O que é soldagem a arco submerso (SAW)?

Introdução

Arco submerso é o processo de soldagem a arco elétrico com eletrodos consumíveis, nos quais o arco elétrico e a poça de fusão são protegidos do ambiente pelos produtos resultantes da queima de um fluxo que é adicionado independentemente do eletrodo. Pode ser utilizado como eletrodo: arame maciço, arame tubular ou fita.
Este artigo pressupõe que você já tem noções sobre soldagem. Precisa de uma introdução sobre soldagem ou um material sobre o que é soldagem?

Obs.: Aqui falo apenas do processo de soldagem a arco submerso (SAW), então para saber sobre os outros processos de soldagem siga o link.

Fundamentos do processo

A Soldagem a arco submerso (SAW) une metais pelo aquecimento e fusão destes com um arco elétrico (ou arcos), estabelecido entre um eletrodo nu (ou vários eletrodos) e o metal de base.
O arco é submerso (coberto) por uma camada de material granular fusível que é conhecido por fluxo; portanto o regime de fusão é misto: por efeito joule (ou seja térmico) e por arco elétrico.

Dispositivos automáticos asseguram a alimentação do eletrodo (ou dos eletrodos) a uma velocidade conveniente de tal forma que suas extremidades mergulhem constantemente no banho de fluxo em fusão.

A movimentação do cabeçote de soldagem em relação à peça faz progredir passo a passo a poça de fusão que se encontra sempre coberta e protegida por uma escória que é formada pelo fluxo fundido e impurezas. A figura abaixo mostra este processo.
Neste processo o soldador ou o operador de solda não necessita usar um capacete ou máscara de proteção. O profissional não pode ver o arco elétrico através do fluxo e tem dificuldade de acertar o posicionamento do arco quando se perde o curso. Para contornar tal problema o equipamento deve possuir um dispositivo simples de guia (mecânico ou luminoso) para orientá-lo.

Vantagens do processo:
  • Alta qualidade da solda.
  • Taxa de deposição e velocidade de deslocamento extremamente alta.
  • Nenhum arco de soldagem visível, minimizando requisitos de proteção.
  • Pouca fumaça.
  • Utilização de múltiplos arames(Opcional)
O processo de soldagem a arco submerso também solda uma faixa ampla de espessuras, e a maioria dos aços, ferríticos e austeníticos (Carbono e inox por exemplo).

Uma utilidade do processo de soldagem a arco submerso está na soldagem de chapas espessas de aços, por exemplo, vasos de pressão, tanques, tubos de grandes diâmetros e vigas.

Deve-se ter cuidado com a secagem e manutenção da secagem dos fluxos para se evitar a introdução de hidrogênio na solda.

O fluxo que não foi utilizado pode ser reaproveitado mas existem critérios. O primeiro é obviamente ele não ter fundido (ou ter sido usado). O segundo é que existem limites de quantas vezes o fluxo pode ser utilizado porque quanto mais re uso, mais contaminação por umidade (por exemplo).

Equipamentos de soldagem

A soldagem a arco submerso é um processo normalmente automático podendo ser encontrado como semi-automático, em que a alimentação do consumível e o comprimento do arco são controlados pelo alimentador de arame ou fita e pela fonte de energia.
No processo automático, um mecanismo de avanço movimenta o cabeçote de soldagem ao longo da peça e, normalmente, um sistema de recuperação do fluxo granular não utilizado. Na soldagem de união de cilindros, o cabeçote de soldagem permanece fixo e o conjunto se movimenta através de posicionadores giratórios.
A fonte de energia para a soldagem a arco submerso pode ser uma das seguintes:
  • Uma tensão variável de gerador CC ou retificador.
  • Uma tensão contínua de gerador CC ou retificador.
  • Um transformador de CA.
A tendência atual é para o uso de retificadores de tensão constante ou de característica plana. Neste tipo de equipamento quando se aumenta a velocidade de alimentação de arame, o equipamento aumenta a corrente de soldagem. Para se variar a energia de soldagem é necessário ajustar a voltagem.

As fontes de energia fornecem altas correntes de trabalho. A maioria da soldagem e feita em uma faixa de 350 a 2000A. A soldagem com corrente continua permite melhor controle de formato do passe de soldagem, da profundidade de penetração e da velocidade de soldagem.

A soldagem em corrente contínua normalmente desenvolve-se com polaridade inversa (eletrodo positivo, CC+). A corrente alternada tem a vantagem de reduzir o sopro magnético (deflexão do arco, de seu percurso normal, devido a forças magnéticas).

Fluxos para soldagem a arco submerso também alteram a composição química da solda e influenciam em suas propriedades mecânicas. As características do fluxo são similares às dos revestimentos usados no processo de soldagem a arco com eletrodo revestido.

Os diferentes tipos de fluxo estão listados a seguir:
  • Fundido;
  • Aglutinado;
  • Aglomerado;
  • Mecanicamente misturado.
A composição final da solda é alterada por fatores como as reações químicas do metal de base com elementos do eletrodo e do fluxo, e elementos de liga adicionados através do fluxo.
A possibilidade que o processo apresenta de se utilizar várias combinações arame-fluxo, pois ambos são individuais, dão ao processo grande flexibilidade para se alcançar as propriedades desejadas para a solda.

Controle de processo

As observações seguintes são importantes para que se tenha domínio sobre a técnica da soldagem a arco submerso:
  • Quanto maior a intensidade de corrente (I) maior a penetração;
  • Quanto maior a tensão (V) maior o comprimento de arco e consequentemente maior a largura do passe;
  • Quanto maior o stick out (distancia entre o eletrodo e a peça) maior a taxa de deposição;
  • Quanto maior a velocidade de soldagem, menor a penetração e menor a largura do passe;
  • Quanto menor o diâmetro do eletrodo, maior a penetração;
  • Corrente continua, polaridade inversa (CC+) produz menor taxa de deposição e maior penetração.

Características e aplicações

A soldagem a arco submerso pode ser usada para muitas aplicações industriais, que incluir fabricação de navios, fabricação de elementos estruturais, vasos de pressão, etc. O processo pode ser usado para soldar seções finas, bem como seções espessas (5 mm até acima de 200 mm).

O processo é usado principalmente nos aços carbono, de baixa liga e inoxidáveis.

Não é adequado para todos os metais e ligas.

A seguir estão listadas algumas das várias classes de metais de base que podem ser soldados por esse processo:
  • Aço carbono com até 0,29% C.
  • Aços carbonos tratados termicamente (normalizados ou temperados – revenidos).
  • Aços de baixa liga, temperados e revenidos, com limite de escoamento até 700 Mpa (100.000 psi).
  • Aços cromo-molibdênio (1/2% a 9%Cr e 1/2% a1% Mo).
  • Aços inoxidáveis austeníticos.
  • Níquel e ligas de Níquel.
A maioria da soldagem a arco submerso é feita na posição plana, com pouca aplicação na posição horizontal em ângulo. Soldas executadas com este processo usualmente têm boa ductilidade, alta tenacidade ao entalhe, contém baixo hidrogênio, alta resistência à corrosão e propriedades que são no mínimo iguais àquelas que são encontradas no metal de base.

Por este processo pode-se executar soldas de topo, em ângulo, de tampão, e também realizar deposições superficiais no metal de base (revestimento).

Na soldagem de juntas de topo com raiz aberta, um cobre-junta é utilizada para suportar o metal fundido.Ao invés do cobre junta é possível utilizar uma solda TIG da raiz para suportar o calor do arco submerso.

Na soldagem de revestimento para prover de propriedades desejadas a uma superfície, por exemplo, resistência a corrosão ou erosão, o metal de adição usado é normalmente uma fita. A taxa de deposição pode variar de 5,0 kg/h, usando processos semi-automáticos, até no máximo aproximado 85 kg/h, quando se usa processos automáticos com vários arcos conjugados.

Preparação e limpeza da junta

A limpeza da junta e o alinhamento da máquina com a junta são particularmente importam na soldagem a arco submerso.

No que se refere à limpeza, qualquer resíduo de contaminação não removido pode resultar em porosidade e inclusões. Portanto, prevalecem para a soldagem a arco submerso, todas as recomendações feitas para a soldagem com eletrodo revestido, quais sejam:
  • As peças a serem soldadas devem estar isentas de óleo, graxa, ferrugem, resíduos do exame por líquido penetrante, areia e fuligem do preaquecimento a gás, numa faixa de no mínimo 20 mm de cada lado das bordas, e desmagnetizadas.
  • As irregularidades e escória do oxi-corte devem ser removidas, no mínimo, por esmerilhamento.
  • Os depósitos de carbono, escória e cobre resultantes do corte com eletrodo de carvão devem ser removidos.
  • O alinhamento máquina/junta incorreto resulta em falta de penetração e falta de fusão na raiz. Se a soldagem é com alto grau de restrição, trincas também podem surgir devido ao alinhamento defeituoso.
Nota: Existe um tipo de fluxo (Ativo) que permite que você solde com a peça suja e não gere os defeitos típicos de contaminação. A ideia desse fluxo é você não precisar limpar a junta (tempo perdido) e garantir a produção. Mas existem limitações quanto a espessura máxima que podemos soldar com esse tipo de fluxo.

Descontinuidades induzidas pelo processo

Na soldagem a arco submerso, a exemplo da soldagem com eletrodo revestido, pode ocorrer quase todo tipo de descontinuidade, pelo menos as mais comuns. O inspetor de solda deve ficar atento a alguns aspectos principais:

Falta de Fusão

Pode ocorrer no caso de um cordão espesso executado em um único passe ou em soldagens muito rápidas, ou seja, nos casos de baixa energia de soldagem.

Falta de penetração

Como já citei anteriormente, a falta de penetração, quando acontece, é devida a um alinhamento incorreto da máquina de solda com a junta a ser soldada.

Inclusão de Escória

Pode ocorrer quando a remoção de escória, na soldagem em vários passes, não for perfeita. Devemos cuidar para que toda a escória seja removida, atentando que existem regiões onde esta operação é mais difícil: a região entre passes e aquela entre o passe e a face do chanfro executado no metal de base.

Mordedura

Acontecem com certa frequência na soldagem a arco submerso, quando a soldagem processa-se rapidamente e, quando a corrente for muito alta.

Porosidade

Ocorre com frequência, tendo como causas principais a alta velocidade de avanço da máquina e o resfriamento rápido da solda. São bolhas de gás retidas sob a escória. Podemos eliminar a porosidade mudando a granulação (finos em menor quantidade) ou a composição do fluxo.

Outros meios de evitar porosidades são: limpeza adequada da junta, diminuição da velocidade de avanço da máquina, utilização de arames com maior teor de desoxidantes e altura do fluxo adequada.

Trinca

Na soldagem a arco submerso podem ocorrer trincas em elevadas temperaturas ou em temperaturas baixas. trincas de cratera ocorrem normalmente na soldagem a arco submerso, a não ser que operador tenha uma perfeita técnica de enchimento de cratera.

Na prática utilizamos chapas apêndices (run-on e run-off tabs) para deslocar o inicio e o fim da operação de soldagem para fora das peças que estão sendo efetivamente soldadas.
Trincas na margem e trincas na raiz muitas vezes ocorrem algum tempo após a operação de soldagem e, neste caso, são devidas ao hidrogênio. Frequentemente a causa é umidade no fluxo.

Duplas laminações, lascas e dobras no metal de base

Podem conduzir a trincas na soldagem a arco submerso. Tais descontinuidades apresentam-se sob a forma de entalhes que tendem a iniciar trincas no metal de solda. Duplas laminações associadas às altas tensões de soldagem podem resultar em trinca interlamelar.

Condições de proteção individual

Com o arco submerso (invisível por que está abaixo do fluxo) a soldagem é normalmente executada sem fumaças, projeções e outros inconvenientes comumente verificados em outros processos de soldagem a arco elétrico.

Daí, não necessitarmos de máscaras e outros dispositivos de proteção a não ser dos óculos de segurança. Eles devem ser escuros para proteção contra clarões no caso de, inadvertidamente, ocorrer abertura de arco sem fluxo de cobertura.

A soldagem a arco submerso pode produzir fumaças e gases tóxicos. É sempre conveniente cuidar para que exista uma ventilação adequada do local de soldagem, especialmente no caso de áreas confinadas.

O operador e outras pessoas relacionadas com a operação do equipamento de soldagem devem estar familiarizados com as instruções de operação do fabricante. Particular atenção deve ser dada às informações de precaução contidas no manual de operação.

Resumo da soldagem a arco submerso

A figura a seguir contém um resumo sobre a soldagem a arco submerso.

Links, referências e processos relacionados

Tava difícil de acompanhar? Que tal uma introdução a soldagem?

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Soldagem: O que é soldagem a arco submerso (SAW)?
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