Nesta unidade temática, você vai aprender

• A ter uma visão geral do processo de soldagem; 

• A compreender o processo de soldagem por eletrodos revestidos.

A soldagem tem um grande campo de aplicação, usada na fabricação de bicicletas às naves espaciais, muito utilizada nas indústrias naval, automobilística, nuclear, energética, aeroespacial, eletrônica, petroquímica, construção civil, plataformas marítimas etc.

A soldagem, segundo Kiminami (2013), é um dos três processos utilizados para união de partes metálicas, sendo os outros dois a união mecânica, que inclui o uso de rebites, parafusos, porcas; e a união por adesivos com o uso de material não metálico, tais como resinas termoplásticas e termorrígidas, elastômeros artificiais para criar uma junta entre duas superfícies. A soldagem é um conjunto de processos de manufatura pelos quais duas partes metálicas são unidas permanentemente pela coalescência da interface de contato, que é induzida pela combinação de temperatura, pressão e condições metalúrgicas.

Os processos de soldagem podem ser classificados em quatro classes:

A soldagem possui as seguintes características que a tornam um processo importante comercial e tecnologicamente: a soldagem possibilita uma junção permanente, tornando as partes soldadas uma só unidade. A junta soldada pode ter resistência mecânica superior às partes que foram unidas, dependendo do metal de adição e da técnica de soldagem utilizada. É geralmente um processo economicamente viável para união de componentes, considerando o material usado e o custo de fabricação, pois as alternativas de união mecânica envolvem geralmente furos e uso de parafusos e rebites que levam, muitas vezes, o sistema de união a ser mais pesado do que os próprios componentes que estão sendo unidos. A soldagem não é limitada ao ambiente de fábrica, podendo ser realizada no campo, nos locais de uso dos componentes e equipamentos. A soldagem, por outro lado, apresenta certas limitações e desvantagens, tais como: a maioria dos processos de soldagem é realizada manualmente, sendo necessário treinamento do operador, o que encarece a mão de obra. A maioria dos processos envolve alta energia e é inerentemente perigosa. Nos casos em que é necessária a desmontagem do sistema para reparo ou manutenção, a soldagem não é indicada por ser uma união permanente. As juntas soldadas podem ter defeitos de qualidade difíceis de serem detectados e os defeitos causam, por exemplo, redução na resistência mecânica da junta. A escolha do processo de soldagem depende de vários fatores: a aplicação; o projeto da solda; os materiais envolvidos; e a forma dos componentes que serão soldados, sua espessura e seu tamanho. A soldagem, além de ser utilizada na produção de peças e equipamentos, é muito importante como processo para manutenção e reparo, objetivando o prolongamento da vida útil de peças e equipamentos. A soldagem tem um vasto campo de aplicação, usada na fabricação de uma simples cadeira às naves espaciais, muito utilizada nas indústrias naval, automobilística, nuclear, energética, aeroespacial, eletrônica, petroquímica, construção civil, plataformas marítimas etc. Tem como características importantes ser um meio barato de união de materiais, aplicável para união de todos os metais comerciais, propiciar flexibilidade de projeto e redução de custo de fabricação e ser facilmente utilizada para recuperação e manutenção de produtos, segundo Kiminami (2013). 

A Figura 1 mostra uma pessoa utilizando a soldagem por Eletrodo Revestido. 

Fontes de energia

O arco elétrico é usado em vários processos importantes de soldagem como fonte de calor, fornecendo uma grande quantidade de calor concentrado e controlado. O arco elétrico é resultado da descarga elétrica entre um eletrodo e a peça a ser soldada, sendo um o ânodo, ou terminal positivo do arco, e o outro o catodo, ou terminal negativo do arco. A região central entre esses eletrodos é o plasma, região de gases ionizados. A voltagem típica é em torno de 25 V e corrente de 300 A. Os elétrons emitidos na região catódica passam pela coluna do arco na forma de íons e elétrons livres e alcançam o ânodo para o qual transferem a sua energia cinética em forma de calor. Através de colisões mútuas entre os íons e elétrons livres, o interior do arco pode atingir altas temperaturas, cerca de 6.000 °C a 30.000 °C, dependendo do processo. A intensidade de calor é da ordem de 10 a 108 W/m 2, segundo Kiminami (2013). 

Entretanto, para o caso de corrente contínua (CC), a polaridade pode ser do tipo polaridade direta, em que o eletrodo é o cátodo (-) e a peça o ânodo (+) ou do tipo polaridade reversa, em que o eletrodo é o ânodo (+) e a peça o cátodo (-). A polaridade tem grande importância, pois a transferência de energia térmica pelo bombardeio dos elétrons sobre o ânodo é maior do que aquela provocada pelo bombardeio dos íons sobre o cátodo, devido principalmente à maior energia cinética e fluxo dos elétrons. Como consequência, temos que a temperatura do ânodo é maior do que a do cátodo. 

Assim, como ilustra a Figura 2, dependendo do tipo de corrente e da polaridade, temos um maior aquecimento na peça ou no eletrodo. Um maior aquecimento na peça provocará uma maior fusão dela, enquanto o eletrodo aquecerá e/ou fundirá menos e vice-versa.

Como fonte de calor que utiliza a eletricidade, temos também a soldagem por pontos ou solda por resistência elétrica. Esse processo, muito utilizado para soldagem de chapas finas e montagem de carrocerias de veículos, utiliza o Efeito Joule e a pressão para efetuar a união das partes metálicas. 

O calor pode ser gerado por reações químicas de combustão de acetileno, propileno, propano, gás natural e outros, podendo utilizar ar atmosférico ou oxigênio puro para maior poder calorífico. A soldagem Aluminotérmica utiliza a oxidação do alumínio para gerar calor e é muito utilizada para soldar trilhos de trem.

Processo eletrodo revestido 

O processo de soldagem por eletrodo revestido, conhecido por ER, ou SAER, soldagem a arco por eletrodos revestidos é um processo simples, fácil, barato, versátil e viável para pequena escala e manutenção. 

Hoje em dia, com o advento das fontes chaveadas de energia, podemos usufruir de um aparelho pequeno e leve, que pode ser facilmente transportado e armazenado. Essas fontes produzem corrente contínua e soldam uma boa diversidade de ligas metálicas. Os eletrodos são constituídos por uma alma metálica e revestimento, conforme se pode ver na Figura 3.

Revestimento e fluxos são misturas complexas à base de rutilo, carbonato de cálcio, celulose, fluoretos, além de produtos ativos do tipo pó de ferro, elementos de liga e de ligantes, tal como silicato de potássio ou de sódio. No caso de revestimento, a argila é adicionada para aglomerar e fixar o revestimento em torno do arame metálico. 

Particularmente no revestimento do eletrodo metálico, a função adicional é a de isolante elétrico, pois sendo um mau condutor elétrico, isola a alma (metal que vai fundir), evitando a abertura de arcos laterais e orienta o calor para o local de interesse. Ver na Figura 3 a ilustração e na Figura 4 um eletrodo comercial. 

A corrente usualmente está na faixa de 50 a 300 A e pode ser AC ou DC. As potências requeridas são geralmente menores que 10 kW. O processo SAER tem a vantagem de ser um processo simples e versátil e de requerer uma pequena variedade de eletrodos. Além disso, o SAER é um processo usado geralmente em construções de navios, estruturas metálicas, tubulações e no trabalho de manutenção, pois seu equipamento é portátil e pode ser facilmente conduzido. O processo SAER é mais bem utilizado para soldar peças com espessuras da ordem 3 a 19 mm, embora essa faixa possa ser facilmente estendida para operações que requerem habilidade usando técnicas de multipasses. Os processos de multipasses requerem uma boa retirada e limpeza da escória após cada passe de solda para evitar presença de óxidos entre os passes subsequentes. Isso faz com que o processo de multipasses aumente os custos de mão de obra e de material. Esse processo é aplicado em uma vasta família de ligas metálicas, tais como aços (ao carbono, baixa liga, resistentes à corrosão e altamente ligados), ferros fundidos e alumínio, cobre, níquel e suas ligas. Entretanto, o mesmo não é adequado para ligas com muito baixo ponto de fusão (tais como ligas à base de chumbo, estanho ou zinco) devido à intensa energia gerada pelo arco elétrico e tampouco é adequado para aquelas ligas extremamente reativas (tais como zircônio ou titânio e suas ligas) por não oferecer suficiente proteção à contaminação e/ou reação do metal fundido com gases da atmosfera, segundo Kiminami (2013). 

Preparo da peça a ser soldada

Um detalhe importante em todos os processos de soldagem é a limpeza das peças a serem unidas. As peças devem estar isentas de óleos, graxas, óxidos, tintas, água e qualquer contaminante que possa prejudicar o processo de soldagem em questão. 

Além da limpeza, existe um preparo quanto ao formato do material a ser utilizado. Geralmente, utiliza-se um chanfro ou ângulo de bisel que é responsável por acondicionar o metal depositado e dar condições a que ele se misture com o material base, resultando em uma boa união metalúrgica. Ver Figura 5.

As peças são geralmente limpas utilizando uma esmerilhadeira, não só antes da soldagem, mas também a cada passe de solda caso a junta seja do tipo multipasses. Ver  Figura 6 e 7. 

A Figura 8 mostra uma junta plana, tipo multipasses, na posição horizontal, que é a posição de menor dificuldade para soldagem. É possível se soldar na posição vertical, como no caso da Figura 1 e também na posição sobre cabeça, conforme Figura 9. Para cada tipo de posição de soldagem existe um conjunto de especificações de ajustes no equipamento que deve ser respeitado. Por exemplo, para soldar a mesma peça na posição horizontal e sobre cabeça, devemos diminuir muito a corrente na posição sobre cabeça. 

No processo de soldagem por Eletrodo Revestido, o revestimento do eletrodo é o protagonista do processo. O eletrodo é composto por um núcleo metálico e o revestimento, como podemos ver nas Figuras 3 e 4. 

Funções do revestimento do eletrodo

Fator de trabalho de uma máquina de solda

O fator de trabalho, que também pode ser chamado de ciclo de trabalho da inversora de solda, é o número de minutos, dentro de um período de 10 minutos, pelo qual o soldador pode produzir uma determinada corrente de solda com segurança até que o equipamento precise de um tempo de resfriamento. Veja a Figura 10.

A Figura 10 mostra o fator de potência para uma máquina de uso doméstico e eventual, mas muito útil. Para aplicações industriais, os fatores de potência são mais altos e é um importante fator a ser analisado na hora da compra de um equipamento de solda. Podem existir muitos valores para uma máquina de solda, onde os fabricantes geralmente valorizam a potência máxima do equipamento, não seu fator de trabalho. 

Por exemplo, para dado processo será utilizada a corrente de 90 Amperes em uso praticamente contínuo. Digo praticamente, pois isso é quase impossível em soldagem manual fazer isso, pois o soldador precisa trocar o eletrodo e tirar a escória nesse tempo etc. Então, o equipamento deverá ter mais capacidade que isso, por exemplo, 200 Amperes, sempre verificando a recomendação de cada fabricante, pois cada um mostra do jeito que mais lhe convém. Veja o exemplo de uma máquina comercial:

Procedimento de soldagem

Sobre o processo de soldagem por eletrodos revestidos