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Processo com eletrodo revestido - Fundamentos

Escrito por Infosolda. Posted in Processos

Todos os processos de soldagem por arco elétrico precisam de algum tipo de proteção para evitar contaminações da atmosfera, a menos que se solde em uma câmara de vácuo, o que é economicamente inviável. Na soldagem com eletrodo revestido, a queima do revestimento dos eletrodos é responsável pela proteção gasosa.

 

Um eletrodo sem revestimento e sem nenhum outro tipo de proteção perde parte de seus elementos após a fusão e deposita um metal nitretado e oxidado, cujas propriedades mecânicas terão um valor relativamente inferior ao das chapas de aço de baixo teor de carbono. Estes dois elementos químicos, nitrogênio e oxigênio, são os que mais influenciam a deterioração das propriedades.

a atmosfera da poça de fusão é influenciada pela presença de oxigênio e nitrogênio no ar

Durante a fusão de um eletrodo sem revestimento, a maior parte do carbono e do manganês contidos no aço do eletrodo é queimada durante a operação de soldagem, o que naturalmente influencia 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 (C02), enquanto que o manganês transforma-se em óxido de manganês (Mn304). O silício, extremamente ávido pelo oxigênio, queima-se igualmente, dando origem a uma escória de sílica (Si02).

reações do oxigênio

Numerosos ensaios permitem concluir que a fusão de um eletrodo sem revestimento e sem adição de qualquer outro tipo de proteção provoca uma forte oxidação do carbono, do manganês e do silício. 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 com tensão elevada provocará maiores reações de oxidação do que um arco curto. Por outro lado, as características da fonte de alimentação elétrica, seja com corrente contínua ou alternada, não terão grande influência, desde que forneçam condições para um arco estável. Vale 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, por meio de uma faísca piloto.

Além destas reações químicas, o oxigênio do ar pode formar uma película de óxido sobre as gotas durante sua transferência para o metal de base, no nível do banho de fusão. Esse óxido formado tem uma solubilidade muito baixa (0,05%) no metal. Quando observadas em microscópio, as partículas de óxido estarão em evidência devido a se precipitarem entre os cristais sob a forma de óxido de ferro. É muito difícil dosar o oxigênio dissolvido no aço sob a forma de óxido pelos métodos de análise tradicionais.

reações do 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 nitreto de ferro. Mesmo que seja em quantidade muito pequena, o nitreto formado trará graves consequências porque tornará a solda frágil, diminuindo a resiliência do metal depositado. É difícil identificar o nitrogênio combinado porque ele não aparece sob a forma de nitreto, e sim sob a falsa aparência de perlita não identificável ao microscópio. Diversos trabalhos mostram que a presença do nitreto de nitrogênio 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 resumo, quando o teor de nitrogênio ultrapassa o valor de 0,03% há uma diminuição nos valores das propriedades mecânicas.

Eletrodo revestido

O eletrodo revestido é um condutor metálico que permite a passagem de uma corrente elétrica. É constituído por um núcleo metálico chamado alma, envolvido por um revestimento composto de matérias orgânicas e/ou minerais, com dosagens bem definidas.

O material de que é feita a alma independe do material a ser soldado; pode ser da mesma natureza do metal de base ou não, uma vez que há a possibilidade de utilizar revestimentos que complementem a composição química da alma. Os revestimentos são muito mais complexos em sua composição química, pois têm diversas funções que são conseguidas pela mistura dos diversos elementos adicionados.Um quadro mostra os materiais da alma do eletrodo mais adequados à soldagem de aços e ferros fundidos.



classificação do eletrodo

Os eletrodos podem ser classificados segundo a espessura e a composição química do revestimento. O critério de espessura considera como tipos o peculiar ou fino, o semi-espesso, o espesso e o muito espesso. O diâmetro de um eletrodo corresponde sempre ao diâmetro da alma. Os diâmetros existentes no mercado estão na faixa de 1 a 7mm, embora existam eletrodos especiais com dimensões diferentes destas.

peculiar ou fino

O revestimento peculiar ou fino é o menos comum de todos. Tem a espessura menor do que 10% do diâmetro da alma, e por isto, é o que requer a menor intensidade de corrente para ser fundido. Este eletrodo não apresenta formação de cratera.

semi-espesso

O revestimento semi-espesso é aquele cuja faixa de espessura encontra-se entre 10 a 20% do diâmetro da alma. Sua fusão requer um valor de corrente ligeiramente superior ao tipo peculiar ou fino. A cratera formada por este eletrodo é a menor de todos os tipos.

espesso

Espesso é o eletrodo em que a faixa de espessura do revestimento encontra-se entre 20 a 40% do diâmetro da alma. Sua fusão requer um valor alto de corrente e a cratera formada pode ser considerada como média.

muito espesso

Esta classificação engloba os revestimentos em que a faixa de espessura do revestimento é maior que 40% do diâmetro da alma. Requer as maiores intensidades de corrente para ser fundido e apresenta uma cratera profunda.

variação da intensidade de corrente

A intensidade de corrente necessária para a fusão dos eletrodos varia conforme uma série de fatores; porém, tomando por base apenas a classificação dos tipos de revestimento segundo a espessura, é possível estabelecer regras práticas que indicam a corrente adequada para o trabalho, uma vez que para todos eletrodos existem os limites máximos e mínimos de corrente.

Limite máximo é definido como um valor a partir do qual o eletrodo crepita ou estala, dificultando a operação de soldagem, e no qual ocorre a danificação do revestimento, isto é, a queima antes de sua efetiva utilização; limite mínimo é o valor em que é muito difícil estabelecer o arco.

Para os eletrodos de revestimento muito espesso, que não contenham elevado teor de pó de ferro, pode-se considerar uma fórmula; é importante destacar, porém, que essa fórmula não é válida para os eletrodos com elevado teor de pó de ferro porque estes necessitam de maiores valores de intensidade de corrente.


Tomando como base um eletrodo com diâmetro de 4mm com baixo teor de pó de ferro, as intensidades de corrente podem ser encontradas em um quadro.


Na composição química do revestimento de um tipos de revestimento eletrodo são utilizados diversos componentes químicos com diferentes funções. Nesta classificação, o elemento com maior teor no revestimento é aquele que será utilizado como base. Um quadro mostra os elementos a serem adicionados para atingir as funções desejadas.


revestimento oxidante

O revestimento oxidante é constituído principalmente de óxido de ferro e manganês. Produz uma escória oxidante, abundante e fácil de destacar. Os eletrodos com revestimento oxidante podem ser utilizados nas correntes contínua ou alternada e apresentam uma baixa penetração.

O metal depositado possui baixos teores de carbono e manganês e, embora o aspecto da soldagem produzida seja muito bom, não é o eletrodo adequado para aplicações de elevado risco. Atualmente, este tipo vem sendo cada vez menos utilizado.

revestimento ácido

O revestimento ácido é constituído principalmente de óxido de ferro, manganês e silício. Produz uma escória ácida, abundante, porosa e de fácil remoção. O eletrodo com este tipo de revestimento pode ser utilizado nos dois tipos de corrente, apresenta penetração média e alta taxa de fusão, causando uma poça de fusão volumosa, e em consequência disto, é indicado para aplicação nas posições plana e de filete horizontal.

As propriedades da solda são consideradas boas para diversas aplicações, embora sua resistência à formação de trincas de solidificação seja baixa. Este revestimento produz um cordão com aparência muito boa.

revestimento rutílico

O revestimento rutílico contém grandes quantidades de rutilo (Ti02 - óxido de titânio) e produz uma escória abundante, densa e facilmente destacável.

Os eletrodos com este revestimento são de fácil manipulação e podem ser utilizados em qualquer posição, exceto nos casos em que contenham um grande teor de pó de ferro; são considerados de grande versatilidade e de uso geral. Quando utilizados em corrente contínua ou alternada, produzem um cordão de bom aspecto, porém com penetração média ou baixa. A resistência à fissuração a quente é relativamente baixa.

revestimento básico

O revestimento básico contém grandes quantidades de carbonatos de cálcio ou outro material e fluorita. Estes componentes são os responsáveis pela geração de escória com características básicas que, adicionada ao dióxido de carbono gerado pela decomposição do carbonato, protege a solda do contato com a atmosfera. Esta escória exerce uma ação benéfica sobre a solda dessulfurando-a e reduzindo o risco de trincas de solidificação.

Desde quearmazenado e manuseado corretamente, este revestimento produz soldas com baixos teores de hidrogênio e minimiza os problemas de fissuração e fragilização induzidos por este elemento químico. A penetração é média e o cordão apresenta boas propriedades mecânicas, particularmente em relação à tenacidade.

Os eletrodos com revestimento básico são indicados para aplicações de alta responsabilidade, para soldagens de grandes espessuras e de elevado grau de restrição, isto é, dificuldade de dilatação e de contração da peça.

O revestimento básico também é recomendado para soldar aços de pouca soldabilidade, como por exemplo os aços de alto teor de carbono e/ou enxofre ou aços de composição química desconhecida. Em razão de ser o mais higroscópico de todos, este tipo de revestimento exige cuidados especiais com o armazenamento e manuseio.

revestimento celulósico

O revestimento celulósico contém grandes quantidades de material orgânico, como por exemplo celulose, que, quando decomposta pelo arco, gera quantias consideráveis de gases protetores do metal líquido. A quantidade de escória produzida é pequena e o arco é muito violento, causando grande volume de respingos e alta penetração, se comparado a outros tipos de revestimento.

O aspecto do cordão produzido pelos eletrodos com este tipo de revestimento não é dos melhores, apresentando escamas irregulares. As características mecânicas da solda resultante do trabalho com revestimento celulósico são consideradas boas, embora exista a possibilidade de fragilização pelo hidrogênio.

Os eletrodos com revestimento celulósico são particularmente recomendados para soldagens fora da posição plana, tendo grande aplicação na soldagem circunferencial de tubulações e na execução de passes de raiz em geral. Devido à elevada penetração e às grandes perdas por respingos, não são recomendados para o enchimento de chanfros.

revestimento com adição de pó de ferro

No caso de soldagem de aços, é possível adicionar aos diversos tipos de revestimento outros elementos de liga com funções especiais durante a deposição. O caso mais comum é a adição de pó de ferro. Durante a soldagem, o pó de ferro é fundido e incorporado à poça de fusão, de modo a melhorar o aproveitamento da energia do arco, aumentar a estabilização do arco - no caso de adições no revestimento que correspondam a até 50% do peso do metal depositado - tornar o revestimento mais resistente ao calor, permitindo a utilização de correntes de soldagem com valores mais elevados, e aumentar a taxa de deposição do eletrodo. No entanto, a adição de pó de ferro ao revestimento causa também alguns pontos desfavoráveis, tais como o aumento da poça de fusão e maior dificuldade em controlar a poça, dificultando ou mesmo impossibilitando a soldagem fora da posição plana.

normas para identificação dos eletrodos revestidos

A AWS - American Welding Society (Sociedade Americana de Soldagem) - criou um padrão para a identificação dos eletrodos revestidos que é aceito em quase todo o mundo. Devido à simplicidade e talvez ao pioneirismo, esta é a especificação mais utilizada no mundo atualmente para identificar eletrodos revestidos.

As especificações de identificação da AWS são numeradas de acordo com o material que se pretende classificar. Entre estas especificações, as mais comuns são as utilizadas para aço carbono (AWS A 5.1), para aços de baixa liga (AWS A 5.5) e para aços inoxidáveis (AWS A 5.4). Um quadro auxilia a encontrar a norma AWS que especifica o eletrodo adequado à soldagem de determinados materiais.

O revestimento do eletrodo desempenha, entre funções do revestimento outras, as funções elétrica, mecânica e metalúrgica.

função elétrica

Quando se utiliza um eletrodo sem revestimento e sem nenhum outro tipo de proteção em trabalhos com corrente alternada, é impossível estabelecer um arco elétrico; porém, graças à ação ionizante dos silicatos contidos no revestimento, a passagem da corrente alternada é consideravelmente facilitada entre o eletrodo e a peça a soldar. Assim, a presença do revestimento no eletrodo permitirá a continuidade e consequentemente a estabilidade do arco, além da utilização de tensões baixas em vazio, mesmo em trabalhos com corrente alternada (40 a 80V); isto possibilita uma redução do consumo de energia no primário e um considerável aumento da segurança do soldador.

O revestimento é mau condutor de eletricidade, impedindo aberturas laterais do arco em locais não desejados.

função mecânica

Ao fundir, o revestimento cria uma concavidade na ponta do eletrodo chamada cratera. A profundidade da cratera tem influência direta sobre a facilidade de utilização do eletrodo, sobre as dimensões das gotas e sobre a viscosidade da escória.

Um eletrodo de boa qualidade deve apresentar uma cratera mais profunda e gotas mais finas; além disto, a cratera serve também para guiar as gotas do metal fundido.

O revestimento também forma uma atmosfera gasosa que protege a fusão da alma contra o oxigênio do ar; ao mesmo tempo, o revestimento deposita escória, mais leve que o metal fundido, para proteger o banho de fusão não somente contra a oxidação, mas também contra um resfriamento rápido.

A escória constitui um isolante térmico que permite a liberação dos gases retidos no interior do metal depositado, evitando com isto a formação de poros, e minimiza o endurecimento do material depositado.

função metalúrgica

O revestimento tem uma função metalúrgica na medida em que acrescenta elementos de liga à poça de fusão, os quais ficam inseridos na junta e alteram as propriedades do cordão de solda.

Os elementos que contêm pó de ferro permitem a produção de mais material de adição, tornando melhor o acabamento do cordão.

O silício existente no revestimento atua como desoxidante, uma vez que a poça de fusão contém oxigênio, oriundo da queima dos revestimentos com carbonatos ou de vapor de água.

Os gases redutores, CO e H2, provenientes da queima do revestimento, também se juntam à escória e à poça de fusão, formando uma espécie de forno de redução de minério de ferro. Após a solidificação da poça de fusão, a escória solidificada funciona como um tratamento térmico do cordão, evitando um resfriamento rápido da superfície.

 

 Link Relacionado:

Soldagem – Coleção tecnológica SENAI – 1ª ed. 1997