A soldagem por eletroescória é um processo por fusão em que o calor gerado por efeito Joule é proveniente da passagem de corrente elétrica pelo eletrodo e pela escória eletrocondutora fundida. A poça de fusão e o a camada de escória são mantidas na junta por sapatas refrigeradas que se movem progressivamente, para cima.
A soldagem por eletroescória foi desenvolvida pelos russos na década de 50 e utiliza a energia calorífica fornecida por uma corrente elétrica que passa pela escória líquida, a qual funde o metal de adição e as superfícies a serem soldadas. A escória é conseguida pela adição de um fluxo granulado, adicionado durante o processo; a proteção da área de soldagem é feita pela escória que flutua sobre a poça de fusão.
Aplicação
O processo de soldagem por eletroescória é usado quando se necessita de grandes quantidades de material de solda depositado, como no caso da soldagem de secções transversais muitos espessas. O processo passa a ser viável economicamente em juntas de topo a partir de 19mm de espessura; para espessuras máximas praticamente não há limitações. Os cordões são executados em um passe apenas e na posição vertical ascendente ou aproximada.
O processo de soldagem por eletroescória tem muitas aplicações, principalmente devido às altas taxas de deposição, tornando o processo economicamente viável. As áreas de maior aplicação são: construções metálicas – soldagem de topo em chapas grossas; construção naval – soldagem de secções do navio e laterais de tanques; construção de recipientes e vasos de pressão – costuras longitudinais; técnica nuclear – partes de componentes para usinas nucleares; construção de máquinas – carcaças para turbinas, cilindros, eixos, bases para máquinas; construção de vagões ferroviários – superfícies de rolamento, jogos de rodas.
vantagens
Entre as vantagens da utilização do processo por eletroescória, podemos citar a preparação do chanfro a baixo custo, por meio de oxicorte, pois não há tolerâncias críticas a serem consideradas; o processo lento de solidificação é favorável, do ponto de vista metalúrgico, para as reações químicas na poça de fusão; o metal depositado é bem desgaseificado e livre de poros, não mostra endurecimento e confere alta qualidade à junta soldada; devido ao resfriamento lento, as tensões próprias da solda são consideravelmente mais baixas do que as de soldas executadas por outros processos; solda sem distorções, o que evita trabalhos de ajustamento muito onerosos.
desvantagens
Algumas desvantagens podem ser notadas quando se solda pelo processo por eletroescória: a granulação é grosseira, com baixa resistência ao impacto, sendo necessário tratamento térmico posterior; o custo dos dispositivos de soldagem é alto; a operação requer mão- -de-obra especializada; o processo é eficiente apenas para soldar secções acima de 19mm; a soldagem só pode ser feita na posição vertical ascendente e não deve ser interrompida, pois cada interrupção, por mais breve que seja, leva ao resfriamento da camada de escória, com diluição insuficiente e consequentes descontinuidades.
Fundamentos do processo
Antes de iniciar o processo, coloca-se fluxo no chanfro; em seguida, abre-se um arco elétrico entre o eletrodo e o lado inferior do chanfro, para fundir o fluxo. A condutividade elétrica da escória líquida aumenta com a temperatura; quando a condutividade da camada de escória tiver aumentado, de modo que a escória conduza a corrente elétrica melhor do que o arco, este se apaga. Então a corrente elétrica corre do eletrodo, através da escória líquida e através da zona metálica fundida, até o metal de base.
Devido à passagem da corrente elétrica pela camada da escória e às propriedades especiais de condutividade da escória, o aquecimento funde o metal adicionado e as faces do chanfro; o calor gerado pela corrente elétrica é o princípio que serve como fonte de calor.
A guia do eletrodo e as sapatas se deslocam continuamente para cima, de modo que a superfície do metal líquido seja mantida sempre na altura média das sapatas de refrigeração. O metal solidificado é coberto lateralmente com uma camada fina de escória, que deve ser substituída com a adição regular de fluxo, para que a profundidade da camada de escória seja mantida estável. Na maioria dos casos a profundidade mais favorável está entre 40 e 60mm.
Parâmetros de soldagem
As fontes de energia típicas para o processo são semelhantes àquelas utilizadas no processo por arco submerso, com ciclo de trabalho de 100%, tensões em vazio da ordem de 60 V e tensões de trabalho de 30 a 55 V. A soldagem por eletroescória pode ser realizada com corrente alternada ou contínua com eletrodo no polo positivo. Uma tensão de soldagem mais alta provoca maior penetração na face. Conforme aumenta a velocidade do arame, também aumentam a corrente, a profundidade da poça de fusão e a taxa de fusão; a velocidade mais alta condiciona a formação de melhor microestrutura.
tensão
A tensão do arco influencia a estabilidade do processo e a penetração; o aumento da tensão tem como consequência um aumento da largura da poça e maior resistência à fissuração. Tensões baixas podem provocar curto-circuitos; por outro lado, tensões muito elevadas podem promover projeção de partículas de material e arcos no topo da poça de fusão; assim, é aconselhável manter a tensão estável, entre 32 e 55 V, embora possa chegar a valores mais altos, quando se tratar de grandes espessuras.
intensidade
A intensidade de soldagem está relacionada à velocidade de alimentação; quando a velocidade de alimentação aumenta, também aumenta a intensidade e, em conseqüência, a velocidade de deposição. O aumento de intensidade também acarreta um aumento da profundidade da poça.
stick-out
O “stick-out”, ou distância entre a guia e a poça de fusão, ser deve controlado conforme os parâmetros de soldagem. Assim, considerando uma dada tensão e velocidade de alimentação, quando se aumenta o “stick-out”, a resistência do eletrodo também é aumentada, fato que deve ser compensado. Os valores normais do comprimento livre do eletrodo estão entre 50 e 75mm. Valores inferiores sobreaquecem o tubo-guia e valores maiores causam sobreaquecimento do eletrodo; se o eletrodo for muito aquecido, tenderá a fundir dentro da poça de escória, que também terá sua temperatura aumentada e poderá provocar instabilidades no processo.
oscilação do arame
Quando se soldam peças de grande espessura, é recomendável fazer oscilar o arame por meios mecânicos, de maneira a garantir boa fusão junto aos bordos do chanfro. A oscilação deve variar entre 8 e 40mm/s e aumentar com a espessura.
altura da camada de escória
A altura da camada de escória deve ser mantida num patamar mínimo, a fim de garantir que o eletrodo possa fundir em contato com a poça de fusão. Em caso de pouca altura, o arco elétrico tende a apagar, produzindo projeções; por outro lado, se a altura é grande, a penetração diminui. O valor ideal para a altura da camada está entre 40 e 60mm.
número de arames
O processo de soldagem por eletroescória pode ser executado com um ou vários arames, os quais podem ter oscilação através de dispositivos acoplados ao sistema tracionador de arame.
A quantidade de arames utilizados depende da espessura do material; quando a espessura aumenta, a penetração e a profundidade diminuem, o que exige o aumento do número de arames. Geralmente usa-se um arame com oscilação quando se solda material de até 130mm, dois arames com material de até 200mm; em média, considera-se um arame para cada 150mm de espessura. Quando não existe oscilação, considera-se um arame para cada 65mm de espessura.
abertura do chanfro
A abertura do chanfro deve levar em consideração fatores como camada de escória suficiente, boa circulação e espaço para utilização eventual de guia consumível. Quanto maior for a abertura do chanfro, maior será o consumo de material de adição e menor a velocidade de execução da soldagem. A abertura adequada deve ser suficiente para que nào ocorra curto-circuito entre guia de arame e as faces do chanfro; geralmente, essa abertura varia entre 20 e 40mm e depende da espessura do metal de base, dos eletrodos e da existência ou não de oscilação; aberturas de junta muito grandes não são econômicas.
preparação da junta
Algumas recomendações devem ser levadas em conta na preparação da junta: as superfícies das peças devem ser isentas de sujeira e relativamente planas para permitir o encosto das sapatas e evitar perdas de escória; a junta pode ser preparada por processo de corte térmico ou mecânico; os bordos do chanfro podem apresentar um mínimo de óxidos, pois estes serão eliminados pelo processo metalúrgico; deve-se evitar umidade e garantir a estanqueidade das sapatas. As geometrias mais comuns de juntas para o processo são as de topo, de canto, em T, em cruz e de filete.
preparação das chapas
As chapas devem ser alinhadas e fixadas firmemente; as ligações elétricas exigem contatos adequados, que são colocados próximo ao eletrodo para diminuir as interferências magnéticas. A primeira parte do cordão de solda, entre 3 e 8cm, é feita sob escória não totalmente fundida, o que mostra uma penetração baixa demais; por essa razão, coloca-se abaixo do cordão uma peça de acesso, com mais de 10Omm de dimensão.
Para terminar o cordão, devem-se prever peças de saída, as quais não só têm o objetivo de manter a escória confinada, com também de deixar os últimos milímetros da solda fora do cordão, pois essa parte final, devido à interrupção do processo, pode desenvolver uma estrutura metalográfica diferente.
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