converter a corrente de rede em uma corrente apropriada de soldadura. É própria dos aparelhos de soldar electromecânicos.

b) gerador em corrente contínua DC (direct current)
A corrente na saída do gerador apresenta uma forma de onda contínua, obtida através de um dispositivo, o rectificador, situado a jusante do transformador, que permite a conversão da corrente de alternada para contínua. Esta saída é típica dos geradores com SCR e com inversor. No caso em que o circuito de soldadura seja composto por um gerador de corrente contínua (DC), pode ser introduzida mais uma classificação em função da modalidade de conexão dos pólos da fonte de soldadura ao material a soldar

i) ligação em polaridade directa
A ligação em polaridade directa ocorre conectando o cabo de pinça (com pinça porta-eléctrodo) ao pólo negativo (-) da fonte de soldadura e o cabo de massa (com pinça de massa) ao pólo positivo (+) da fonte. O arco eléctrico concentra o calor produzido na peça favorecendo a sua fusão. Dessa forma a alma do eléctrodo ao fundir deposita-se e penetra na junção a soldar.

ii) ligação em polaridade inversa
A ligação em polaridade inversa ocorre conectando o cabo de pinça (com pinça porta-eléctrodo) ao pólo positivo (+) da fonte de soldadura e o cabo de massa (com pinça de massa) ao pólo negativo (-) da fonte. O calor do arco eléctrico concentra-se mais na extremidade do eléctrodo. Cada tipo de eléctrodo exige um andamento específico de corrente (AC ou DC) e no caso do DC uma polaridade específica: a escolha do eléctrodo, portanto, é condicionada também pelo tipo do gerador utilizado. Uma utilização errada causa problemas na estabilidade do arco e consequentemente na qualidade da soldadura.

2. PINÇA PORTA-ELÉCTRODO

A pinça porta-eléctrodo tem a função primária de suportar o eléctrodo garantindo um bom contacto eléctrico para a passagem da corrente; para além disso, deve garantir um isolamento eléctrico suficiente com relação ao soldador.

3. ELÉCTRODO REVESTIDO

O eléctrodo revestido é composto por uma alma e por um revestimento os quais têm tarefas diferentes mas complementares: a alma tem principalmente a função de condutora de corrente para a alimentação do arco e de adição do material para o enchimento da junção enquanto o revestimento tem a função primária de proteger o banho de fusão e estabilizar o arco.

4. 5. PINÇA DE MASSA E CABOS

O borne de massa é um dispositivo que garante, através do cabo de massa, o fecho da ligação eléctrica entre a fonte de soldadura e a peça a soldar. O cabo de pinça permite a ligação entre a pinça porta-eléctrodo e o gerador.

C. OS DISPOSITIVOS DE ARC FORCE, HOT START, ANTI-STICK

Para facilitar o uso dos geradores de soldadura, pode haver no seu interior dispositivos especiais caracterizados pela terminologia indicada a seguir.

O dispositivo de arc force facilita a transferência das gotas de material fundido do eléctrodo ao material a soldar, prevenindo o desligamento do arco quando ocorre o contacto, através das próprias gotas, entre eléctrodo e banho de fusão.

O dispositivo de hot start facilita a ignição do arco eléctrico, fornecendo uma sobrecarga de corrente, a cada reinício da soldadura.

O dispositivo anti-stick desliga automaticamente o gerador de soldadura, quando o eléctrodo cola no material a soldar, permitindo a sua remoção manual, sem estragar a pinça porta-eléctrodo.

D. OS ELÉCTRODOS REVESTIDOS

1. 1 Características

O revestimento é a parte mais importante do eléctrodo e tem inúmeras funções. Antes de tudo serve para proteger a soldadura contra a contaminação do ar, e isso é realizado seja volatizando, portanto, modificando a atmosfera ao redor do banho, seja fundindo em atraso, portanto, protegendo a alma com a cratera que se forma naturalmente, seja liquefazendo e flutuando sobre o banho. Para além disso, contém materiais capazes de purificar o material base e elementos que podem provocar a criação de ligas na fusão. A escolha do revestimento, portanto, é muito importante e depende das características que se quer dar à soldadura. O revestimento pode também conter metal de adição em pó, para aumentar a quantidade do material depositado e, portanto, a velocidade da soldadura. Nesse caso fala-se de eléctrodos de alto rendimento.

1. 2 Tipo de Electrodos

No comércio existem vários tipos de eléctrodos revestidos, onde a sua composição química influencia bastante a estabilidade do arco eléctrico, a profundidade de penetração, a deposição do material, a pureza do banho, isto é, os seus campos de aplicação.
Considerando o tipo de revestimento, os tipos principais de eléctrodos são:

* eléctrodos com revestimento ácido
Os revestimentos desses eléctrodos são compostos por óxidos de ferro, ferro-ligas de manganés e silício. Garantem uma boa estabilidade do arco que os torna idóneos seja para a corrente alternada (AC) seja para a corrente contínua (DC). Têm um banho muito fluido que não permite soldaduras na posição; para além disso, não têm um grande poder de limpeza no material base e isso pode ser causa de fissuras.Não suportam temperaturas elevadas de secagem, com o risco consequente de humidade residual e, portanto, de inclusões de hidrogénio na soldadura.

* eléctrodos com revestimento de rútilo
O revestimento deste eléctrodo é composto essencialmente por um mineral denominado rútilo. Esse mineral é composto por 95% de bióxido de titânio, um composto muito estável que garante uma óptima estabilidade do arco e uma fluidez elevada do banho, com um efeito estético apreciável na soldadura. A tarefa do revestimento rútilo, de qualquer forma, é o de garantir uma fusão maleável, de fácil realização, facilitando a formação de uma escória abundante e viscosa que permite uma boa fluidez na soldadura sobretudo na posição plana. Nesse caso o cordão apresenta-se visualmente bonito e regular. Infelizmente também esses revestimentos não têm grande eficácia como limpadores, portanto, são recomendados onde o material base não contém muitas impurezas; para além disso, não secam bem e, portanto, desenvolvem muito hidrogénio na soldadura. Em algumas aplicações é combinado com o rútilo outro componente típico de outros revestimentos, como a celulose (eléctrodos rutílico-celulósico) ou a fluorite (eléctrodos rutílico-básicos). A finalidade geralmente é obter um eléctrodo com arco estável, porém com características de soldadura de mais desempenho. A estabilidade do arco é uma prerrogativa que possibilita o uso deste eléctrodo seja com corrente alternada (AC) seja com corrente contínua (DC) em polaridade directa. É usado sobretudo em espessuras reduzidas.

* eléctrodos com revestimento celulósico
O revestimento desses eléctrodos é composto principalmente por celulose completada por ferro-ligas (magnésio e silício). O revestimento gaseifica quase totalmente, permitindo, portando, a soldadura também na posição vertical descendente, coisa que não é possível com outros tipos de eléctrodo; a gaseificação elevada da celulose reduz a quantidade de escórias presentes na soldadura. O desenvolvimento elevado de hidrogénio (decorrente da composição química especial do revestimento) faz com que o banho de soldadura seja "quente", com a fusão de uma grande quantidade de material base; assim são realizadas soldaduras que penetram em profundidade, com poucas escórias no banho. As características mecânicas da soldadura são óptimas; o nível estético é muito baixo pois a ausência quase total da protecção líquida oferecida pelo revestimento impede uma modelação do banho durante a solidificação. A corrente de soldadura, devido à baixa estabilidade do arco, geralmente está em corrente contínua (DC) com polaridade inversa.

* eléctrodos com revestimento básico
O revestimento dos eléctrodos básicos é composto por óxidos de ferro, ferro-ligas e sobretudo por carbonatos de cálcio e magnésio, aos quais, adicionando o fluoreto de cálcio, é obtida a fluorite, ou seja, um mineral capaz de facilitar a fusão. Tem uma capacidade elevada de purga do material base, portanto são obtidas soldaduras de qualidade e com robustez mecânica considerável. Para além disso, esses eléctrodos suportam temperaturas elevadas de secagem, portanto, não contaminam o banho com o hidrogénio. A fluorite deixa o arco muito instável: o banho é menos fluido, há curto-circuitos frequentes devido a uma transferência do material de adição em gotas grandes; o arco deve ser mantido muito curto pela baixa volatilidade do próprio revestimento; todas essas características exigem uma boa experiência por parte do soldador. A escória produzida é dura e difícil de remover, e deve ser removida totalmente no caso de repassadas. Esses eléctrodos prestam-se para realizar soldaduras em posição vertical, extremidade, etc.

Com relação à corrente a utilizar é recomendável o uso de geradores em corrente contínua (DC) com polaridade inversa. Os eléctrodos básicos se distinguem pela elevadíssima quantidade de material depositado e adaptam-se bastante à soldadura de junções com espessuras grossas. São muito higroscópicos e recomenda-se de manter esses eléctrodos em ambientes secos e em caixas bem fechadas; se isso não for possível é recomendável executar uma nova secagem do eléctrodo antes da utilização.

1. 3 Características dos vários tipos de eléctrodos

1.4 Escolha da corrente em função do eléctrodo

2. Classificação dos eléctrodos
Os conjuntos de eléctrodos revestidos são classificados no âmbito da norma EN 499 por tipo de revestimento em função das suas características mais importantes.

a)  Segundo a norma em vigor cada eléctrodo pode ser definido totalmente por uma sigla reproduzida no rótulo da embalagem, como exemplificado a seguir:

Os vários elementos têm o significado abaixo:

* E = eléctrodo
* 44 = resistência à tracção, que pode ser:

00 = nenhum valor garantido
44 = mínimo garantido 44 Joule

* T = Tipo de aplicação que pode ser:

S = para chapas finas (inferior a 4 mm.)
L = para chapas médias e grossas
T = para tubagens

* 3 = classe de qualidade, que varia de 1 até 4, função de ensaios mecânicos especiais.
* C = tipo de revestimento, que pode ser :

R = rútilo RC = rutílico-celulósico
B = básico RB = rutílico-básico
C = celulósico V = especial 

* 1 = posições de soldadura, que pode ser:

1 = todas
2 = todas, excluída vertical descendente
3 = somente plano e plano-frontal (ângulo normal)
4 = somente plano e ângulo posicionado

* 9 = corrente eléctrica utilizável, que pode ser:
* R09 = valor mínimo garantido do rendimento, expresso em décimos

* KV20 = símbolo adicional para características de resiliência em baixa temperatura
No exemplo o eléctrodo tem um valor de resiliência até -20 °C.

b) Segundo a classificação AWS (AMERICAN WELDING SOCIETY) ASTM (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS) cada eléctrodo é representado para além do logo do fabricante também por um símbolo como no exemplo a seguir::

The meaning of which is reported here below:
O significado de cada termo é o seguinte:
E = eléctrodo
60 = resistência mínima à tracção, expressa em libras por polegada quadrada
1 = posições de soldadura que podem ser:

1 = todas
2 = plano e ângulo posicionado

1 = corrente de soldadura, que pode ser:

0 = contínua com polaridade positiva, para eléctrodos celulósicos
1 = alternada e contínua (pólo positivo)
2 = alternada e contínua (pólo negativo)
3 = alternada e contínua para eléctrodos com rútilo
4 = alternada e contínua para eléctrodos de alto rendimento, com rútilo
5 = contínua com polaridade positiva, para eléctrodos básicos
6 = alternada e contínua para eléctrodos básicos
7 = alternada e contínua (pol. qualquer ) para eléct. de alto rend. com óxido de ferro
8 = alternada e contínua (pólo positivo) para eléct. básicos de alto rendimento

E. A SOLDADURA DOS MATERIAIS EM MMA

Se a composição do aço for facilmente reconhecível, podem ser utilizados os eléctrodos rútilos, pela sua maior facilidade de ignição, de soldadura e pela boa estética do cordão.
Na prática, a soldadura dos aços com médio, elevado conteúdo de carbono (>0,25%) pode provocar a formação de defeitos estruturais; é recomendada a aplicação do processo com eléctrodo sobretudo para a soldadura de junções com espessuras médio-grandes e utilizando eléctrodos básicos: nesse caso obtém-se uma elevada qualidade da soldadura junto com uma boa resistência à ruptura. A soldadura de tubos de aço ocorre utilizando eléctrodos celulósicos, onde é necessária uma penetração elevada e um bom processamento do eléctrodo. É sempre recomendada a chanfradura, com ângulo do chanfro suficiente para uma quase completa introdução do eléctrodo na encalcadeira.
Com referência aos materiais especiais como aços inoxidáveis, alumínio e suas ligas, e ferro fundido, são utilizados eléctrodos específicos.

Os aços inoxidáveis são soldados em corrente contínua (DC) com polaridade inversa; são utilizados eléctrodos específicos, que se diferenciam pela composição metalúrgica do material a soldar (presença do cromo (Cr) e do níquel (Ni) em percentuais variáveis).

O alumínio e as ligas leves são soldados em corrente contínua (DC) com polaridade inversa. A máquina deve ser equipada com uma dinâmica de ignição bem elevada para garantir o acendimento do eléctrodo. Nesse caso também são utilizados eléctrodos especiais, que se diferenciam pela composição metalúrgica do material a soldar (presença do magnésio (Mg) e do silício (Si) em percentuais variáveis).

O ferro fundido é soldado em corrente contínua (DC) com polaridade inversa; a maior parte das estruturas e órgãos mecânicos em ferro fundido são efectuadas por fusão, portanto, a soldadura é utilizada para corrigir eventuais defeitos de fusão e para reparações. São utilizados eléctrodos específicos e o material base deve ser aquecido adequadamente antes da utilização.