Além dos fatores de processo, outros fatores do processo de soldagem, como tamanho do chanfro e da folga, ângulo de inclinação do eletrodo e da peça de trabalho e posição espacial da junta, também podem afetar a formação e o tamanho da solda.
Influência da corrente de soldagem na formação da solda
Em determinadas condições, à medida que a corrente de soldagem a arco aumenta, a profundidade de penetração e o reforço da junta de solda aumentam, e a largura da solda aumenta ligeiramente. As razões são as seguintes:
1) À medida que a corrente de soldagem a arco aumenta, a força do arco que atua sobre a peça soldada aumenta, o aporte de calor do arco para a peça soldada aumenta e a posição da fonte de calor se desloca para baixo, o que favorece a condução de calor na direção da profundidade da poça de fusão e aumenta a profundidade de penetração. A profundidade de penetração é aproximadamente proporcional à corrente de soldagem. A profundidade de penetração da solda H é aproximadamente igual a Km × I. Na fórmula, Km é o coeficiente de penetração (o número de milímetros pelo qual a profundidade de penetração da solda aumenta quando a corrente de soldagem aumenta em 100 A), que está relacionado ao método de soldagem a arco, diâmetro do arame, tipo de corrente, etc., conforme mostrado na Tabela 1-1.
| métodos de soldagem a arco | diâmetro do eletrodo/mm | corrente de soldagem/A | tensão/V | velocidade de soldagem/mh-1 | coeficiente de penetração/m m-100A-1 |
soldagem a arco de tungstênio-argônio | 3.2 | 100~350 | 10~16 | 6~18 | 0,8~1,8 |
soldagem a arco de plasma | 1,6 abertura do bocal | 50~100 | 20~26 | 10~60 | 1.2~2 |
| 3,4 abertura do bocal | 220~300 | 28~36 | 18~30 | 1,5~2,4 |
soldagem por arco submerso | 2 | 200~700 | 32~40 | 15~100 | 1.0~1.7 |
| 5 | 450~1200 | 34~44 | 30~60 | 0,7~1,3 |
soldagem a arco de argônio com eletrodo de fusão | 1,2~2,4 | 210~550 | 24~42 | 40~120 | 1,5~1,8 |
| Soldagem com CO2 | 0,8~1,6 | 70~300 | 16~23 | 30~150 | 0,8~1,2 |
| 2~4 | 500~900 | 35~45 | 40~80 | |
Tabela 1-1 Coeficiente de profundidade de fusão Km para vários métodos e parâmetros de soldagem a arco (aço de soldagem)
2) A velocidade de fusão do núcleo ou do arame de solda na soldagem a arco é proporcional à corrente de soldagem. Como o aumento da corrente de soldagem na soldagem a arco leva a um aumento na velocidade de fusão do arame de solda, a quantidade de arame derretido aumenta aproximadamente na mesma proporção, enquanto a largura da solda aumenta menos, resultando em um aumento na resistência da solda.
3) Após o aumento da corrente de soldagem, o diâmetro da coluna do arco aumenta. No entanto, a profundidade de penetração do arco na peça também aumenta, e o alcance de movimento do ponto do arco é limitado. Portanto, o aumento na largura da solda é relativamente pequeno.
Na soldagem MIG (metal inerte com proteção gasosa), o aumento da corrente de soldagem resulta em um aumento da profundidade de penetração da solda. Se a corrente de soldagem for muito alta e a densidade de corrente também, pode ocorrer penetração irregular, especialmente na soldagem de alumínio.
Influência da tensão do arco na formação da solda
Em determinadas condições, quando a tensão do arco é aumentada, a potência do arco aumenta e, consequentemente, o calor transferido para a solda também aumenta. No entanto, o aumento da tensão do arco é obtido pelo aumento do comprimento do arco. O aumento do comprimento do arco leva a um aumento no raio da fonte de calor do arco e a um aumento na dissipação de calor. Como resultado, a densidade de energia transferida para a solda diminui, reduzindo ligeiramente a profundidade de penetração, enquanto a largura do cordão de solda aumenta. Ao mesmo tempo, como a corrente de soldagem permanece inalterada e a quantidade de material fundido no arame de solda também, o reforço do cordão de solda diminui.
Para diversos métodos de soldagem a arco, a fim de obter uma formação de solda adequada, ou seja, manter um coeficiente de formação de solda φ apropriado, ao aumentar a corrente de soldagem, a tensão do arco deve ser aumentada proporcionalmente. É necessário que a tensão do arco e a corrente de soldagem apresentem uma relação de compatibilidade adequada. Isso é mais comum na soldagem a arco com eletrodo consumível.
Influência da velocidade de soldagem na formação da solda
Em determinadas condições, o aumento da velocidade de soldagem leva a uma redução na entrada de calor durante a soldagem, diminuindo assim a largura e a penetração do cordão de solda. Como a quantidade de metal depositado por unidade de comprimento da solda é inversamente proporcional à velocidade de soldagem, isso também resulta em uma redução no reforço do cordão de solda.
A velocidade de soldagem é um indicador importante para avaliar a produtividade da soldagem. Para melhorar a produtividade, a velocidade de soldagem deve ser aumentada. No entanto, para garantir a dimensão da solda exigida no projeto estrutural, ao aumentar a velocidade de soldagem, a corrente e a tensão do arco devem ser aumentadas proporcionalmente. Essas três grandezas estão inter-relacionadas. Ao mesmo tempo, deve-se considerar que, ao aumentar a corrente, a tensão do arco e a velocidade de soldagem (ou seja, ao usar arco de soldagem de alta potência e alta velocidade de soldagem), defeitos de soldagem, como mordeduras e trincas, podem ocorrer durante a formação e a solidificação da poça de fusão. Portanto, o aumento da velocidade de soldagem é limitado.
Influência do tipo e polaridade da corrente de soldagem e do tamanho do eletrodo na formação da solda.
1. Tipos e polaridades da corrente de soldagem
Os tipos de corrente de soldagem dividem-se em corrente contínua e corrente alternada. A soldagem a arco com corrente contínua é subdividida em corrente contínua constante e corrente contínua pulsada, de acordo com a presença ou não de pulsos na corrente; e em corrente contínua com polaridade inversa (conexão positiva da peça a ser soldada) e corrente contínua com polaridade reversa (conexão negativa da peça a ser soldada). A soldagem a arco com corrente alternada divide-se em corrente alternada senoidal e corrente alternada quadrada, de acordo com as diferentes formas de onda da corrente. O tipo e a polaridade da corrente de soldagem afetam a quantidade de calor transferida do arco para a peça a ser soldada, influenciando, assim, a formação da solda. Ao mesmo tempo, também afetam o processo de transferência de gotas e a remoção da película de óxido na superfície do metal base.
Na soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) de materiais metálicos como aço e titânio, a penetração da solda é máxima quando a corrente contínua é aplicada no sentido positivo, mínima quando aplicada no sentido inverso e intermediária com a corrente alternada. Como a penetração é máxima com a corrente contínua no sentido positivo e o eletrodo de tungstênio apresenta a menor perda por queima, a conexão positiva da corrente contínua deve ser utilizada na soldagem TIG para esses materiais. Na soldagem TIG com corrente contínua pulsada, os parâmetros do pulso podem ser ajustados, permitindo o controle da formação da solda. Para soldar alumínio, magnésio e suas ligas, é necessário aproveitar o efeito de limpeza catódica do arco para remover a película de óxido da superfície do metal base. Nesses casos, a corrente alternada é mais adequada. Como os parâmetros da forma de onda da corrente alternada de onda quadrada podem ser ajustados, o efeito da soldagem é melhor.
Na soldagem MIG/MAG, quando a corrente contínua é aplicada em polaridade inversa, a penetração e a largura da solda são maiores do que na soldagem com corrente contínua em polaridade direta. A penetração e a largura da solda com corrente alternada ficam entre esses dois extremos. Portanto, na soldagem por arco submerso, a polaridade inversa da corrente contínua é geralmente utilizada para obter maior penetração; enquanto na soldagem por arco submerso de revestimento, a polaridade direta da corrente contínua é utilizada para reduzir a penetração. Na soldagem MIG/MAG com gás de proteção, como a polaridade inversa da corrente contínua não só proporciona maior profundidade de penetração, mas também torna o processo de transferência de arco e gotas mais estável do que na polaridade direta da corrente contínua e na corrente alternada, além de apresentar um efeito de limpeza do cátodo, ela é amplamente utilizada. A polaridade direta da corrente contínua e a corrente alternada geralmente não são utilizadas.
2. Influência do formato da ponta do eletrodo de tungstênio, do diâmetro do fio de solda e do comprimento de extensão.
O ângulo e o formato da extremidade frontal do eletrodo de gestênio têm grande influência na concentração e na pressão do arco. Devem ser selecionados de acordo com a corrente de soldagem e a espessura da peça. De modo geral, quanto mais concentrado o arco e maior a pressão do arco, maior a profundidade de penetração formada, enquanto a largura da solda diminui correspondentemente.
Na soldagem MIG/MAG, quando a corrente de soldagem é constante, quanto mais fino o arame de solda, mais concentrado é o aquecimento do arco, aumentando a profundidade de penetração e diminuindo a largura da solda. No entanto, ao escolher o diâmetro do arame de solda em projetos reais, a intensidade da corrente e a morfologia da poça de fusão também devem ser consideradas para evitar a formação de uma solda de má qualidade.
Quando o comprimento de extensão do arame na soldagem MIG/MAG aumenta, o calor resistivo gerado pela corrente de soldagem ao passar pela parte estendida do arame também aumenta, o que acelera a fusão do arame. Consequentemente, o reforço da solda aumenta, embora a profundidade de penetração diminua ligeiramente. Devido à resistividade relativamente alta dos arames de aço, a influência do comprimento de extensão do arame na formação da solda é bastante evidente na soldagem com arames de aço e de menor diâmetro. A resistividade dos arames de alumínio é relativamente baixa, portanto, sua influência não é significativa. Embora o aumento do comprimento de extensão do arame possa melhorar o coeficiente de fusão do arame, considerando-se de forma abrangente os aspectos da estabilidade da fusão do arame e da formação da solda, existe uma faixa de variação permitida para o comprimento de extensão do arame.
Influência de outros fatores de processo nos fatores de formação da solda
Além dos fatores de processo mencionados acima, outros fatores do processo de soldagem, como tamanho do chanfro e da folga, ângulo de inclinação do eletrodo e da peça de trabalho e posição espacial da junta, também podem afetar a formação e o tamanho da solda.
1. Sulco e fenda
Na soldagem de juntas de topo por arco elétrico, geralmente se determina se é necessário deixar uma folga, e o tamanho e a forma do chanfro aberto dependem da espessura da chapa a ser soldada. Em certas condições, quanto maior o chanfro ou a folga, menor o reforço da solda, o que equivale a um rebaixamento da posição da solda. Nesse caso, a taxa de fusão diminui. Portanto, deixar uma folga ou abrir um chanfro pode ser usado para controlar o tamanho do reforço e ajustar a taxa de fusão. Comparando as situações com e sem folga, as condições de dissipação de calor são um pouco diferentes. De modo geral, as condições de cristalização com a abertura de um chanfro são mais favoráveis.
2. Inclinação do eletrodo (arame de solda)
Durante a soldagem a arco, de acordo com a relação entre a direção de inclinação do eletrodo e a direção da soldagem, divide-se-se em dois tipos: inclinação do eletrodo para frente e inclinação do eletrodo para trás. Quando o arame de solda é inclinado, o eixo do arco também se inclina correspondentemente. Quando o arame de solda é inclinado para frente, o efeito da força do arco na descarga do metal fundido para trás é enfraquecido. A camada de metal líquido no fundo da poça de fusão torna-se mais espessa, a profundidade de penetração é reduzida, a profundidade em que o arco penetra na peça soldada é reduzida, a área de movimento do ponto do arco é expandida, a largura da solda aumenta e o reforço é reduzido. Quanto menor o ângulo de inclinação para frente α do arame de solda, mais evidente é essa influência. Quando o arame de solda é inclinado para trás, a situação é oposta. Na soldagem a arco com eletrodo revestido, o método de inclinação do eletrodo para trás é o mais adotado, sendo um ângulo de inclinação α entre 65° e 80° relativamente adequado.
3. Inclinação da peça de soldagem
A inclinação da junta soldada é frequentemente encontrada na produção real e pode ser dividida em soldagem ascendente e soldagem descendente. Nesse caso, sob a ação da gravidade, o metal fundido tende a fluir para baixo ao longo da inclinação. Na soldagem ascendente, a gravidade auxilia na descarga do metal fundido para a extremidade da poça de fusão, resultando em maior penetração, menor largura da solda e maior reforço. Quando o ângulo de inclinação α está entre 6° e 12°, o reforço é excessivo e mordeduras são facilmente geradas em ambos os lados. Na soldagem descendente, esse efeito impede que o metal fundido seja descarregado para a extremidade da poça de fusão. O arco não consegue aquecer profundamente o metal na base da poça de fusão, a penetração é reduzida, o alcance de movimento do ponto do arco é expandido, a largura da solda aumenta e o reforço é reduzido. Se o ângulo de inclinação da junta soldada for muito grande, resultará em penetração insuficiente e transbordamento do metal fundido.
4. Material e espessura da solda
A penetração da solda está relacionada à corrente de soldagem, bem como à condutividade térmica e à capacidade térmica volumétrica do material. Quanto melhor a condutividade térmica do material e maior a capacidade térmica volumétrica, mais calor é necessário para fundir um volume unitário de metal e elevar a temperatura na mesma proporção. Portanto, sob certas condições, como a corrente de soldagem, a profundidade de penetração e a largura da solda diminuirão. Quanto maior a densidade ou a viscosidade do material, mais difícil será para o arco elétrico deslocar o metal fundido, resultando em menor penetração da solda. A espessura da peça soldada afeta a condução de calor em seu interior. Mantendo-se as demais condições constantes, à medida que a espessura da peça soldada aumenta, a dissipação de calor também aumenta, e tanto a largura da solda quanto a profundidade de penetração diminuem.
5. Fluxo, revestimento do eletrodo e gás de proteção
As diferentes composições de fluxos ou revestimentos de eletrodos levam a diferentes quedas de tensão nas regiões do arco próximas aos eletrodos e a diferentes gradientes de potencial na coluna do arco, o que inevitavelmente afeta a formação da solda. Quando o fluxo tem baixa densidade, tamanho de partícula grande ou pequena altura de empilhamento, a pressão ao redor do arco é baixa, a coluna do arco se expande e o ponto de solda apresenta uma grande amplitude de movimento. Portanto, a penetração é pequena, a largura da solda é grande e o reforço é pequeno. Quando a soldagem a arco de alta potência é usada para soldar peças espessas, o uso de fluxo semelhante à pedra-pomes pode reduzir a pressão do arco, diminuir a penetração e aumentar a largura da solda. Além disso, a escória de soldagem deve ter viscosidade e temperatura de fusão adequadas. Se a viscosidade for muito alta ou a temperatura de fusão for relativamente alta, a escória terá má ventilação e poderá formar muitas depressões na superfície da solda, resultando em uma formação deficiente da superfície de solda.
A composição dos gases de proteção para soldagem a arco (como Ar, He, N2, CO2) é diferente, assim como suas propriedades físicas, como a condutividade térmica. Isso faz com que a queda de tensão na região polar do arco e o gradiente de potencial da coluna de arco, a seção transversal condutora da coluna de arco, a força do fluxo de plasma e a distribuição do fluxo de calor específico sejam diferentes. Todos esses fatores afetam a formação das juntas de solda.
Em resumo, muitos fatores afetam a formação de uma solda. Para obter uma boa formação de solda, é necessário selecionar métodos e condições de soldagem adequados, levando em consideração o material e a espessura da peça a ser soldada, a posição espacial da solda, a forma da junta, as condições de trabalho, os requisitos de desempenho da junta e as dimensões da solda. Ao mesmo tempo, o mais importante é a atitude do soldador em relação à soldagem! Caso contrário, a formação e o desempenho da solda podem não atender aos requisitos, podendo inclusive surgir diversos defeitos.
