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Processo com arame tubular

Todos direitos reservados. Qualquer parte desta obra pode ser reproduzida, desde que citada a fonte. Livro Soldagem – Coleção tecnológica SENAI – 1a ed. 1997.


Características do processo

O processo de soldagem ao arco elétrico com arame tubular, também conhecido por FCAW (Flux-Cored Are Welding), utiliza um eletrodo metálico tubular, isto é, não sólido, com diversos formatos internos, e que contém um fluxo apropriado em seu interior para proteção do arco e do cordão. Em algumas situações, a soldagem com arame tubular também pode utilizar gás de proteção.

A soldagem com arame tubular com ou sem proteção gasosa pode ser semi-automática, em que o soldador controla a posição e o deslocamento da tocha, ou automática, quando a tocha é deslocada pela máquina. Nos primeiros tempos de utilização deste processo, os arames tinham um diâmetro grande e, por isso, a posição de soldagem era geralmente horizontal ou plana; com o desenvolvimento da fabricação dos arames tubulares com diâmetros cada vez menores, tornou-se possível soldar em qualquer posição e com qualquer tipo de junta.

camada de escória

A soldagem com arame tubular apresenta uma camada de escória que deve ser removida antes que um novo cordão seja executado. O tipo de arame utilizado condiciona a consistência e a aderência da escória; assim, existem escórias que se partem ao esfriar e se destacam facilmente do cordão, enquanto que outras aderem de tal modo ao cordão que precisam ser quebradas por meios mecânicos.

Aplicação

A utilização do processo de soldagem com arame tubular tem aumentado em razão de ser mais produtivo que a soldagem com eletrodos revestidos e também devido ao desenvolvimento de novos tipos de consumíveis. Sua aplicação é notada nas indústrias nuclear e naval, na construção de plataformas para exploração de petróleo e na fabricação de estruturas e peças de aço carbono, aços de baixa liga e aços inoxidáveis.

Atualmente o processo com arame tubular autoprotegido possibilita a soldagem em todas as posições, em chapas ou tubos e em qualquer tipo de junta. As espessuras dos materiais a soldar por este processo são as mesmas possíveis com outros arames, com a vantagem de que os autoprotegidos admitem montagens irregulares porque utilizam um “stick-out”, ou extensão do eletrodo,

maior que 20mm, embora este valor varie de arame para arame. Esta extensão maior permite que o aquecimento por efeito Joule seja maior, o que leva a uma redução do valor de tensão do arco elétrico e da intensidade de corrente. Estes fatos, por sua vez, acarretam redução da energia de soldagem.

vantagens

A soldagem com arame tubular apresenta as vantagens dos outros processos com proteção gasosa, como alta taxa de deposição, grande rendimento que resulta em boa produtividade e qualidade da solda e também as vantagens da soldagem com eletrodo revestido, como alta versatilidade, possibilidade de alterar a composição química do cordão e facilidade para operar no campo. Além disso, a soldagem com arame tubular apresenta melhor estabilização do arco, menor vazão de gás e cordão de melhor aspecto.

Parâmetros de soldagem

Os parâmetros considerados na soldagem com arame tubular são: intensidade de corrente, tensão do arco elétrico, “stick-out”, velocidade de soldagem, taxa de deposição e vazão do gás auxiliar de proteção.

intensidade de corrente

A intensidade de corrente na soldagem com arame tubular é proporcional à velocidade de alimentação do arame consumível. Com a condição de que todos os parâmetros permaneçam constantes, a variação da intensidade de corrente influencia outros fatores de soldagem; assim, o aumento da intensidade implica aumento da taxa de deposição, aumento da penetração e cordões de solda com má aparência; por outro lado, pouca intensidade de corrente pode causar excesso de salpicos, gotas de grande diâmetro, porosidades e excessso de nitretos no material depositado.

tensão do arco elétrico

A tensão do arco elétrico está relacionada com o comprimento do arco, de modo que tensões mais elevadas condicionam arcos com maior comprimento. A tensão do arco influencia fatores como aspecto do cordão, molhagem, que é a capacidade do material em se espalhar no metal de base, e porosidade. Um arco longo, produzido por tensões elevadas, causa excesso de salpicos e cordão de forma irregular; no caso de arame autoprotegido, deve-se trabalhar com um arco menor, resultante de tensões mais baixas do que as utilizadas para os arames com proteção gasosa; esta providência evita a formação de nitretos no metal fundido, os quais causam problemas nas características mecânicas do cordão. Tensões muito elevadas também podem causar porosidades. Por outro lado, tensões muito baixas originam cordões convexos com pouca penetração. Deste modo, deve-se trabalhar com as tensões adequadas, que são indicadas pelo fabricante.

stick-out

O “stick-out” é a distância entre a ponta do eletrodo e o bico de contato . Quanto maior for o “stick-out”, maior seráocalor desenvolvido por efeito Joule.oque vai influenciar a fusão do consumível e o aquecimento do fluxo interno do eletrodo. O “stick-out” é recomendado pelos fabricantes para cada tipo de consumível, pois o resultado da soldagem é influenciado diretamente por ele. Assim, um “stick-out” muito grande pode causar excesso de salpicos, cordões convexos e falta de penetração; já uma extensão muito pequena pode ocasionar porosidades, excesso de salpicos, oxidação da poça de fusão. Também a taxa de deposição pode ser alterada pelo “stick-out”, pois um aumento da extensão do eletrodo causa aumento da taxa de deposição.

velocidade de soldagem

A velocidade de soldagem tem influência sobre o resultado do trabalho; velocidades muito grandes ou mu ito baixas geralmente provocam mordeduras e possível inclusão de escória. Para evitar problemas, deve-se trabalhar dentro de uma faixa de velocidades que permita boa penetração e que está relacionada com o tipo de consumível e com a intensidade de corrente.

taxa de deposição

A taxa de deposição é a quantidade de metal fundido por unidade de tempo; depende de fatores como diâmetro do eletrodo, intensidade de corrente, tensão do arco, “stick-out” e tipo de material a ser depositado. Assim, quanto maiores forem esses parâmetros, maior será a taxa de deposição.

vazão do gás de proteção

A vazão do gás auxiliar de proteção condiciona o resultado final da soldagem; assim, uma vazão mínima ou em excesso pode causar porosidades e problemas de oxidação no metal fundido e na ponta do eletrodo. A vazão adequada depende da distância existente entre a tocha e a poça de fusão, da posição de soldagem, do tipo de gás e da circulação de ar no local de trabalho.

Modos de transferência

Os modos de transferência na soldagem com arame tubular e proteção gasosa são semelhantes aos observados na soldagem MIG/MAG convencional; existem a transferência por “spray”, a transferência globular e a transferência por curto-circuito. Na transferência por “spray” obtêm-se as maiores taxas de deposição; no entanto, aconselha-se não aplicar este modo em soldagem fora de posição ou em passes de raiz na posição plana devido à grande dimensão da poça de fusão originada por este tipo de transferência.

Consumvíeis

Os consumíveis utilizados na soldagem com arame tubular são o arame com fluxo e os gases.

formato do arame tubular

Os arames tubulares apresentam conformações internas que variam de acordo com o diâmetro. Segundo o Instituto Internacional de Soldagem (IIW) os formatos

internos podem ser descritos como: sem costura, de topo, sobreposto, dobra simples, dobra múltipla e dobra dupla.

aço seleção do arame tubular

A escolha do arame tubular para soldagem de carbono e de aço de baixa liga segue as normas AWS, que consideram fatores como soldagem monopasse ou multipasse, uso ou não de gás protetor complementar, tipo de corrente, posições de soldagem e propriedades mecânicas desejadas para o cordão de solda.

No caso de soldagem com arame autoprotegido, a própria fusão, a queima, a formação de escória e a vaporização dos elementos do fluxo são suficientes para proteger a poça de fusão e o arco elétrico, a exemplo do que se verifica na soldagem com eletrodos revestidos.

fluxo do arame tubular

O fluxo contido dentro do arame é responsável pela proteção do arco e do cordão de solda e pode ser complementado por um fluxo de gás fornecido por fonte externa. A capa externa do arame tubular é de aço de baixo teor de carbono e o fundente contém elementos formadores de escória, desoxidantes e estabilizadores do arco, deste modo, o arco torna-se estável, há poucos respingos e a escória formada resulta em bom acabamento superficial.

funções do fluxo

As funções do fluxo existente no arame são formar escória, proteger o arco voltaico da contaminação do ar e criar uma atmosfera mais ionizável. Outras funções do fluxo, além da proteção da poça de fusão, são de desoxidar e refinar o metal de solda e adicionar elementos de liga à solda. De maneira geral, pode-se dizer que a quantidade de fluxo existente dentro do arame varia entre 15 e 30% de seu peso.

tipos de fluxo do arame

Na soldagem com arame tubular, o modo de transferência é influenciado pelos arames autoprotegidos e pelos elementos que constituem os diversos tipos de fluxo contidos no arame. Os tipos de fluxo são os de composição metálica, de composição rutílica, de composição básica.

arame autoprotegido

O arame autoprotegido geralmente condiciona uma transferência por curto-circuito em que é possível formarem-se gotas distorcidas de grande dimensão na ponta do eletrodo. Esta formação pode ser reduzida por meio de alterações na composição do fluxo;em alguns casos, observa-se uma transferência secundária.

composição metálica

Os arames com fluxo de composição metálica são semelhantes aos arames sólidos; quando se usam correntes baixas, a transferência se dá por curto-circuito e com correntes mais elevadas, acontece por”spray”. A transferência com correntes elevadas proporciona altas taxas de deposição e cordões com boa forma.

composição rutílica

No caso de arame com fluxo de composição rutílica, a transferência é geralmente por “spray”. Uma parte do fluxo se funde e forma uma camada de escória na superfície da gota; uma outra parte se decompõe em gases de proteção e a parte restante é transferida para a poça de fusão, formando uma camada de escória protetora do cordão.

composição básica

A transferência proporcionada por arames básicos acontece por curto-circuito irregular, com corrente baixa; quando a corrente é mais elevada, o modo de transferência é globular, não axial. A parte do fluxo não fundida adquire a forma de um dedo projetado do arame em direção ao arco.

proteção da poça de fusão

Existem duas maneiras de proteger a poça de fusão no processo com arame tubular: uma é utilizar um arame autoprotegido, isto é, que contenha o tipo adequado de fluxo para proteger a poça de fusão contra a contaminação da atmosfera; a outra é utilizar arame tubular com uma proteção gasosa adicional. Em ambos os casos, o cordão de solda apresenta uma camada de escória que o cobre parcial ou totalmente.

Quando a proteção da poça de fusão é feita por gás, a fusão, a queima e a vaporização dos elementos do fluxo protegem grande parte da poça de fusão mas não a totalidade dela; assim, é necessário adicionar gás, como na soldagem MIG/MAG. O gás geralmente utilizado é C02, porém, arames especiais podem requerer misturas também especiais, que são determinadas pelo fabricante.

Equipamento

O equipamento para o processo com arame tubular é um só, tanto para soldagem com arames autoprotegidos quanto para soldagem com proteção gasosa suplementar. A diferença está em que no caso de soldagem com arames autoprotegidos não é necessário haver canalização para o gás de proteção.O equipamento completo é composto de fonte de energia, alimentador de arame, tocha, cilindro de gás, cabos e tubos de ligação.

fonte de energia

A fonte de energia para o processo com arame tubularésemelhante àquela utilizada no processo MIG/MAG, isto é, um transformador/retificador com tensão constante, onde é feito o controle da tensão do arcoelétrico. Os arames do tipo rutílico exigem corrente contínua e polaridade inversa; já os arames básicos e de alma metálica utilizam polaridade direta.

tocha

A tocha de soldagem para o processo com arame tubular é semelhante àquela utilizada no processo MIG/MAG, nos casos em que se utiliza proteção gasosa. Quando se trata de arames autoprotegidos, a tocha é mais simples. Em qualquer dos casos, as tochas podem ser refrigeradas a ar ou a água; existem também tochas sem refrigeração.

alimentador de arame

O alimentador de arame é a ligação entre a fonte de potência e a deposição do metal fundido. Sua função é alimentar o eletrodo de maneira contínua, bem como manter o arco estável dentro da corrente e voltagem desejadas. Os alimentadores funcionam como fontes de potência de potencial constante ou voltagem constante e geralmente apresentam também velocidade constante.

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