Introdução ao arco elétrico

Universidade Federal do Paraná

Departamento de Engenharia Mecânica TM 116 – SOLDAGEM Prof. Okimoto

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4a Aula – Introdução ao Arco elétrico

1. O arco elétrico

1.1 - Definição : descarga elétrica mantida através de um gás ionizado, iniciada por uma quantidade de eletrons emitidos do eletrodo negativo (catodo) aquecido e mantido pela ionização térmica do gás aquecido.

1.2 - Tipos de fontes de soldagem (máquinas de solda)

Para obtenção do arco elétrico necessitamos uma fonte de energia, denominada vulgarmente de máquina de solda e tecnicamente de fonte de soldagem. São máquinas que permitem a obtenção do arco elétrico em baixas tensões (10 a 50 V) e altas correntes (40 a 500 A), sendo utilizada em soldagem nos processos Eletrodo Revestido, MIG/MAG, TIG, Arco Submerso, Plasma e Eletroescória.

De forma esquemática, uma máquina de solda pode ser representada pela figura 1. A máquina de solda é alimentada pela rede elétrica, mono, bi ou trifásica, em tensões normais de 110, 220, 380 ou 440V. Qualquer que seja a alimentação, a tensão de saída nos bornes da máquina deverá estar entre 10 a 50 V, e o tipo de corrente poderá ser alternada ou contínua.

Eletrodo

Material base

Arco elétrico

Bornes

Saída : corrente alternada ou contínua, tensão variando entre 10 a 50 V

Entrada : corrente alternada, mono, bi ou trifásica, 110, 220, 380 ou 440 V

Máquina de solda

Figura 1 : Representação esquemática de uma máquina de solda por arco elétrico.

As máquinas de solda mais simples são pequenos transformadores, que reduzem a tensão de alimentação para as tensões mencionadas, mantendo a corrente alternada. Devido a simplicidade do equipamento, são de baixo custo e aplicados em processos de soldagem que se trabalhe com corrente alternada. Exemplo típico deste tipo de equipamento são as pequenas máquinas de solda de eletrodo revestido utilizadas em

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metalúrgicas de pequeno porte ou mesmo para uso em campo. Um exemplo deste tipo de equipamento pode ser visto na figura 2, com as devidas características técnicas.

Figura 2 : Catálogo de uma máquina de solda denominada transformador.

Para processos que requeiram o uso de corrente contínua, existem as máquinas de solda conhecidas como fontes retificadoras. Elas retificam a corrente através de diodos e tiristores, sendo muito aplicados no processo MIG/MAG, eletrodo revestido e TIG. Devido a maior complexidade do equipamento, seu custo e mais elevado. Exemplos deste tipo de equipamentos podem ser vistos na figura 3.

Devido a grande evolução da eletrônica, atualmente são construídos equipamentos cada vez menores e mais versáteis. Na década de 80/90 foram lançadas as chamadas fontes inversoras, que reduziram drasticamente o tamanho dos equipamentos, conforme mostrado na figura 4. Na mesma época começaram a surgir fontes de soldagem denominadas multiprocessos, que permitem soldar com diversos processos de soldagem, seja em corrente contínua ou alternada, conforme mostrado na figura 5.

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Figura 3 : Catálogo de equipamentos de fontes retificadoras

dos processos TIG e MIG/MAG

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Figura 4 : Catálogo de fonte inversora, capaz de soldar por eletrodo revestido e TIG.

Peso do equipamento – 8 kg.

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Figura 5 : Catálogo de fonte multiprocesso do IMC/Labsolda/UFSC.

Para uso em locais onde a energia elétrica não está disponível, existem os chamados geradores de energia. Estes equipamentos são cada vez mais raros, pelo simples fato da energia elétrica estar disponível praticamente me qualquer local.

1.3 - Curvas características estáticas da fonte de soldagem

As máquina de solda (também chamada de fonte de energia ou fonte de soldagem) podem ser classificadas em fonte de corrente constante e fonte de tensão constante. O que significa isto ? Veja na figura 2 as curvas apresentadas pelo fabricante denominadas característica estática, reproduzida na figura 6. Na verdade estas curvas demarcam uma região onde a máquina de solda trabalha, considerando as correntes e tensões envolvidas. No caso específico da curva considerada, a corrente varia pouco para uma dada variação da tensão. Neste caso denominamos esta fonte de corrente constante. Ela é típica dos processos de soldagem por Eletrodo Revestido e TIG. Isto

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significa dizer que nestes processos a regulagem a ser feita é da corrente de soldagem. A região que a máquina trabalha fica então limitada a correntes entre 30 a 150 A, com a tensão variando em torno de 20 a 30V, devido às características elétricas do arco elétrico (veremos a adiante a razão da tensão ficar entre estes valores).

Região onde a soldagem acontece

Figura 6 : Curva característica estática do fonte de soldagem

da figura 2 – corrente constante.

Para o processo de soldagem MIG/MAG as fontes são de tensão constante, e podem ser representadas pelas curvas mostradas na figura 7. Note que a tensão varia pouco, para uma significativa