Módulo 1.5 Arco Eléctrico - Autenticação · transforma energia eléctrica em calorífica. ... Nos numerosos tipos de arco de soldadura existem três movimentos de partículas:

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Direcção de Formação

Módulo 1.5Arco Eléctrico

Tecnologia dos Processos de Soldadura e Equipamentos

Curso de Engenharia de Soldadura EWFIIW Guideline – doc. IAB-002-2000/EWF-409 (Revisão 1)

Módulo 1.1 – Introdução à Tecnologia de Soldadura – 2Rev. 0 (20-10-2003) Luisa Coutinho de Almeida Quintino

Objectivo

Identificar as diferentes zonas do arco eléctrico e o que caracteriza cada uma delas.Enunciar as características das zonas do arco eléctrico.Reconhecer as razões que levam à utilização de determinado tipo de corrente e polaridade.Identificar quais os valores de temperatura mais comuns para o arco eléctrico.Analisar a quantidade e o tipo de radiação emitida pelo Arco eléctrico.Identificar a influência dos campos magnéticos no arco eléctrico.

No final do presente Módulo o formando deverá estar apto a:

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Temas a Discutir

Física do arco eléctrico (escorvamento do arco eléctrico, zonas do arco eléctrico, estabilidade do arco eléctrico)

Distribuição de tensão no arco eléctrico

Geração de calor no cátodo e no ânodo

Polaridade e características do arco eléctrico em DC e AC e seu controlo

Influência do processo de soldadura

Distribuição de temperatura no arco e seus efeitos

Influência dos campos magnéticos no arco eléctrico

Limites de Aplicação


Resultados Esperados

Explicar em detalhe os fundamentos físicos do arco eléctrico, incluindo os

parâmetros que mais significativamente influenciam a estabilidade do

arco.

Detalhar a geração de calor nas várias zonas do arco eléctrico.

Deduzir a influência dos campos magnéticos no arco eléctrico.

Solucionar os problemas de deflexão do arco eléctrico.

Explicar as características do arco eléctrico para DC e AC incluindo o seu

controlo e limitações.

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1 - Princípios Básicos

Um arco eléctrico pode ser definido como um condutor gasoso no qual setransforma energia eléctrica em calorífica.

Eléctrodos – Descarga Eléctrica, que ocorre entre dois eléctrodos através de um gás ionizado a alta temperatura

O eléctrodo negativo, a partir do qual são emitidos os electrões que passam através do gás, é chamado cátodo.

O eléctrodo positivo, é conhecido como ânodo.

O deslocamento dos electrões do cátodo para o ânodo é o resultado da diferença de potência entre os dois eléctrodos.


Num arco eléctrico é possível distinguir três domínios:

A coluna de arco, relativamente pouco emissiva e que assegura a ligação entre as duas manchas extremamente brilhantes que aparecem ao nível dos eléctrodos

mancha catódica

mancha anódica

Em corrente contínua, para o arco eléctrico entre eléctrodos de carvão, por exemplo, a mancha anódica (3500 K aproximadamente), parece mais brilhante que a mancha catódica (2700 K aproximadamente).

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Nos numerosos tipos de arco de soldadura existem três movimentos de partículas:

Os electrões que partem do cátodo e vão bombardear o ânodo.Os iões positivos que retornam na direcção do cátodo.Os iões negativos, tais como os de oxigénio, que caminham na direcção do ânodo.


Zona de Quedade TensãoAnódica

Zona deColuna de Arco

Zona de Quedade TensãoCatódica

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Vc - queda de tensão catódicaVa - queda de tensão anódicaVp - variação de tensão de coluna de arco

apc VVVV ++=

Queda de tensão total no arco

Entrega térmica

vVIEt η=

η – rendimento do processoV – tensãoI – intensidade de correnteν – velocidade de soldadura


O arco eléctrico de soldadura conduz na sua coluna um meio gasoso de alta temperatura em permanente evolução (5500 K no caso do arco eléctrico entre eléctrodos de carvão), no qual se formam iões por choque, o que justifica o nome de plasma para o designar.

Em termos gerais pode-se considerar que a formação de um arco eléctrico estável requer:

• Temperatura elevada do cátodo, para que se gere a emissão de electrões.

• Voltagem elevada, maior do que o potencial de ionização do gás que constitui o arco eléctrico.

• Um ambiente gasoso que gere iões positivos em número suficiente.

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2 – Características Eléctricas

A corrente e a tensão em cada zona podem ser expressas por:

P = I(Vi + Vc + Vp)

P - potência (W)Vi - tensão no ânodo (V)Vc - tensão no cátodo (V)Vp - tensão no plasma (V)I - corrente (A)


Características típicas do arco eléctrico para diferentes processos de soldadura

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Característica Estática do EquipamentoEm soldadura TIG Assumindo que a parte relevante da característica da máquina é

uma linha recta dada por: V = V0 + mIEntão: mdV

dI 1=

A alteração da potencia de arco com a tensão é:

Vm

IdVdIVIVI

dVd 1)( +=+=

de modo que para não haver alterações de entrega térmicaVI

m=

1

Se o ponto operatório for I1 V1, então o declive óptimo ée a equação fica 1

1

IV

−

IIV

VV1

10 −=

O decline óptimo para minimizar alterações na potência do arco e portanto na entrega térmica mostra-se na figura para os pontos operatórios 1 e 2.


Em soldadura MIG

b’ e n são constantes, logo para obter o ajuste do comprimento do arco rapidamente, deve fazer m – a inclinação da característica estática da fonte de potência, o mais baixo possível ⇒característica estática horizontal.

V = V0 + mI

V = V1 + nx

x – comprimento do arco eléctrico

( )Ibvdtdx '−−=

( )IIbdtdx

o −−= '

mnb

xIb

tx

x'' =

∂∂

=

∂∂

∂∂

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3 – Eficiência do Arco EléctricoO calor fornecido pelo arco eléctrico é transferido para o eléctrodo (qe), transferido por radiação e convenção na coluna de arco (qp) e transferido para a peça (qw)

n - % de calor transferida da coluna de arco para a peçam - % de calor dissipado

Soldadura TIG

( )VI

mqq n1q1 wpe +−+

−=η

Soldadura MIG

( )VI

mqqn11 wp +−

−=η


4 – Características das Zonas do Arco Eléctrico

4.1 - Coluna de ArcoA coluna de arco zona central do arco eléctrico, é composta por electrões, iões positivos e partículas neutras (átomos e moléculas noestado excitado e não-excitado), é caracterizada por dois aspectos:

Elevada temperatura (de forma a que o gás esteja suficientemente ionizado para que se torne condutor).Fluxo de elevada velocidade (do eléctrodo para a peça).

Gases com condutibilidade térmica baixa (por exemplo o Argon) dão origem a arcos estáveis, enquanto que gases de elevada condutibilidade térmica (por exemplo Hélio) conduzem a arcos mais instáveis.

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A equação de Saha para determinar o grau de ionização de uma coluna de gás, pode ser expressa da seguinte forma:

e i

o

32i e

o3

in nn

= 2 Z ( 2 m k T )Z h

{- Vk T }∏ e x p

ne, ni, no - densidade partículas (número de partículas por unidade de volume, de electrões, iões, e átomos neutros, respectivamente)

Vi - potencial de ionização do átomo neutroZi, Zo - funções de partição dos iões e partículas neutrasH - constante de Planckme - massa dos electrõesk - constante de BoltzmanT - Temperatura


A densidade de partículas pode ser determinada considerando as condições de equilíbrio, assim o número de electrões é igual ao número de iões.

ne = nI

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• Elevada temperatura, de modo a que o gás fique suficientemente ionizado para ser condutor.

• Elevada velocidade direccional do eléctrodo para a peça.

A coluna de arco é caracterizada por:


4.2 – Zona de Queda de Tensão Catódica

Uma das teorias com maior aceitação [Ref. 3] sugere três tipos de mecanismos alternativos para explicar a zona de queda de tensão catódica baseado no comportamento experimental em três casos extremos. Naprática podem ocorrer dois destes mecanismos, em simultâneo, ou alterações do tipo do mecanismo, durante a execução do cordão de soldadura.

Os três mecanismos identificados são os seguintes:

Emissão térmica (TIG)Emissão plasmogénica (corrente baixa, pressão elevada)Emissão de campo (MIG/MAG)

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O balanço energético no cátodo tem influência na soldadura e pode-se dizer, que em geral, a energia desenvolvida na zona de queda de tensão catódica éutilizada para:

Alimentar a corrente de electrões que entra na coluna de arco com uma energia cinética dada por:

EC = 3/2 (KTI / e)K – constante de BoltzmannT – TemperaturaI - Intensidade de correnteE – Carga do electrão

Aquecer qualquer gás ou vapor que circule através da zona de queda de tensão catódica


Balanço Energético no Cátodo

Cátodo termoíonico

Os cátodos termoiónicosocorrem em eléctrodos em: • carbono • tungsténio• molibdénio

Soldadura TIGCátodo não-termoíonico

Os cátodos não termoiónicosocorrem em soldadura:

• em metais não refractários• em metais refractários a baixa

corrente e/ou pressão.

Soldadura MIG

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Balanço Energético num Cátodo Termoíonico

++=

eKTIqeIVc 2

3φ

f – função de trabalhoT – temperatura do gás

eKT

23 - energia térmica dos electrões

Iqe

eKTV c +

+=

23φ

Sabe-se actualmente que o valor de qe não varia significativamente com a corrente, portanto a queda de tensão catódica deve reduzir quando a corrente aumenta. Quantitativamente para eléctrodos toriados. φ = 3,5


Vae

KT 15,023

=

VAaI

qe 8,0100 =

I ↑ ⇒ Vc ↓

⇒ VaVc 3,58,4=⇓

V medido de 7,5V

Como Va é 2,2 a 2,7 o valor calculado está correcto.

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Balanço Energético num Cátodo não Termoíonico

Há pelo menos três tipos de cátodos não termo iónicos:

• Os de vapor, que se formam em metal limpo, sem filmes.• Os em forma de túnel, que se formam quando há películas de óxidos finas.• Os que se movimentam, que se formam quando há películas espessas de óxidos.

Em soldadura MIG forma-se sempre uma película de óxido superficial no qual condensam iões positivos, originando um campo eléctrico elevado.

i) No caso de filmes finos, se o campo é maior que 109 v/m, os electrões “furam” um túnel através do filme de óxido e geram em local de emissão;

ii) para filmes mais espessos o fenómeno conhecido como “gwitching” (movimentação) torna o filme condutor localmente. Isto permite o fluxo de correntes relativamente elevadas nos filamentos através do óxido. Cada local de emissão tem aproximadamente 100 nm de diâmetro e um tempo de vida de 1ns a 1µs.

O efeito geral é o descolar da película de óxido e a geração de jactos de vapor metálico muito pequenos mas intensos e salpicos.


Cátodos móveis ⇒ transferência repelidaBalanço energético de um cátodo não termoiónicoVcI - absorvida como calor na chapa

- gasto como energia química e eléctrica na dispersão dos óxidos- gasto como energia cinética no jacto de vapor emitido pelas manchas catódicas

individuais

Ligas de alumínio com elementos com elevada pressão de vapor – Mg, Zn, Li ⇒instabilidade do arco, salpicos

Tabela - Função de trabalho de vários elementos e dos seus óxidos

3.9Al2O33.1Mg

3.66Mg4.28Al

Função Trabalho

Material

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Balanço de Potência Calorífica num cátodo não Termoiónico

R R

Ra

R R

RaRa

Ra

Fe Fe FeFe

Cátodos móveis ⇒ transferência repelida

VcI - absorvida como calor na chapa- gasta como energia química e eléctrica na dispersão dos óxidos- gasta como energia cinética no jacto de vapor emitido pelas

manchas catódicas individuais

Queda de tensão num cátodo não-termoiónico – Vc =10 a 20V


Em soldadura MIG utiliza-se polaridade inversa para evitar os problemas de instabilidade do arco eléctrico e consequentemente do modo de transferência, embora a produtividade do processo fosse superior em polaridade directa.

Em soldadura TIG utiliza-se polaridade directa para reduzir a quantidade de calor libertado no eléctrodo e evitar a sua fusão.

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4.3 – Zona de Queda de Tensão Anódica

Embora se tenham realizado vários estudos com o objectivo de explicar azona de queda de tensão anódica a teoria está ainda incompleta. No entanto há três fenómenos que devem ocorrer:

A temperatura deverá descer do valor da coluna de arco para o valor da do ânodo.Deve ser produzida uma determinada quantidade de iões para fluirem para a coluna de arco.Os iões produzidos devem ser acelerados e a sua temperatura deveaumentar até ao valor da temperatura da coluna de arco.


Balanço Energético do Ânodo

Soldadura TIG

Os fenómenos que ocorrem no ânodo e que influenciam as características do processo são:

• Calor desenvolvido• Densidade de corrente• Queda de tensão anódica

E é necessário compreender o efeito das variáveis do processo nestes aspectos.

Em soldadura TIG, usualmente, utiliza-se polaridade directa logo o ânodo estána peça.

Soldadura MIG

Em soldadura MIG utiliza-se usualmente corrente contínua e polaridade inversa, logo o ânodo está no eléctrodo e forma-se na sua ponta ou na superfície do fio.

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Modos AnódicosBaixa correnteAnode Spot Mode (modo de mancha anódico)

O ânodo fixa-se num ponto específico na peça. A movimentação do eléctrodo provoca alterações da posição ânodo - modo de mancha anódica.

Alta correnteAnode manual Mode (modo anódico normal)

A coluna de arco tem a forma de sino, o ânodo é estável simétrico e não é significamente influenciado pelo movimento do ânodo

Soldadura MIG

O modo anódico é normal


Balanço do Calor no ÂnodoSoldadura TIGQuando o ânodo está na chapa a entrega térmica é devida à condensação dos electrões mais a energia ganha na passagem da zona de queda de tensão anódica e o calor gerado por convenção e radiação no arco. Utilizando a mesma notação que para o calor catódico temos:

paw nqIVe

KT23qw)m1( +

++φ=+

Soldadura MIGQuando o ânodo está no eléctrodo não há contribuição de calor por convecção e radiação em coluna de arco pelo que:

IVe

KTqem A

++=+

23)1( φ

Queda de tensão anódica

Va = 1a 5V

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Tipos de Corrente e Polaridade

A utilização de corrente contínua em relação à corrente alterna, traz algumas vantagens entre as quais se podem referir:

• A ocorrência de um arco mais estável devido à ausência do problema do reescorvamento do arco todos os meios ciclos.

• Uma vez que a polaridade é constante. uma mais fácil e regular transferência de metal através do arco.

Nos processos de soldadura por arco eléctrico utilizam-se dois tipos de corrente:• Corrente alterna• Corrente contínua


Para obter um arco eléctrico estável devem-se seguir os seguintes princípios:

• Estabilidade na localização da mancha catódica ou anódica no eléctrodo;

• Se o eléctrodo for consumível a transferência do metal em fusão do eléctrodo paraa peça deverá ser regular, em pequenas gotas, de modo axial, bem dirigida e sem salpicos;

• Na peça o banho de fusão deve mover-se suavemente, e manter uma posição fixa em relação ao eléctrodo, i.e. o arco deve incidir sempre na mesma zona do banhode fusão, o que no caso de soldaduras de grande velocidade ou de pequeno banhode fusão é particularmente crítico, uma vez que nestes casos o arco tende a terum carácter errático;

• A corrente de soldadura deve ser estável;

• O arco não se deve extinguir facilmente.

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Manchas Catódicas em TIG Corrente Alterna

Função de trabalho de vários elementos e dos seus óxidos

3.9Al2O33.1MgO

3.66Mg4.28Al

Função Trabalho [V]

Material

Soldadura por fusão

Dispersão de manchas catódicas

Al 1050 Al 5083


5 - Gás de Protecção

Um gás com baixo potencial de ionização como o argon, transforma átomos em iões com facilidade. Um gás com elevado potencial de ionização como o hélio, produz um arco mais difícil de iniciar e mais instável.

Os gases que têm condutibilidade térmica mais elevada transferem mais calor para a peça, influenciando portanto a forma do cordão de soldadura obtido.

A composição dos fumos desenvolvidos e nomeadamente o teor de ozono libertado é um condicionante a tomar em conta na selecção do gás de protecção.

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Opinião dos soldadores sobre diferentes misturas gasosas, numa média obtida em cordões depositados em quatro posições: ++ excelente, + bom, 0 satisfatório, - pobre, -- muito pobre

1491310Total (+)

+++++++Regularidade da superfície do cordão

+++++++Luminosidade do cordão

++++++++Poucos salpicos

++++++Poucos bordos queimados

++++++Comportamento do banho de fusão

++++++Controlo do banho de fusão

++++++Estabilidade do arco

Ar/He(70/30)+0.03No

Ar/He(70/30)

Ar+0.03%No

Argon4.8


6 - Transferência de MetalO modo de transferência influencia significativamente a estabilidade do arco e consequentemente a qualidade do cordão de soldadura

Os mecanismos que levam à ocorrência de um ou outro modo de transferência têm sido abordados por vários investigadores:

• Conray – 1940• Spraragen and lengyel – 1943• Les newich – 1955/1958• Needham – 1960• Cooksey and Milner – 1966• Becken – 1969• Nishiguchi and Matsunawa – 1976 • Erdmann Jesnitzer – 1977• Waszink and Croat – 1979• Allum and Quintino – 1985• Waszink and Piena – 1985

Em 1976 foi acordado, no Instituto Internacional de soldadura, que independentemente dos mecanismos envolvidos e da física do processo, os modos de transferência se classificam do seguinte modo:

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Modos de Transferência

Modo de transferência influencia significativamente:Estabilidade do arco ⇒ qualidade do cordão de soldadura


As forças que actuam na transferência de metal são:Fg – força de gravidadeFs – força de arrastamento do plasmaFem – força electromagnéticaFγ – tensão superficialFv – Forças de vaporização

uma gota destaca-se quando:

Fg + Fs + Fem = Fγ + Fv

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Força electromagnética

2a

2

em Rrn

4IF

πµ

= l

Força de gravidademg – massa da gotag – componente vertical da aceleração da gravidade

gmF gg =

Força de arrastamento do plasma

crdv5,0F 2g

2gs π=


vg – velocidade do gásdg – densidade do gásr – raio da gotac – coeficiente de arrastamento

µ -permeabilidade magnéticaI – intensidade de correntera – raio de “saída” da correnteR – raio de “entrada” da corrente


Força devida à tensão superficial

γ×π=γ dF

Força de vaporização

mo – total de massa vaporizada por seg. por ampI – intensidade de correnteJ – densidade de corrente

dv – densidade de vapor

IJdmF

v

ov =

d – diâmetro do fioγ – tensão superficial

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SASSAS, fio fluxado electroescória

3. Transferência com protecção gasosa3.1 Guiada por parede de fluxo3.2 Outros Modos

MIG/MAG baixa correnteTIG com varreta

2 Transferência com formação de ponte líquida2.1 Curto circuito2.2 Ponte sem interrupção

MIG/MAG baixa correnteMAG e MIG DCEN

MIG/MAG corrente pulsadaMIG/MAG corrente média e altaMIG/MAG corrente elevada

1. Transferência em voo livre1.1 Globular

1.1.1 Gota a Gota1.1.2 Repelida

1.2 Chuveiro (spray)1.2.1 Projectada1.2.2 Jacto não direccional1.2.3 Rotacional

Exemplo de processo de soldadura onde ocorreDesignação do modo de transferência


Frequência de destacamento de gotas em fio de alumínio de 1.6mm em argon

Frequência de destacamento de gotas em alumínio, eléctrodo positivo, protecção-argon.

23



24



25



Soldadura MIG com Corrente PulsadaEm determinadas circunstâncias pode ser benéfico utilizar soldadura MIG com baixa entrega térmica que implica a utilização de intensidades de corrente abaixo da corrente de transição. Uma possibilidade para se conseguir um modo de transferência estável, caracterizado por gotas pequenas que se destacam regularmente da ponta do eléctrodo é, injectar um impulso de corrente que provoque o destacamento da gota – transferência projectada (classificação IIW).

bp

bppm tt

bItII

+

++=

bp tt1F+

=

Considerando uma onda quadrada temos que a corrente média é dada por:

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Para destacar uma gota por impulso a equação genérica é:

em que n e D são coeficientes experimentais que variam com o material e as condições de soldadura. Para alumínio estes valores são:

DtI pn

p =

85,61It 556,1pp =

5.02001.62.52501.2TpIp

AlumínioDiâmetro do fio

O volume da gota é dado por:

=

FA.wVg


Taxa de deposição: FtIpIW p2

m +β+α= l

desde quebbp tIFIpt >>

em alumínio W≈K

( )l,t,IfK pp=

( )FIkAV m

g =Utilizando as equações apresentadas é possível determinar os parâmetros adequados do seguinte modo:

1. Seleccionar os valores de IP e tP através da curva de destacamento do material.2. Seleccionar o valor adequado de Im para a aplicação3. Determinar a velocidade de alimentação de fio através da curva da taxa de fusão4. Seleccionar a frequência da onda de corrente através da curva velocidade de

alimentação – frequência5. Determinar tp através de:

6. Determinar Ib através de:

pb tF1t −

=

( )[ ] bppbpmb t/tIttII −+=

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Sabendo a taxa de fusão do fio pode-se seleccionar a intensidade de corrente que se pretende para obter a taxa de depósito desejada.


Taxas de fusão para eléctrodos em alumínio em arcos de elevada corrente

2,32,0

2,0 – 2,34,0

2,25 – 2,5

PositivoPositivoPositivoNegativoPositivo

ArgonArgonArgonArgonHélio

Alumínio

Taxa de fusão ba

10-6[Kg/A.s]

Polaridade do eléctrodoGásMetal

( ) pmdm

a2e

a cTTHe

KT23V

IWrb

−+

++φ=

ρπ=

A taxa de fusão para alumínio é dada por:


Exemplo de forma da onda de corrente

Modo de transferência obtido

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Temperatura na Coluna de Arco

Distribuição de temperatura em soldadura TIG para intensidades de

corrente diferentes


Efeito da variação do comprimento do arco eléctrico na distribuição das

isotérmicas

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Distribuição da temperatura em Soldadura MIG de Alumínio


Na equação de equilíbrio energético de Elenbaas - Heller, as perdas radiais devido à condução e à geometria cilíndrica do arco podem ser expressas da seguinte forma:

σ 2E = - 1r

ddr

(rk dTdr

)

σ - condutibilidade eléctricaE - força do campo eléctricok - condutibilidade térmicar - raio da coluna de arcoT - temperatura

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Condutibilidade térmica de alguns gases em função da temperatura


7 - Radiação

Espectro de um arco estabelecido em eléctrodo de tungsténio e protecção a argon.

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8 – A Influência dos Campos Magnéticos no Arco Eléctrico

Os efeitos dos campos magnéticos externos no arco eléctrico são determinados pela força de Lorentz a qual é proporcional ao vector do produto da força de campo exterior pela corrente. São estes campos magnéticos externos que ocasionam deflexão do arco.

Sob certas condições o arco tem tendência a afastar-se do ponto da soldadura tornando difícil a execução de um cordão com características satisfatórias. Este fenómeno, ao qual se chama sopro magnético, resulta de efeitos magnéticos que envolvem o arco eléctrico. Em geral o sopro magnético é o resultado de duas condições básicas:

1. Mudança de direcção do fluxo de corrente ao entrar na peça e ao ser conduzido para o "cabo de massa".

2. A distribuição assimétrica do campo magnético em torno do arco que normalmente ocorre quando se executa o cordão perto do fim de chapas de materiais ferromagnéticos.


Força que actua sobre o arco causada pela assimetria do campo magnético, devido à posição da ligação à terra.

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Distorção do arco provocada pela assimetria do campo magnético na parte final da chapa.

Sopro magnético nas pontas de uma peça ferromagnética.


Efeito da corrente Eddy de neutralização do campo magnético

induzido por corrente alternada.

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Soldadura LaserEvolução da Tecnologia Laser:

Laser CO2 - maior potência- melhor qualidade de feixe- menor dimensão do equipamento

Laser Nd-YAG - maior potência- melhor capacidade de transporte através de

fibras ópticas

Laser diodo - pequena dimensão- baixo peso- limitação na potência máxima- baixa qualidade do feixe


Absorção de energiaEficiência de transferência

T

at E

E=η - energia absorvida

- energia gerada pelo laserModo condução de calor – ηt ⇔ absortividade do material

Modo “Key-hole” – ηt ↑ ⇔ absortividade aumenta porque há reflexões multiplas no “key-hole”

Esta relação pode ser expressa por:2/1)/(365,0)()( λεη λλ rTT ==

Onde: - ηλ(T) e ελ(T) são a absortividade e a emissividade à temperatura T- r é a resistividade à temperatura- λ é o comprimento de onda

Modo “key-hole” – Absorção aumentaCO2 em Aℓ – requer Pmin CO2= 106 Wcm-2

ND-YAG em Aℓ – requer P < Pmin CO2

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Natureza de superfície ⇒

54Polimento electrolítico75-12Como recebido

2022Limpo a jacto de areia2227Anodizado

99 999% Al5456 Al AlloyPreparação de superfície

Concentração de elementos de liga voláteis no banho de fusão – ligas com mais elementos voláteis são mais facilmente soldáveis.Exemplo: Li na 2090

Mg nas 5xxxZn nas 7xxx

Dimensão e natureza do plasma:- absorve energia do laser- dispersa energia do laser


Eficiência de fusão

.absorv

b.mf Q

Q=η

- calor necessário para fundir o metal base

- calor total absorvida pela peça

( ) ( )59/Rexp17,08.6/Rexp29,048,0 yyf −−−−=η

Deve-se usar a maior potência laser disponível e velocidades de soldadura elevadas mas tendo o cuidado de manter o modo “key-hole” para se obter a melhor eficiência de fusão.

em queRy – é o número de Rykaline modificado:

qin – potência absorvida pela peçav – velocidade de soldaduraα – difusividade térmica à temperatura de liquidus

∆Hm – entalpia de fusão

Hmv.qR 2

iny ∆α

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Forças de actuam no Key-holeForças que tendem a formar e manter o “Key-hole”a) Pressão do feixe (Pb)

É a pressão de radiação

em que é a densidade de potência e

c é a velocidade da luz.

AcWPb =

AW

b) Pressão do vapor (Pv)

c) Pressão de recuo22 /Pr QAPW g=

Q – calor requerido para vaporizar 1Kg de metal

Forças que tendem a fechar o “Key-hole”

a) Pressão gravítica

Pg = ρ gh

b) Pressão superficial

R2P γ

=γ


Balanço de forças no “Key-hole”a) Fundo do key-hole

ghr

2PPP vrb ρ+γ

=++

gr

2PPPh

vrb

ρ

γ−++

=

b) Lados do key-hole

Pressão nas paredes do capilar exercida pela tensão superficial -rγ

para que o “key-hole” não feche (x – profundidade)gxr

Pv ρ+γ

>

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Conclusões

1. A tecnologia de soldadura apresenta um conjunto de processos que permitem responder a uma grande diversidade de casos, como p.ex. a soldadura de metais, plásticos e compósitos ou a soldadura de chapa/tubo muito fino ou muito espesso.

2. A evolução da tecnologia de soldadura tem sido no sentido de maximizar aprodutividade e melhorar a qualidade dos cordões obtidos.

3. Os processos de soldadura distinguem-se entre si pela fonte de energia envolvida, fonte de calor, esforço mecânico, tipo de protecção, existência de material de adição.

4. As especificidades de tecnologia de soldadura e os riscos associados à execução incorrecta de cordões de soldadura têm vindo ao desenvolvimento de normalização nacional e internacional (NP, EN, ISO).

5. A execução de uma construção soldada exige um conhecimento não só sobre os processos de soldadura mas também sobre materiais, normalização, garantia de qualidade, concepção e projecto.


Bibliografia1. Processos de Soldadura

(JF Oliveira Santos, L. Quintino, Edições ISQ)

2. Welding Handbok(AWS American Welding Society, Vol. I, 8ª Edição )

3. The procedure Handbook of Arc Welding(Lincoln Electric, 12ª Edição )

4. Tecnologia da Soldagem(Paulo Villani Marques, Belo Horizonte, Brasil, 1991)

5. Manual del Soldador(German Hernandez Music, José L. Diaz Reux e Belén Pérez Marces, Association Española de Soldadura Y Tecnologias de Unión, 1996 )

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