O que é soldagem por Eletrodo Revestido?

Introdução

A soldagem a arco com eletrodo revestido é um processo que produz a coalescência entre metais pelo aquecimento e fusão destes com um arco elétrico estabelecido entre a ponta de um eletrodo revestido e a superfície do metal de base na junta que está sendo soldada.
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 por Eletrodo Revestido (SMAW).

Fundamentos do processo

O metal fundido do eletrodo é transferido através do arco elétrico até a poça de fusão do metal de base, formando assim o metal de solda.

Uma escória líquida de densidade menor do que a do metal líquido, que é formada do revestimento do eletrodo e das impurezas do metal de base, sobrenada a poça de fusão protegendo-a da contaminação atmosférica.

Uma vez solidificada, esta escória controlará a taxa de resfriamento do metal de solda já solidificado. O metal de adição vem da alma metálica do eletrodo (arame) e do revestimento que em alguns casos é constituído de pó de ferro e elementos de liga.

A soldagem com eletrodo revestido é um dos processos de soldagem mais usados de todos que falaremos, devido à simplicidade do equipamento, à qualidade das soldas, e do baixo custo dos equipamentos e dos consumíveis.

Ele tem grande flexibilidade e solda a maioria dos metais numa grande faixa de espessuras. Ultimamente vem perdendo espaço para outros processos devido a produtividade menor (leva mais tempo para completar uma solda nesse processo que com FCAW por exemplo).

A soldagem com este processo pode ser feita em quase todos os lugares e em condições extremas. A soldagem com eletrodo revestido é usada extensivamente em fabricação industrial, estrutura metálica para edifícios, construção naval, carros, caminhões, comportas e outros conjuntos soldados.

A grande desvantagem deste processo é sua baixa produtividade, que é devida principalmente a necessidade de substituição dos eletrodos.

Vantagens e desvantagens

VANTAGENS
DESVANTAGENS
Trata-se de um processo versátil, pois adapta-se a materiais de diversas espessuras e em qualquer posição de trabalho.Trata-se de um processo manual, dependente da habilidade do soldador, o que implica em menor controle dos parâmetros de soldagem, como corrente de soldagem.
O equipamento necessário tem custo relativamente baixo.
Seu emprego e indicado tanto dentro da fábrica como em campo.Comparado a outros processos, apresenta baixa produtividade, pela sua baixa taxa de deposição e baixa taxa de ocupação do soldador (tempo com o arco aberto pelo tempo total de soldagem), que fica em torno de 40%.
Atualmente é usado nas indústrias naval, ferroviária, automobilística, metal mecânica e de construção civil.
É bastante usado para soldar aços-carbono, aços de baixa liga, aços inoxidáveis, ferros fundidos, alumínio, cobre, níquel, etc.
Metais de baixo ponto de fusão, como Pb, Sn, Zn, e metais refratários ou muito reativos, como Ti e Zr não são soldáveis por eletrodo revestido.Gera grande volume de gases e fumos durante o processo.

Equipamentos de soldagem

Como mostrado na figura mais abaixo, o equipamento consiste de uma fonte de energia, cabos de ligação, um porta eletrodo, um grampo (conector de terra), e o eletrodo.

Fonte de energia

A fonte de energia pode ser de corrente contínua (geradores ou retificador) ou alternada (transformador).

As fontes de corrente continua podem ser:

1 – Geradores, geralmente usados em trabalhos em canteiros de obras, especialmente onde não se dispõe de um suprimento elétrico adequado.
2 – Transformadores-retificadores, que são vantajosos em relação aos geradores devido ao menor custo de operação e manutenção, com operação mais silenciosa.

No caso de corrente contínua, a polaridade deve ser escolhida conforme a exigência do serviço:

a) Corrente contínua – polaridade direta (CC-), o eletrodo é ligado ao pólo negativo da máquina e tem-se uma menor taxa de deposição e maior profundidades de penetração.
b) Corrente contínua – polaridade inversa (CC+), o eletrodo positivo e a peça negativa. Com essa configuração, são obtidas menor penetração e maiores taxas de fusão do eletrodo.
c) Corrente alternada (CA) – a polaridade alternada a cada inversão da corrente. Com este tipo de configuração, a geometria do cordão será intermediária àquela obtida em CC+ e CC-

Dica: O sinal da corrente contínua sempre se refere a onde o eletrodo está ligado. Alguns até preferem chamar de eletrodo positivo ou eletrodo negativo. Esta dica é importante para a prova de acompanhamento de soldagem.

Cabos de soldagem

- São usados para conectar a porta eletrodo e o grampo à fonte de energia. Devem ser flexíveis para permitir fácil manipulação. Eles fazem parte do circuito de soldagem e consistem de vários fios de cobre enrolados juntos e protegidos por um revestimento isolante e flexível. Os cabos devem ser mantidos desenrolados e sem emendas.

Porta eletrodo

- O porta eletrodo serve para a fixação e energização do eletrodo. É fundamental a correta fixação e boa isolação dos cabos para que os riscos de choque sejam minimizados. As garras devem estar sempre em bom estado de conservação, de modo a evitar os problemas de superaquecimento e má fixação do eletrodo, que pode se soltar durante a soldagem.

Grampo (Conector de Terra)

- É um dispositivo para conectar o cabo terra à peça a ser soldada.

Consumíveis – eletrodos

O eletrodo revestido é constituído por:

  • Alma ou núcleo metálico
  • Revestimento


O eletrodo estabelece o arco e fornece o metal de adição para solda.

O revestimento do eletrodo tem as seguintes funções durante o processo de soldagem: Funções Elétricas, Físicas e Metalúrgicas. (Questão típica de prova teórica)

Função elétrica de isolamento e ionização

a) Isolamento – isola a alma do eletrodo evitando aberturas de arco laterais, orientando o arco para o local de interesse. Por exemplo na soldagem de chanfros estreitos de difícil acesso, para evitar que o arco se forme em posições indesejadas.
b) Ionização – O revestimento contém silicatos de Na e K que ionizam a atmosfera do arco. O que facilita a passagem da corrente elétrica, dando origem a um arco elétrico estável.

Funções físicas e mecânicas

a) Fornecem gases para a formação da atmosfera protetora das gotículas do metal contra a ação do hidrogênio da atmosfera.
b) O revestimento funde e depois solidifica sobre o cordão de solda formando uma escória de material não metálico, protege o cordão de solda da oxidação pela atmosfera normal enquanto a solda está resfriando.
c) Proporciona o controle da taxa de resfriamento e contribui no acabamento do cordão:

Função metalúrgica

a) Introduz elementos de liga no metal de solda, alterando suas propriedades da solda. Outros elementos químicos são também adicionados com o propósito de escorificar impurezas, desoxidar e etc. (ex: Mn, Si)

Os eletrodos revestidos são classificados de acordo com especificações de AWS (American Welding society). Especificações comerciais para eletrodos revestidos podem ser encontradas nas especificações AWS da serie AWS A5 (Ex.: AWS A5.1)

Características e aplicações

É importante para um inspetor de soldagem lembrar que o processo de soldagem com eletrodo revestido tem muitas variáveis a considerar. Por exemplo, ele pode ser usado numa ampla variedade de configurações de juntas encontradas na soldagem industrial, e numa ampla variedade de combinações de metal de base e metal de adição.

Ocasionalmente, vários tipos de eletrodos são usados para uma solda específica. Um inspetor de soldagem deveria ter conhecimento profundo sobre a especificação do consumível usada para o serviço, para saber como e quais variáveis afetam a qualidade da solda.

O processo de soldagem com eletrodo revestido pode ser usado para soldar em todas as posições. Também pode ser usado para soldagem da maioria dos aços e alguns dos metais não-ferrosos, bem como para deposição de metal de adição para se obter determinadas propriedades ou dimensões.
Apresenta possibilidade de soldar metal de base numa faixa de 2 mm até 200 mm, dependendo do aquecimento ou requisitos de controle de distorção e da utilização.

O controle da energia de soldagem (heat input) durante a operação é um fator relevante em alguns materiais, tais como aços temperados e revenidos, aços inoxidáveis e aços de baixa liga contendo molibdênio sendo também de grande importância para aplicações em baixas temperaturas.

Controle inadequado da energia de soldagem durante a operação de soldagem, quando requerido, pode facilmente causar trincas ou, perda das propriedades primárias do metal de base, como a perda de resistência a corrosão em aços inoxidáveis ou mesmo a queda de capacidade de absorção de energia ao impacto (ensaio Charpy).

A taxa de deposição deste processo é pequena comparada com os outros processos de alimentação contínua. A taxa de deposição varia de 1 a 5 kg/h e depende do eletrodo escolhido.

O sucesso do processo de soldagem com eletrodo revestido depende muito da habilidade e da técnica do soldador, pois toda a manipulação de soldagem é executada pelo soldador. Há quatro itens que o soldador deve estar habilitado a controlar:

  • Comprimento do arco (varia entre 0,5 e 1,1 do diâmetro do eletrodo revestido}. Leigamente dizendo podemos considerar a distancia da ponta do eletrodo até a peça.
  • Ângulo de trabalho e de deslocamento do eletrodo;
  • Velocidade de deslocamento do eletrodo;
  • Técnicas de deposição de passes (passe estreito ou oscilante);
  • Corrente.


Preparação e limpeza das juntas

As peças a serem soldadas, devem estar isentas de óleo, graxa, ferrugem, tinta, resíduos do exame por líquido penetrante, areia e fuligem do pré-aquecimento a gás, numa faixa de no mínimo 20 mm de cada lado das bordas e desmagnetizadas.

Após cada passe, a escória produzida deve ser retirada. A remoção parcial da escória produz cordões de solda com inclusões de óxidos, comprometendo as propriedades mecânicas da junta soldada. Falta de limpeza entre passes gera o famoso defeito de "inclusão de escória".

Parâmetros usuais para a soldagem de aços

A tabela abaixo mostra um exemplo de parâmetros típicos por diâmetro para o eletrodo revestido tipo 7018. O eletrodo 7018 é mais comum utilizado em obras de responsabilidade, no entanto, consulte um especialista em soldagem para saber qual o eletrodo e parâmetros mais econômicos e produtivos para a sua obra.

Descontinuidades induzidas pelo processo

A solda obtida pela soldagem a arco com eletrodo revestido pode conter quase todos os tipos de descontinuidades. A seguir estão listadas algumas descontinuidades mais comuns que, podem ser encontradas quando este processo é usado.

Porosidade

- De um modo geral é causada pelo emprego de técnicas incorretas (grande comprimento do arco ou alta velocidade de soldagem), pela utilização de metal de base sem limpeza adequada ou por eletrodo úmido. A porosidade agrupada ocorre, às vezes, na abertura e fechamento do arco. A técnica de soldagem com um pequeno passe a ré, logo após começar a operação de soldagem, permite ao soldador refundir a área de início do passe, liberando o gás deste e evitando assim este tipo de descontinuidade. A porosidade vermiforme ocorre geralmente pelo uso de eletrodo úmido.

Inclusões

- São provocadas pela manipulação inadequada do eletrodo e pela limpeza deficiente entre passes. É um problema previsível, no caso de projeto inadequado no que se refere ao acesso à junta a ser soldada ou mesmo com pequenos ângulos de bisel.

Falta de Fusão

- Resulta de uma técnica de soldagem inadequada: soldagem rápida, preparação inadequada da junta ou do material, corrente baixa demais.

Falta de Penetração

- Resulta de uma técnica de soldagem inadequada; soldagem rápida, preparação inadequada da junta ou do material, corrente baixa demais e eletrodo com o diâmetro grande demais.

Concavidade e Sobreposição

- São devidas a erros (desleixo) do soldador.

Trincas na Garganta e Trincas na Raiz

- Quando aparecem, demandam, para serem evitadas, mudanças na técnica de soldagem ou troca de materiais.

Trinca Interlamelar

- Esta descontinuidade não se caracteriza como sendo uma falha do soldador. Ocorre, quando o metal de base, não suportando tensões elevadas, geradas pela contração da solda, na direção da espessura, trinca-se em forma de degraus, situados em planos paralelos à direção de laminação.

Só para informação, alguns engenheiros especificam um teste de tração em "Z" para avaliar a resistência desse material a este tipo de trincamento.

Trincas na margem e trincas sob cordão

- São trincas, como veremos devidas à fissuração a frio. Elas ocorrem em certo tempo após a execução da solda e, portanto, podem não ser detectadas por uma inspeção realizada imediatamente após a operação de soldagem. Elas ocorrem, normalmente, enquanto há hidrogênio retido na solda.

Como exemplo de fontes de hidrogênio, podemos citar: elevada umidade do ar, eletrodos úmidos, superfícies sujas.

Este hidrogênio aliado a um micro estrutura frágil e a um nível de tensões residuais suficientemente elevados, contribuem para o aparecimento desses tipos de trincas.

Mordedura

- Amperagem (corrente) elevada, peça muito quente

Condições ambientais e de proteção individual

A soldagem não deve ser executada na presença de chuva e vento, a não ser que a junta a ser soldada esteja devidamente protegida.

O arco elétrico emite radiações visíveis e ultravioletas além de projeções e gases nocivos. Por estes motivos, o soldador deve estar devidamente protegido, utilizando filtros, luvas, roupas de proteção, vidro de segurança e executar a soldagem em locais com ventilação adequada.

Resumo do processo por eletrodo revestido

A figura a seguir conterá resumidamente, algumas das informações mais importantes sobre a soldagem com eletrodo revestido.

Links, referências e processos relacionados

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

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Soldagem: O que é soldagem por Eletrodo Revestido?
O que é soldagem por Eletrodo Revestido?
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