Comparativo Soldagem Metal Cored vs FCAW

1
MARCELO FERREIRA PEDROSA
Comparativo do Desempenho de Soldagem para o Processo GMAW Metal
Cored com Fonte Pulsada e Gás de Proteção Rico em Argônio Versus o
Processo FCAW Convencional com Proteção Gasosa de CO2 e Gás de
Proteção Rico em Argônio
Monografia apresentada ao Instituto SENAI de
Educação Superior, como requisito parcial para
conclusão do curso de Especialização em
Engenharia de Soldagem.
Orientador: Alexandre Schwenck
Rio de Janeiro
2013

2
Qualquer parte dessa obra poderá ser reproduzida, desde que citada a fonte.
Presidente da FIRJAN
Eduardo Eugenio Gouvêa Vieira
Diretora Regional SENAI-RJ – Superintendente do SESI
Maria Lúcia Telles
Diretora de Educação
Andréa Marinho de Souza Franco
Gerente de Educação Profissional
Regina Helena Malta do Nascimento
Gerente do Instituto SENAI de Educação Superior
Mauro Luiz de Oliveira Pina
Coordenação de Pós-Graduação - Área de Solda
Jorge Wanderley Ribeiro
PEDROSA, M. F.
Comparativo do Desempenho de Soldagem para o
Processo GMAW Metal Cored com Fonte Pulsada e Gás de
Proteção Rico em Argônio Versus o Processo FCAW Convencional
com Proteção Gasosa de CO2 e Gás de Proteção Rico em
Argônio. Rio de Janeiro: FIRJAN/SENAI - Instituto SENAI de
Educação Superior, 2012. 100 p.
Orientador: Alexandre Schwenck
Bibliografia : f. 15 – 69.
1. Alma Metálica (Metal Cored). 2. Soldagem semi-automática. 3.
Arame tubular com proteção gasosa. 4. Arco pulsado. 5. Transferência
em curto-circuito controlado. 6. Aço carbono.

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MARCELO FERREIRA PEDROSA
COMPARATIVO DO DESEMPENHO DE SOLDAGEM PARA O PROCESSO
GMAW METAL CORED COM FONTE PULSADA E GÁS DE PROTEÇÃO RICO
EM ARGÔNIO VERSUS O PROCESSO FCAW CONVENCIONAL COM
PROTEÇÃO GASOSA DE CO2 E GÁS DE PROTEÇÃO RICO EM ARGÔNIO
Monografia apresentada ao Instituto SENAI de
Educação Superior e aprovada como requisito
parcial para a conclusão do curso de Especialização
em Engenharia de Soldagem.
Aprovado em: 07/12/2013
BANCA EXAMINADORA
Alexandre Schwenck, Especialista
Instituto SENAI de Educação Superior
Ari Sauer Guimarães, D.Sc.
Jorge Wanderley Ribeiro, MSc

4
Dedico este trabalho aos meus pais, irmãos e irmã
que souberam entender a minha ausência na
busca deste importante conhecimento.
Marcelo Ferreira Pedrosa

5
AGRADECIMENTOS
À Deus, pela saúde e energia em todos os momentos de dificuldades.
À minha namorada, pela paciência.
Ao amigo, Marcos Müller Lobato, pelo apoio técnico.
Ao Sr. Paulo Cesar pelas sugestões e soldas realizadas.
A White Martins pela disponibilização do laboratório de soldagem - CTR.
A Alumaq, distribuidor ITW Welding Brasil, por ter fornecido os equipamentos de
soldagem e materiais de adição.
Aos amigos de classe por fazerem de cada sábado um dia especial
Aos mestres, pela dedicação, paciência e empenho durante as aulas.
Marcelo Ferreira Pedrosa

6
“Julgue seu sucesso pelas coisas que você teve
que renunciar para conseguir”.
(Dalai Lama)

7
RESUMO
Cada vez mais as empresas buscam obter alguma vantagem competitiva diante dos
seus concorrentes, seja por aumento de produtividade, redução de custo em seus
processos produtivos ou melhor qualidade dos seus produtos. Neste cenário, os
fornecedores de consumíveis, equipamentos e acessórios veem dispondo de
inúmeros produtos e combinações dos mesmos para auxiliar seus clientes no
alcance de seus objetivos de obterem juntas soldadas a um menor custo por quilo
de metal depositado e/ou maior qualidade da junta e/ou com ganho em
produtividade.
O presente trabalho objetiva apresentar o resultado de testes comparativos entre o
arame tubular com pó metálico (metal cored) com fonte pulsada e gás de proteção
rico em Argônio e o processo FCAW tradicionalmente utilizado com fontes
convencionais contendo 100% CO2 em juntas de topo e ângulo. Os testes foram
realizados em equipamentos hoje utilizado por empresas do setor de construção e
montagem visando evidenciar os benefícios promovidos pelo conjunto: Fonte de
energia + Consumível + Gás de proteção. Formando um sistema ideal para a
soldagem de alta performance.
O estudo apresenta a maior produtividade do processo metal cored frente ao arame
tubular, além de proporcionar redução no custo de soldagem.
Palavras-chave: Alma metálica (metal cored). Soldagem semi-automática. Arame tubular
com proteção gasosa. Arco pulsado. Transferência em curto-circuito controlado. Aço
carbono.

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LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Eletrodos de carbono não consumível................................................. 16
Figura 2.2 - Eletrodo revestido para soldagem a arco elétrico................................ 17
Figura 2.3 - Modelo de tocha desenvolvida por Meredith ....................................... 19
Figura 2.4 - Sola pelo processo GTAW a esquerda e PAW a direita..................... 21
Figura 2.5 - Evolução dos processos de soldagem ao longo do tempo.................. 22
Figura 2.6 - Processo de soldagem FCAW a esquerda e GMAW – arame alma
metálica a direita............................................................................................................. 23
Figura 2.7 - Equipamentos básicos para soldagem FCAW e GMAW – ARAME
ALMA METÁLICA............................................................................................................ 23
Figura 2.8 - Representação esquemática de transferência por curto-circuito ......... 25
Figura 2.9 - Transferência globular ......................................................................... 26
Figura 2.10 - Corrente de transição .......................................................................... 27
Figura 2.11 - Transferência em spray - o arco não extingue pois o arame não
toca a peça...................................................................................................................... 27
Figura 2.12 - Principais tipos de transferências metálica.......................................... 28
Figura 2.13 - Comparação das penetrações dos cordões de solda em função do
gás de proteção............................................................................................................... 31
Figura 2.14 - Efeito do gás de proteção no perfil do cordão. .................................... 32
Figura 2.15 - Esquema mostrando o princípio de alimentação elétrica das fontes
de soldagem.................................................................................................................... 36
Figura 2.16 - Fontes de soldagem do tipo transformador ......................................... 37
Figura 2.17 - Variações dos transformadores de soldagem...................................... 38
Figura 2.18 - Primeiro retificador............................................................................... 39
Figura 2.19 - Diodo de silício montado e com suas respectivas partes .................... 40
Figura 2.20 - Formas de retificação em um circuito elétrico...................................... 40
Figura 2.21 - Característica estática de fonte de corrente constante........................ 42
Figura 2.22 - Característica estática de fonte de tensão constante .......................... 42
Figura 2.23 - Declividade nas fontes convencionais de característica plana –
sloper .............................................................................................................................. 43
Figura 2.24 - Característica dinâmica de uma fonte de tensão constante, a
esquerda e corrente constante a direita.......................................................................... 45

9
Figura 2.25 - Diagrama esquemático de uma fonte tiristorizada monofásica e
Efeito do tempo de disparo do tiristor na forma de onda da corrente de saída ............... 47
Figura 2.26 - Sistema hidráulico de funcionamento análogo a um transistor de
potência. (a) Corrente da base (Ib) nula, circuito principal interrompido. (b) Corrente
da base pequena, corrente principal (I) proporcional a Ib. (c) Ib acima de seu valor de
saturação Isat, corrente principal passa livremente.......................................................... 48
Figura 2.27 - Princípio de funcionamento de uma fonte transistorizada analógica ... 49
Figura 2.28 - Técnicas de modulação para controle da saída. a) Modulação da
frequência b) Controle da largura do pulso ..................................................................... 50
Figura 2.29 - Princípio de funcionamento de uma fonte transistorizada chaveada... 50
Figura 2.30 - Princípio de funcionamento de uma fonte inversora............................ 51
Figura 2.31 - Comparação da velocidade de subida da corrente na abertura do
arco para uma fonte tiristorizada e uma fonte inversora. Intervalo entre traços: 10ms2
.. 52
Figura 2.32 - Transferência pulsada ......................................................................... 53
Figura 2.33 - Diagrama esquemático de uma onda do tipo corrente pulsada e
transferência do metal esquemático................................................................................ 54
Figura 2.34 - O controle sinérgico............................................................................. 55
Figura 2.35 - Representação esquemática de transferência sinérgica por curto
circuito controlado RMDTM
............................................................................................... 56
Figura 2.36 - Representação esquemática de transferência sinérgica pulsada
ProPulseTM
........... ........................................................................................................... 57
Figura 2.37 - Influência da inclinação da tocha no perfil e penetração do cordão
de solda........................................................................................................................... 61
Figura 3.1 - Fonte de soldagem e maleta SAP ....................................................... 70
Figura 3.2 - Balança utilizada.................................................................................. 70
Figura 3.3 - Visual do programa SAP...................................................................... 71
Figura 3.4 - Corpo de prova para posição 3G......................................................... 72
Figura 3.5 - Corpo de prova para posição 2F e 3F ................................................. 72
Figura 3.6 - Execução do plano de coleta de dados ............................................... 75
Figura 4.1 - Oscilogramas CP17 e CP11 ................................................................ 78
Figura 4.2 - Oscilograma CP19............................................................................... 79
Figura 4.3 - Comparativo de custo entre os processos testados ............................ 79
Figura 4.4 - Oscilogramas CP03 e CP01 respectivamente..................................... 81
Figura 4.5 - Oscilogramas CP18 e CP12 respectivamente..................................... 82

10
Figura 4.7 - Oscilogramas CP15 e CP33 respectivamente (raiz)............................ 84
Figura 4.8 - Oscilogramas CP16 e CP35 respectivamente (raiz)............................ 84
Figura 4.9 - Oscilogramas CP5 e CP7 respectivamente (raiz/RMDTM
) ................... 85
Figura 4.10 - Oscilogramas CP33 e CP35 respectivamente (contra-solda).............. 86
Figura 4.11 - Comparativo de custo entre os processos para passe de raiz com
RMDTM
, contra-solda e backing cerâmico para a posição de soldagem 3G.................... 87
Figura 4.12 - Oscilogramas CP15 e CP33 respectivamente
(enchimento/acabamento)............................................................................................... 88
Figura 4.16 - Limpeza da margem da solda.............................................................. 90
Figura 4.17 - Comparativo de custo mensal entre os processos testados................ 92

11
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Fator de operação utilizado conforme o processo de soldagem.......... 66
Tabela 3.1 - Plano de coleta de dados na posição 2F............................................. 73
Tabela 3.2 - Plano de coleta de dados na posição 3F............................................. 74
Tabela 3.3 - Plano de coleta de dados na posição 3G ............................................ 74
Tabela 4.1 - Dados técnicos na posição de soldagem 2F ....................................... 78
Tabela 4.2 - Dados técnicos na posição de soldagem 3F ....................................... 80
Tabela 4.3 - Dados técnicos do passe de raiz na posição de soldagem 3G............ 83
Tabela 4.4 - Dados técnicos da contra-solda para a posição de soldagem 3G ....... 85
Tabela 4.5 - Dados técnicos do passe de raiz com RMDTM
, contra-solda e
backing cerâmico para a posição de soldagem 3G......................................................... 86
Tabela 4.6 - Dados técnicos dos demais passes da posição de soldagem 3G ....... 87
Tabela 4.7 - Valores médios na posição de soldagem 3G....................................... 89
Tabela 4.8 - Valores médios do custo de soldagem ................................................ 91

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SUMÁRIO
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO........................................................................................ 14
CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................. 15
2.1 - UMA BREVE HISTÓRIA DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM ........................ 15
2.2 - PROCESSOS FCAW E GMAW-ARAME ALMA METÁLICA ............................. 22
2.3 - FORMAS DE TRANSFERENCIA METÁLICA ................................................... 24
2.3.1 - TRANSFERÊNCIA POR CURTO-CIRCUITO.............................................. 24
2.3.2 - TRANSFERENCIA GLOBULAR .................................................................. 25
2.3.3 - TRANSFERENCIA EM SPRAY ................................................................... 26
2.3.4 - OUTRAS FORMAS DE TRANSFERÊNCIA METÁLICA.............................. 28
2.4 - GASES PARA PROTEÇÃO DA POÇA DE FUSÃO .......................................... 28
2.5 - FONTES PARA SOLDAGEM ............................................................................ 33
2.5.1 - FONTES CONVENCIONAIS........................................................................ 33
2.5.1.1 - ALIMENTAÇAO ELÉTRICA DAS FONTES CONVENCIONAIS.......... 34
2.5.1.2 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO.................................................... 35
2.5.1.3 - FONTE DE SOLDAGEM - TRANSFORMADOR ................................. 36
2.5.1.4 - FONTE DE SOLDAGEM - RETIFICADOR.......................................... 39
2.5.1.4 - CURVAS CARACTERÍSTICAS ........................................................... 41
2.5.1.5.1 - CARACTERÍSTICA ESTÁTICA DAS FONTES ................................ 41
2.5.1.5.2 - CARACTERÍSTICA DINÂMICA DAS FONTES ................................ 44
2.5.2 - FONTES COM CONTROLE ELETRÔNICO ................................................ 45
2.5.2.1 - FONTES TIRISTORIZADAS................................................................ 47
2.5.2.2 - FONTES TRANSISTORIZADAS ANALÓGICAS ................................. 48
2.5.2.3 - FONTES TRANZISTORIZADAS CHAVEADAS .................................. 49
2.5.2.4 - FONTES INVERSORAS...................................................................... 51
2.5.2.5 - FONTES ELETRÔNICAS PULSADAS................................................ 52
2.5.2.6 - FONTES ELETRÔNICAS SINÉRGICAS............................................. 54
2.5.3 - CONTROLE ADAPTATIVO.......................................................................... 57
2.6 - PRINCIPAIS VARIAVEIS DO PROCESSO....................................................... 58
2.7 - INDICADORES DE PRODUTIVIDADE E CUSTOS EM SOLDAGEM............... 62
2.7.1 - INDICADORES DE PRODUTIVIDADE EM SOLDAGEM....................... 63
2.7.2 - CUSTOS DE SOLDAGEM...................................................................... 67
CAPÍTULO 3 - MATERIAIS E MÉTODOS...................................................................... 69

13
3.1 - O EQUIPAMENTO E MATERIAIS UTILIZADOS.......................................... 69
3.2 - DETALHES DOS CORPOS DE PROVA...................................................... 71
3.3 - INFORMAÇÃO DOS MATERIAIS DE ADIÇÃO............................................ 72
3.4 - PLANO DE COLETA DE DADOS................................................................. 73
3.5 - DETALHE DA EXECUÇÃO DO PLANO DE COLETA DE DADOS.............. 75
3.6 - INDICADORES DE PRODUTIVIDADE E CUSTOS DE SOLDAGEM ......... 76
CAPÍTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSÃO.............................................................. 76
4.1 - POSIÇÃO DE SOLDAGEM HORIZONTAL (2F)........................................... 77
4.2 - POSIÇÃO DE SOLDAGEM HORIZONTAL (3F)........................................... 80
4.3 - POSIÇÃO DE SOLDAGEM VERTICAL (3G) ............................................... 82
4.4 - ANÁLISES DE CENÁRIOS COM BASE NA CADEIA DE VALOR DO
CLIENTE...............................................................................................................91
CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES....................................................................................... 93
CAPÍTULO 6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................... 96
CAPÍTULO 7 - SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS................................... 100

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CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
O mercado brasileiro vem crescendo a cada ano, devido principalmente aos
investimentos de infraestrutura feitos pelo governo federal, assim como pelo setor de
energia que estima investimento de R$ 1 trilhão até 2020. Tendo especial atenção
os setores de energia, óleo & gás, hidrelétricas e fontes alternativas como usinas
eólicas, térmicas, biomassa e pequenas centrais hidrelétricas (1).
Para atender essa demanda com competitividade, as empresas do setor de
construção e montagem precisam realizar investimentos para melhoria dos
processos produtivos. A não realização desse investimento possibilita a entrada de
concorrentes internacionais, principalmente asiáticos, com menores custos de
produção e de tempo de entrega das obras.
Em virtude da globalização as empresas brasileiras vêm a cada ano substituindo
cada vez mais processos de soldagem manuais por processos semiautomáticos que
possibilitam melhor diluição dos custos operacionais. Tal fato é comprovado pela
larga utilização do processo arame tubular (FCAW) na soldagem dos aços ao
carbono.
A diminuição dos processos manuais por outros mais produtivos vêm ocorrendo há
mais tempo nos países ditos “desenvolvidos”. Nesses países é comum a utilização
de robôs, dispositivos de automação, tochas refrigeradas a água e etc., mesmo em
clientes de pequeno porte.
Assim como o processo MIG/MAG quando foi implementado no Brasil, o processo
arame tubular é largamente utilizado hoje em dia com proteção gasosa do tipo 100%
de dióxido de carbono (CO2) em detrimento a outras misturas disponíveis no
mercado. Muitos usuários aderem a “moda”, mas não fazem uma pergunta básica:
Qual o melhor processo para a sua produção? (2)
É comum a utilização de um processo de soldagem único em toda a unidade fabril.
Muitas vezes o processo de soldagem escolhido é definido para soldar a junta na
condição mais adversa que o cliente irá enfrentar. Tal atitude provoca significativa
perda de produção na execução das juntas de mais fácil acesso.
A análise mais recomendada seria a utilização dos processos de soldagem de
acordo com cada grau de dificuldade e também do volume de juntas a ser executado
afim de não se restringir o processo a uma única possível solução que pode gerar
perdas produtivas e/ou econômicas, na cadeia de valor.

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O presente estudo irá apresentar um comparativo econômico entre os processos
semiautomáticos que utilizam arame tubular (FCAW e GMAW – Arame Alma
Metálica), nas posições de soldagem horizontal e vertical. Também será levado em
consideração o percentual de juntas soldadas em cada uma dessas posições
normalmente encontradas em empresas que executam estruturas metálicas no
mercado brasileiro.
CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1- UMA BREVE HISTÓRIA DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM
Desde os tempos antigos, estudos e pesquisas arqueológicas vêm revelando as
maneiras que os povos da antiguidade utilizavam sua sabedoria para unir os metais,
o mesmo princípio está presente nos tempos atuais, soldar na sua concepção mais
simples é garantir a continuidade metálica utilizando-se meios capazes de garantir
esta união. Hoje dispomos de mais de 40 processos de soldagem qualificados que
abrangem uma extensa faixa de aplicações.
Desde a Revolução Industrial por volta de 1850, tornaram-se crescentes inúmeras
invenções e pesquisas tecnológicas. Ainda no século XIX, contribuições
importantíssimas das pesquisas realizadas pelos cientistas daquela época no campo
da termodinâmica e eletricidade resultaram em Leis Físicas, que revolucionaram as
aplicações com inúmeras outras invenções.
Acompanhando toda esta evolução, a soldagem teve sua importância, vários
estudiosos procuravam aprimorar suas técnicas de soldagem dos metais. Esta
união de forma localizada, mostrava uma tendência pelos processos que pudessem
produzir de alguma forma um calor concentrado, sendo este suficiente para fundir a
região onde se deseja unir, denominada com junta.
O desenvolvimento da soldagem no século XIX, a partir de 1850, destaca-se pela
aplicação dos eletrodos de carbono não consumível (CAW - Carbon Arc Welding) -

16
figura 2.1, originando o Processo de Soldagem ao Arco Elétrico e também pela
aplicação da Soldagem e Corte por chama, utilizando gases combustíveis com o
oxigênio.
Figura 2.1 – Eletrodos de carbono não consumível (3)
No século XX, logo na primeira década Oscar Kjellberg em 1906 (figura 2.2),
revolucionou a aplicação do eletrodo metálico consumível, com a invenção do
Eletrodo Revestido para Soldagem a Arco Elétrico (SMAW – Shielded Metal Arc
Weldind). A utilização da chama oxiacetilênica para Solda e Corte, difundiu-se
rapidamente pelo desenvolvimento de maçaricos de baixa pressão do gás
combustível (Acetileno). A Soldagem denominada como Thermit foi inventada pelo
alemão Goldsmith e o seu propósito era a união de trilhos da linha férrea, processo
este que é até hoje utilizado.

17
Figura 2.2 – Eletrodo Revestido para Soldagem a Arco Elétrico (4)
Com a Primeira Guerra Mundial houve uma demanda acelerada para a produção de
equipamentos bélicos a nível industrial. Muitas empresas fabricantes de
equipamentos de soldagem e consumíveis instalaram-se na América e na Europa,
para satisfazer a demanda produtiva das indústrias bélicas e naval. A Inglaterra
construiu seu primeiro navio soldado, o H.M.S. Fulagar; os Holandeses começaram
a produzir aviões de guerra com a fuselagem soldada.
Imediatamente após a Primeira Guerra Mundial, em 1919, sob o comando de Avery
Adams com vinte membros associados, fundaram a AWS (American Welding
Society), uma organização sem fins lucrativos, dedicada ao avanço tecnológico da
soldagem e processos afins.
Na década de 1920, a soldagem automática foi introduzida pela General Eletric,
utilizando arame/eletrodo nu com corrente contínua (DC), o controle da alimentação
de arame era feito tomando-se por base o aspecto do arco elétrico. Este processo
teve sua aplicação na recuperação de rodas de guindastes e nos eixos traseiros dos
automóveis.
Neste mesmo período foi percebido que o oxigênio e o nitrogênio da atmosfera eram
nocivos para a soldagem com eletrodo (nu) sem revestimento, causando fragilidade
do cordão de solda e porosidades. Devido a este problema, deu-se início a um
trabalho de pesquisa para utilizar uma proteção gasosa que a isolasse do meio
atmosférico. Várias tentativas foram realizadas, inicialmente com eletrodos de
carbono e depois com tungstênio sob uma atmosfera protetora de hidrogênio

18
atômico confinada em uma câmara, esta aplicação foi usada durante os anos de
1930 a 1940, somente para casos especiais de soldagem e também nos aços para
ferramentaria.
Ainda neste período H.M. Hobart e P.K. Devers, estavam fazendo um trabalho
similar com proteção gasosa, utilizando os gases argônio e hélio com eletrodo de
tungstênio. A patente foi solicitada em 1926, descrita basicamente que o arco
elétrico está envolto por uma proteção gasosa inerte. Este trabalho foi o precursor
do Processo GTAW. Também apresentaram outro sistema, utilizando um bocal
concêntrico e com um eletrodo sendo alimentado como um arame diretamente do
bocal. Este foi o precursor do Processo GMAW. Nenhum destes processos foram
desenvolvidos naquela ocasião.
O Processo de Soldagem Automática que ficou extremamente popular foi o Arco
Submerso, desenvolvido pela National Tube Company para aplicação na soldagem
longitudinais de tubos. Este processo foi patenteado em 1930 e vendido depois para
a Linde Air Products Company, que renomeou para Unionmelt welding. Sua
aplicação mais comum nos anos 40 foi nos estaleiros e nas indústrias de
equipamentos pesados. É um Processo de Soldagem muito produtivo e até hoje
possui aplicação em vários segmentos da indústria.
Com a iminência da II Guerra Mundial, estavam em desenvolvimento os aviões de
guerra (caças) constituído em liga leve, dentre estas ligas estava o magnésio. Os
Engenheiros da Northrup Aircraft Company, em conjunto com a Dow Chemical
Company, começaram um programa de desenvolvimento de um processo capaz
para a soldagem do magnésio. O Processo com proteção gasosa inerte outrora
desenvolvidos por Hobart e Devers era ideal para a soldagem das ligas de
Magnésio, Aço Inoxidável e também as ligas de Alumínio. Este processo foi
aperfeiçoado e patenteado em 1941, por Meredith que o nomeou Heliarc, isto
porque o gás de proteção utilizado era o hélio.
A figura 2.3 mostra um modelo de tocha desenvolvida por Meredith. Depois foi
autorizado a Linde Air Products o desenvolvimento das tochas refrigeradas à água.

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O GTAW (Gás Tungsten Arc Wending – TIG), se tornou um dos mais importantes
Processos de Soldagem.
Figura 2.3 – Modelo de tocha desenvolvida por Meredith (5)
Outro conceito inventado por Hobart e Devers foi o GMAW (Gas-shielded Metal Arc
Welding), que fora desenvolvido com sucesso pelo Battelle Memorial Institute em
1948, com o patrocínio da Air Reduction Company. Este desenvolvimento foi similar
ao GTAW, porém o eletrodo de tungstênio foi substituído por um arame consumível
de alimentação contínua. Uma das mudanças básicas que tornaram este processo
mais aceitável foi o uso de diâmetros menores do arame/eletrodo e a utilização de
fontes de energia com característica de tensão constante (CV).
Este princípio já havia sido patenteado por H.E. Kennedy. Inicialmente o Processo
GMAW, com o gás argônio (MIG), foi indicado para soldagens de metais não
ferrosos, particularmente o Alumínio de grandes espessuras. A alta taxa de
deposição deste processo conduziu em várias tentativas de utilização para o aço
carbono. O custo do gás inerte estava relativamente alto e naquele momento as
verbas não estavam imediatamente disponíveis.
Em 1953, Lyubavskii e Novoshilov anunciaram a soldagem com uso de eletrodos
consumíveis em atmosfera de gás CO2 (Gás Carbônico)-MAG. Este processo
imediatamente foi utilizado com os mesmos equipamentos do processo GMAW, que
devido ao baixo custo do CO2 ficou economicamente viável sua aplicação na

20
soldagem dos aços carbono. A utilização de diâmetros menores de arames, facilitou
sua aplicação e surgiu uma transferência diferente da Spray que foi denominada
como short arc (curto-circuito).
Esta transferência possibilitou melhor controle do aporte térmico, permitindo
soldagens em todas as posições. Obteve grande aceitação e foi aplicado na maioria
das indústrias.
Outra variação do GMAW, foi a adição de pequenas quantidades de oxigênio com
argônio, facilitando a soldagem em Spray. Aplicação que foi muito utilizada na
soldagem de equipamentos agrícolas na década de 60 nos Estados Unidos. O mais
recente avanço para aplicação do processo GMAW, é a utilização do arco pulsado.
Logo após a introdução do gás CO2 no processo GMAW, foi desenvolvida uma
variação deste processo com utilização arame/eletrodo especial. O arame foi
descrito como de seção transversal tubular, contendo no seu interior um fluxo,
podendo utilizar os mesmos equipamentos para o processo GMAW.
Este novo processo foi chamado de Flux Cored Arame - Dualshield (Arame Tubular -
dupla proteção gasosa), uma das proteções vem de uma fonte externa de gás, como
o GMAW, a outra é gerada pelo próprio fluxo . Bernard foi o inventor deste processo
em 1954, mas somente foi patenteado em 1957.
Em 1959, foi produzido outro arame tubular com características semelhantes à
invenção de Bernard, este no entanto não necessitava de uma fonte externa de gás.
Seu fluxo interno gerava uma quantidade suficiente de gás de proteção, que ficou
denominado como Self-shield (proteção própria). Inicialmente a soldagem
apresentava inúmeros problemas, visto como um processo sem qualidade.
A ausência de um gás de proteção externo deu popularidade ao processo,
entretanto, inicialmente limitou-se às aplicações não críticas. Atualmente ambos os
Processos Dualshield e Self-shield são amplamente aplicados aumentando cada vez
mais sua participação no mercado.

21
O Processo de Soldagem por Arco Plasma é similar ao Processo GTAW (TIG) e foi
desenvolvido por Gage em 1957. Neste processo o Arco Plasma formado é forçado
a passar por orifícios calibrados, esta constrição concentra o potencial calorífico do
Arco Plasma com elevadas temperaturas mais alta que o arco do Processo GTAW
(figura 2.4). O Arco Plasma é utilizado no Processo de Metalização por jato spray e
amplamente aplicado no Processo de Corte dos metais não ferrosos e ferrosos. A
soldagem por Arco Plasma possui uma denominação de Micro Plasma, sendo
utilizado para soldagem de chapas finas, menor que 0,5mm. Materiais que formam
óxidos refratários de alta temperatura como Alumínio e Magnésio, são restritos a
aplicação deste processo.
Figura 2.4 – Sola pelo processo GTAW a esquerda e PAW a direita (6)
Os processos que foram mencionados são os mais utilizados mundialmente, uma
outra gama de processos que não foram aqui citados são de aplicações mais
específicas.
A soldagem por Laser, por exemplo, é uma das mais recentes aplicação e ainda
específica. Como observamos pelo curso natural da História, a evolução trás novos
desenvolvimentos capazes de atender sempre a uma nova concepção. Por maior
que seja a sofisticação tecnológica o propósito será sempre a facilidade de sua
aplicação, visando a qualidade dos resultados obtidos como também o nosso
crescimento profissional.
Na figura 2.5 mostra a evolução dos processos de soldagem ao longo do tempo.

22
Figura 2.5 – Evolução dos processos de soldagem ao longo do tempo (7)
2.2- PROCESSOS FCAW E GMAW-ARAME ALMA METÁLICA
Tanto o processo Flux Cored Arc Welding (FCAW) e o Processo GMAW – Arame
Alma metálica, aqui agora chamado de MCAW (Metal Cored Arc Welding), são
processos de soldagem ao arco que produzem a coalescencia de metais pelo
aquecimento destes com um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico
tubular, contínuo, consumível e o metal de base. Para o processo FCAW a proteção
do arco e do cordão é feita por uma escória formada pelo fluxo contido dentro do
eletrodo que pode ou não ser suplementada por uma proteção gasosa adicional
fornecida por uma fonte externa. Quando a proteção do arco e da poça de fusão é
realizada unicamente pela queima do fluxo em pó, o processo é dito FCAW com
arame autoprotegido e quando se utiliza da proteção gasosa adicional o processo é
dito FCAW com proteção gasosa. Este trabalho não tratará do processo FCAW
autoprotegido. Já o processo GMAW – Arame Alma metálica, a proteção do arco e
do cordão é realizada unicamente pela proteção gasosa assim como o processo
Gás Metal Arc Welding (GMAW), figura 2.6.

23
Figura 2.6 – Processo de soldagem FCAW a esquerda e GMAW – arame alma
metálica a direita (8)
Os equipamentos de soldagem empregados em ambos os processos são
basicamente os mesmos diferenciando-se quanto alguns recursos
sinérgicos/adaptativos sejam necessários para alguma determinada aplicação ou
posição de soldagem, figura 2.7.
Figura 2.7 – Equipamentos básicos para soldagem FCAW e GMAW – Arame
Alma Metálica (8)
Na seção 2.5 (Fontes de Soldagem) será melhor detalhado as características dos
equipamentos disponíveis no mercado.
As transferências metálicas no processo arame tubular e metal cored, além de
serem em função dos parâmetros de soldagem empregados, são também em

24
função do gás ou mistura gasosa utilizada, porem ambos os processos possuem os
mesmos tipos de transferência, sejam elas por curto-circuito, globular, spray
(goticular) ou suas variações. Como será visto na seção 2.3 (Formas de
Transferência).
2.3- FORMAS DE TRANSFERENCIA METÁLICA
Dentre as características fundamentais de operacionalidade e eficiência do
processo, estão os modos de transferência do metal de adição, pois afetam a
habilidade de soldar em varias posições, a profundidade de penetração da solda, a
estabilidade da poça de fusão e a quantidade de respingos. (9,10)
O modo como o metal fundido se transfere desde o eletrodo para a peça , é
determinado por complexas interações de forças, as quais são influenciadas pelos
seguintes principais fatores: Natureza do gás de proteção, polaridade e tipo
(contínuo ou pulsado) da corrente, densidade de corrente, tensão, extensão do
eletrodo após o contato elétrico, composição química e diâmetro do eletrodo,
características específicas da fonte de potência, pressão do ambiente.
Em consequência de uma particular combinação de todos os fatores envolvidos, o
metal se transfere da ponta do eletrodo em um dos modos apresentados a seguir.
2.3.1- TRANSFERÊNCIA POR CURTO-CIRCUITO
Transferência alcançada a um baixo nível de corrente/tensão e diâmetros de
eletrodo. No caso do processo FCAW a transferência e determinada pelo fabricante
ou tipo de escória/fluxo do arame. Este tipo de transferência produz uma poça de
fusão pequena e de rápido resfriamento que é geralmente utilizada para unir seções
finas, para soldagem fora de posição e para fechar grandes aberturas de raiz. A
ponta do arame vai se fundindo pela ação do arco elétrico e aumenta de tamanho
até atingir a peça, onde o arco se extingue. A gota então é destacada e transferida a
peça pela ação de forças eletromagnéticas e o efeito “pinch” que é o

25
estrangulamento da ponta do arame. Neste momento ocorre a reignição do arco
elétrico onde a corrente atinge o valor de corrente de curto circuito gerando os
respingos. Nenhum metal é transferido através do arco. A figura 2.8 ilustra o
processo de transferência por curto circuito.
Figura 2.8 – Representação esquemática de transferência por curto-circuito
(11)
Embora a transferência ocorra somente durante o curto circuito, a composição do
gás de proteção tem efeito importante na tensão superficial do metal fundido.
Mudanças na composição do gás podem afetar o tamanho da gota e a duração do
curto circuito. Adicionalmente, o tipo de gás influencia as características de
operação. Dióxido de carbono geralmente produz altas quantidades de respingos
comparados com gases inertes, mas também produz uma penetração mais alta.
Para encontrar uma boa combinação entre respingos e penetração, misturas de CO2
e argônio são frequentemente utilizadas na soldagem de aços carbono e baixa liga.
Adições de helio ao argônio aumentam a penetração em metais não ferrosos (11).
2.3.2- TRANSFERENCIA GLOBULAR
Tipo de transferência obtida com nível de energia maior que no curto-circuito.
Entretanto, com dióxido de carbono e hélio, este tipo de transferência ocorre em
toda a faixa de corrente. Nesta transferência, o metal se projeta por gotas de
diâmetro bem maior que o diâmetro do arame, principalmente quando se utiliza o

26
gás CO2 como gás de proteção. Com isto, temos uma geração excessiva de
respingos. A figura 2.9 mostra o processo de transferência globular.
Figura 2.9 – Transferência globular (7)
Com este tipo de transferência pode-se trabalhar somente na posição plana devido
ao grande volume da gota e a alta fluidez da poça de fusão.
2.3.3- TRANSFERENCIA EM SPRAY
Esta transferência também necessita de alta energia de soldagem ocorrendo em
níveis de corrente acima do valor denominado corrente de transição, figura 2.10 ,
onde abaixo desta corrente, a transferência ocorre em modulo globular e acima
desta corrente, a transferência ocorre em forma de pequenas gotas que são
formadas e destacadas a uma taxa de centenas por segundo (11).

27
Figura 2.10 – Corrente de transição (7)
A gota na ponta do eletrodo diminui de diâmetro, devido à menor tensão superficial
causada pelo aumento da temperatura. A transferência em spray não é alcançada
quando se utiliza o CO2 puro ou misturas com mais de 25% de CO2 como gás de
proteção, porém é possível observar que misturas de argônio com mais de 15% de
teor de CO2 aumenta o valor da corrente de transição globular-goticular, bem como
aumenta as instabilidades do arco e da transferência metálica, refletindo em uma
elevação na quantidade de ruídos proporcional ao aumento do teor de CO2 na
mistura (12).
A transferência em spray proporciona alta taxa de deposição (produtividade), grande
penetração com pouquíssima geração de respingos, já que o arco elétrico não
apaga. A figura 2.11 ilustra o processo.
Figura 2.11 – Transferência em spray - o arco não extingue pois o arame não
toca a peça (13)

28
Na figura 2.12 verifica-se os modos de transferência metálica descritos acima.
Figura 2.12 – Principais tipos de transferências metálica (9)
2.3.4- OUTRAS FORMAS DE TRANSFERÊNCIA METÁLICA
Outros modos de transferência como curto-circuito controlado (RMDTM
, STTTM
,
CMTTM
e FastRootTM
) e transferência por corrente pulsada (ProPulseTM
, Aristo
SuperPulseTM
, etc) são na realidade variações das formas de transferências até aqui
explicadas mas com recursos sinérgicos que estão associadas a característica das
fontes e recursos eletrônicos desenvolvidos por cada fabricante de maquina, como
poderá ser visto mais adiante.
2.4- GASES PARA PROTEÇÃO DA POÇA DE FUSÃO
A principal função dos gases de proteção é eliminar o contato do ar atmosférico com
o metal fundido. Isto é necessário devido a forte tendência dos metais, quando
aquecidos até o seu ponto de fusão, de formarem óxidos e, em menor extensão,
nitretos, resultando em soldas deficientes, com retenção de escória, porosidade e
consequente fragilização no cordão de solda (11).
A contaminação é causada principalmente pelo nitrogênio (N2), oxigênio (O2) e vapor
d'água (H2O) presentes na atmosfera. Como exemplo, o nitrogênio no aço
solidificado reduz a ductilidade e a tenacidade da solda e pode causar fissuração.
Em grandes quantidades o nitrogênio pode causar também porosidade. O oxigênio
em excesso no aço combina-se com o carbono e forma o monóxido de carbono
(CO), que pode ser aprisionado no metal, causando porosidade. Além disso, o

29
oxigênio em excesso pode se combinar com outros elementos no aço e formar
compostos que produzem inclusões no metal de solda — o manganês (Mn) e o
silício (Si), por exemplo. Quando o hidrogênio (H), presente no vapor d'água e no
óleo, combina-se com o ferro (Fe) ou com o alumínio (Al), resultará em porosidade e
pode ocorrer fissuração sob cordão no metal de solda.
Para evitar esses problemas associados com a contaminação da poça de fusão, três
gases principais são utilizados como proteção: argônio (Ar), hélio (He) e dióxido de
carbono (CO2). Além desses, pequenas quantidades de oxigênio (O2), nitrogênio
(N2) e hidrogênio (H2) provaram ser benéficas em algumas aplicações. Desses
gases, apenas o argônio e o hélio são gases inertes. A compensação para a
tendência de oxidação dos outros gases é realizada pelas formulações especiais
dos arames.
O argônio, o hélio e o dióxido de carbono podem ser empregados puros, em
combinações ou misturados com outros gases para proporcionar soldas livres de
defeitos numa variedade de aplicações e processos de soldagem.
Como visto, precauções devem ser tomadas no sentido de excluir o oxigênio, o
nitrogênio e vapor d'água do ar atmosférico das proximidades da poça de fusão
através de um gás de proteção.
Em adição ao fornecimento de atmosfera de proteção, o gás e o fluxo de gás
produzem efeitos importantes nas seguintes variáveis:
• Características do arco;
• Modo de transferência;
• Velocidade de soldagem;
• Tendência ao trincamento;
• Ação de limpeza;

30
• Propriedades mecânicas do metal de solda;
• Penetração e forma do cordão de solda.
As propriedades básicas dos gases de proteção que afetam o desempenho do
processo de soldagem incluem:
• Propriedades térmicas a temperaturas elevadas;
• Reação química do gás com os vários elementos no metal de base e no
arame de solda;
• Efeito de cada gás no modo de transferência de metal e estabilidade do
arco.
A condutividade térmica do gás à temperatura do arco influencia a tensão do arco
bem como a energia térmica transferida à solda. Quando a condutividade térmica
aumenta, maior tensão de soldagem é necessária para sustentar o arco. Por
exemplo, a condutividade térmica do hélio e do dióxido de carbono é muito maior
que a do argônio; devido a isso, aqueles gases transferem mais calor à solda.
Portanto, o hélio e o dióxido de carbono necessitam de uma tensão de soldagem
maior para manter o arco estável.
A compatibilidade de cada gás com o arame e o metal de base determina a
adequação das diversas combinações de gases. O dióxido de carbono e a maioria
dos gases de proteção contendo oxigênio não devem ser utilizados na soldagem do
alumínio, pois se formará o óxido de alumínio (Al2O3). Entretanto, o dióxido de
carbono e o oxigênio são úteis às vezes e mesmo essenciais na soldagem dos aços.
Eles promovem estabilidade ao arco e uma boa fusão entre a poça de fusão e o
material de base. O oxigênio é bem mais reativo que o dióxido de carbono.
Consequentemente, as adições de oxigênio ao argônio são geralmente menores que
12% em volume, enquanto o dióxido de carbono puro pode ser empregado na
soldagem de aços doces. Os arames de aço devem conter elementos fortemente
desoxidantes para suprimir a porosidade quando usados com gases oxidantes,

31
particularmente misturas com altos percentuais de dióxido de carbono ou oxigênio e
especialmente o dióxido de carbono puro, o efeito dessa reação são óxidos, aqui
chamados de ilhas de silicatos, formados sobre o cordão de solda, onde quanto
maior o percentual destes gases oxidantes na mistura ou na forma pura, tanto maior
será a formação desses silicatos com consequente redução na eficiência de
deposição de metal.
Os gases de proteção também determinam o modo de transferência do metal e a
profundidade à qual a peça é fundida, ou seja a profundidade de penetração, figura
2.13. A transferência por aerossol não é obtida quando o gás de proteção é rico em
CO2. Por exemplo, misturas contendo mais que 18% CO2 não exibem uma
verdadeira transferência em aerossol. Até certo ponto, misturas até 30% CO2 podem
apresentar um arco com um aspecto semelhante ao aerossol a altos níveis de
corrente, mas são incapazes de manter a estabilidade do arco obtida com misturas
de menores teores de CO2. Os níveis de respingos também tenderão a aumentar
quando as misturas forem ricas em CO2, com impacto direto nos índices de
produtividade como eficiência de deposição e velocidade de soldagem e
consequentemente nos custos de soldagem.
Figura 2.13 – Comparação das penetrações dos cordões de solda em função
do gás de proteção (14)
A proteção do arco por argônio puro causa um arco irregular e uma tendência à
trinca de raiz. Adições de pequenas porcentagens de oxigênio ou CO2 produzem
notável melhora na estabilidade do arco e produzem soldas livres de trincas de raiz.
A quantidade ótima de oxigênio ou CO2 a ser acionada depende da condição da
superfície, geometria da junta, posição ou técnica de soldagem e da composição do
metal base.

32
O dióxido de carbono é um gás reativo grandemente utilizado na sua forma pura
para soldagem em aços carbono e baixa liga. É o único gás reativo utilizado sozinho
para proteção de soldas GMAW, GMAW – Arame Alma metálica (MCAW) e FCAW.
Altas velocidades de soldagem, grandes penetrações e baixo custo do gás são
características gerais que tem encorajado o uso do CO2.
A transferência pode ser por curto circuito ou globular. Com transferência globular, o
arco é rude com alto nível de respingo, o que exige utilização de práticas de
soldagem para minimizar estes fatores.
Adições de dióxido de carbono ao argônio podem melhorar a aparência do cordão
de solda. Adicionando-se de 1 a 9% de oxigênio ao gás melhora-se a fluidez da
poça se fusão, penetração e estabilidade do arco. Oxigênio também diminui a
corrente de transição. A tendência a trinca de raiz é reduzida, apesar de
considerável oxidação da solda ocorrer, com notável perda de sílica e manganês.
A figura 2.14 mostra os efeitos na geometria do cordão, quando são utilizados
gases e misturas diferentes de gases: Ar + 1 a 5% O2, 75% Ar + 25% CO2 e 100%
CO2 (9).
Figura 2.14 – Efeito do gás de proteção no perfil do cordão (9)
Misturas de Argônio com dióxido de carbono são utilizadas em aços carbono e baixa
liga e em menor extensão em aços inoxidáveis. Adições de dióxido de carbono
acima de 25% aumentam a corrente de transição, aumentam perda de respingos,
aumentam a penetração e diminuem a estabilidade do arco. Misturas de
Argônio/CO2 são primariamente utilizadas em aplicações com transferência de curto
circuito, mas também são utilizadas com spray e arco pulsado.

33
2.5- FONTES PARA SOLDAGEM
A soldagem a arco exige um equipamento (fonte de energia ou máquina de
soldagem) especialmente projetado para esta aplicação e capaz de fornecer tensões
e corrente cujos valores se situam, em geral, entre 10 e 40V e entre 10 e 1.200A,
respectivamente. Desde as últimas décadas do século passado, tem ocorrido um
vigoroso desenvolvimento (ou mesmo uma revolução) no projeto e construção de
fontes para soldagem associados com a introdução de sistemas eletrônicos para o
controle nestes equipamentos. Atualmente, pode-se separar as fontes em duas
classes básicas: (a) máquinas convencionais, cuja tecnologia básica vem das
décadas de 1950 e 60 (ou antes), e (b) máquinas "eletrônicas", ou modernas, de
desenvolvimento mais recente (décadas de 1970, 80, 90 e 2000). No Brasil, ainda a
grande maioria das fontes fabricadas são convencionais. Em países do primeiro
mundo, a situação é bastante diferente. No Japão por exemplo, desde a década de
80, as fontes fabricadas para os processos GTAW e GMAW são, na grande maioria,
tiristorizadas ou eletrônicas. Nos Estados Unidos, mais da metade das fontes
comercializadas para o processo GMAW são eletrônicas.
2.5.1- FONTES CONVENCIONAIS
As fontes de energia convencionais podem ser classificadas de diversas formas,
sendo que somente o tipo não caracteriza completamente uma máquina. Em
qualquer caso, entretanto, o controle da potência é realizado através da alteração da
resistência dos campos magnéticos.
Os seguintes grandes grupos são geralmente aceitos:
Máquinas Rotativas: nesses equipamentos, a potência é gerada pelo próprio
sistema, com seu ajuste realizado através de chaves, as quais reconectam
diferentes bobinas. Os tipos usuais, com suas principais características, são:
1. Gerador movido por motor elétrico: é produzida corrente contínua, com curvas
características tombante ou plana.

34
2. Gerador movido por motor a explosão interna: com corrente contínua, as
curvas características podem ser plana, tombante, ou de dois tipos. Naquele
que produz corrente alternada, a curva característica é somente tombante.
Máquinas Estáticas: neste caso, a potência é convertida, com o seu ajuste obtido
por variação da indutância, através de meios mecânicos, elétricos, eletrônicos, ou
alternando o acoplamento das bobinas. Os dois principais tipos e suas
características são:
1. Transformador: produz somente corrente alternada e sua característica é
tombante.
2. Retificador: quando produz corrente contínua, a curva característica pode ser
tombante, plana ou ambas.
Uma máquina de solda ainda pode ser classificada pelo seu ciclo de trabalho, no
qual a mesma, operando com corrente e tensão específicas, não sofre excessivo
aquecimento interno.
A compreensão destes fatores são importantes, pois levam a escolha de um
equipamento de soldagem adequado a necessidade de aplicação.
2.5.1.1- ALIMENTAÇAO ELÉTRICA DAS FONTES CONVENCIONAIS
Os equipamentos de soldagem quanto à sua alimentação elétrica podem ser
trifásicos ou monofásicos, corrente alternada com frequência de 50 e/ou 60 Hz. A
tensão de alimentação do equipamento deverá ser compatível com a tensão de
alimentação da rede.
Para que um equipamento seja trifásico ou monofásico, dependerá basicamente do
propósito quanto ao mercado alvo para sua aplicação, capacidade máxima de
corrente de soldagem, o processo de soldagem, entre outras considerações.

35
As Fontes Monofásicas, possuem aplicações mais comuns na de faixa de corrente
de soldagem até 200 A com baixo ciclo de trabalho (cerca de 25%), como pequenos
transformadores ou retificadores para o Processos Eletrodo Revestido, TIG e
também o MIG/MAG. São de concepção simples tornando o produto de baixo custo,
atendendo satisfatoriamente o seu mercado consumidor. Nos equipamentos TIG
AC/DC convencional, independente de sua capacidade serão sempre monofásicos.
As Fontes Trifásicas, são de construção mais elaborada, pois trabalham com um
sistema de alimentação que possui a vantagem de um fluxo de potência constante
em relação ao sistema Monofásico. De uma forma geral os equipamentos
retificadores de capacidades elevadas, a partir de 250A até fontes de 1000 A, faixa
esta de corrente de soldagem mais utilizada industrialmente, serão produtos de
alimentação trifásica.
É aconselhável consultar o Manual Técnico Operacional do Equipamento de
Soldagem. Nele estará contido todas as informações pertinentes ao produto,
inclusive as características de alimentação. A placa de identificação fixada no
equipamento, poderá também ser observada a informação quanto à sua ligação
entre outras informações de instalação. Nos equipamentos que estão desprovidos
do cabo de alimentação, neste caso, deverá necessariamente consultar o Manual
Técnico Operacional.
2.5.1.2- PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
As fontes de soldagem recebem uma alimentação elétrica da rede com
características específicas, figura 2.15, o qual, não atendem ao propósito da
soldagem. A energia de solda possui características de baixa tensão e alta corrente,
contudo a fonte de soldagem deverá conter elementos capazes para realizar tais
transformações na energia de alimentação, a fim de adequá-las.

36
Figura 2.15 – Esquema mostrando o princípio de alimentação elétrica das
fontes de soldagem (15)
O transformador contido nas fontes de soldagem é o principal elemento que isola a
energia de alimentação da energia de soldagem, ele também faz a primeira
transformação da energia. Seu projeto está em função da potência que o
equipamento deverá dispor e da frequência de alimentação da corrente alternada.
Por ser um elemento de alta potência, os transformadores de solda possuem um
aquecimento natural em todo bobinamento. Os fabricantes conferem ao
transformador classes de isolamento térmico, para que não sejam comprometidas as
bobinas do primário e secundário.
O sistema de exaustão (ventilação forçada) é de extrema importância, pois, ajuda a
dissipar e controlar o aquecimento nos componentes internos de potência de uma
fonte de soldagem, porem pode indicar um equipamento sub-dimenssionado.
2.5.1.3- FONTE DE SOLDAGEM - TRANSFORMADOR
As Fontes de Soldagem do tipo Transformador, são utilizadas desde 1920. Foi
inventado por Holslag, que também idealizou a onda quadrada da corrente
alternada, na intenção que o arco elétrico ficasse mais estável. Naquela época a
utilização do processo de Eletrodo Revestido era muito utilizado e este tipo de

37
equipamento associou-se muito bem ao processo, ficando igualmente popular sua
aplicação.
O princípio de funcionamento das fontes de soldagem do tipo transformador,
encontra-se representado na figura 2.16.
Figura 2.16 – Fontes de soldagem do tipo transformador (15)
Os transformadores de soldagem são ditos abaixadores de tensão, isto porque a
tensão de saída é menor que a tensão de entrada, devido às características da
energia de solda.
Para que o equipamento possua uma regulagem variável da energia de solda, é
necessário variar também o campo magnético a partir do secundário do
transformador, a figura 2.17 mostra os métodos mais comuns de variação por
acionamento mecânico.

Figura 2.17 – Variações
Método 1: colocando-se um resistor em série na saída do secundário com ajuste por
diferentes posições.
Método 2: através de uma chave comutadora por “tape”, diretamente na saída do
secundário.
Método 3: introduzindo um reator variável no circuito secundário.
Método 4: movimentando o secundário ou primário um em relação ao outro através
de um fuso roscado.
Método 5: movimentando o
roscado.
Método 6: colocando-se um
entre o primário e o secundário.
Variações dos transformadores de soldagem
se um resistor em série na saída do secundário com ajuste por
através de uma chave comutadora por “tape”, diretamente na saída do
introduzindo um reator variável no circuito secundário.
movimentando o secundário ou primário um em relação ao outro através
movimentando o núcleo de um reator secundário através de um fuso
se um núcleo com variação mecânica através de um fuso
entre o primário e o secundário.
38
dos transformadores de soldagem (15)
se um resistor em série na saída do secundário com ajuste por
através de uma chave comutadora por “tape”, diretamente na saída do
introduzindo um reator variável no circuito secundário.
movimentando o secundário ou primário um em relação ao outro através
de um reator secundário através de um fuso
com variação mecânica através de um fuso

39
Os problemas mais comuns dos equipamentos por acionamento mecânico é a
vibração no conjunto, provocando folgas indesejáveis no acionamento, deixando o
ajuste do manípolo sem precisão e consequentemente a estabilidade do arco
elétrico será comprometida. As regulagens por controles elétricos, tais como, os
reostatos e os potenciômetros eliminam partes móveis e facilitam a regulagem
remota dos parâmetros elétricos (corrente e tensão) da soldagem.
As fontes de soldagem do tipo Transformador são monofásicos e fornecem energia
de solda em corrente alternada (AC), sendo também de fácil manutenção e de baixo
custo, fatores que o tornaram bastante atrativos. O uso da corrente alternada reduz
o efeito do sopro magnético no arco elétrico, mas o numero limitado de eletrodos
que trabalham com corrente alternada o impedem de serem aplicados com mais
frequência na indústria.
2.5.1.4- FONTE DE SOLDAGEM - RETIFICADOR
O primeiro retificador foi construído em 1930, conforme mostra a figura 2.18. Estas
fontes são comumente chamadas de retificadores, devido a um elemento muito
importante denominado de Ponte Retificadora, formada basicamente de diodos que
possuem um elemento semicondutor (silício), que retifica a corrente alternada
proveniente do secundário do transformador, em corrente contínua retificada.
Figura 2.18 – Primeiro retificador (15)

A figura 2.19 mostra em
respectivas partes.
Figura 2.19 – Diodo de silício montado e com suas respectivas partes
A figura 2.20 mostra as formas de retificação em um circuito elétrico, a partir da
alimentação monofásica ou trifásica da corrente alternada.
Figura 2.20 – Formas de retificação em um circuito elétrico
Verificamos que a retificação simples (figura 2.
meia-onda, permite somente a retificação da metade de cada ciclo senoidal da
mostra em sequencia um diodo de silício montad
Diodo de silício montado e com suas respectivas partes
mostra as formas de retificação em um circuito elétrico, a partir da
alimentação monofásica ou trifásica da corrente alternada.
Formas de retificação em um circuito elétrico
Verificamos que a retificação simples (figura 2.20–a), conhecido como retificador de
onda, permite somente a retificação da metade de cada ciclo senoidal da
40
um diodo de silício montado e com suas
Diodo de silício montado e com suas respectivas partes (15)
mostra as formas de retificação em um circuito elétrico, a partir da
Formas de retificação em um circuito elétrico (15)
a), conhecido como retificador de
onda, permite somente a retificação da metade de cada ciclo senoidal da

41
corrente alternada monofásica. Esta retificação simples não tem aplicação para
soldagem.
Outra forma de retificação, ainda na corrente alternada monofásica, é a utilização de
uma ponte retificadora com quatro diodos (figura 2.20–b). A retificação será de onda
completa, melhorando sua qualidade, mesmo assim filtros capacitores e indutores
deverão ser utilizados para melhorar a condição mais plana desta retificação.
A retificação dos circuitos trifásicos, apresentam uma considerável melhoria da
corrente retificada, utilizando-se os mesmos princípios do circuito monofásico,
conforme mostra na (figura 2.20–c e d).
2.5.1.5- CURVAS CARACTERÍSTICAS
2.5.1.5.1- CARACTERÍSTICA ESTÁTICA DAS FONTES
O funcionamento de uma fonte de energia depende fundamentalmente de suas
características estáticas e dinâmicas. Ambas afetam a aplicabilidade do fonte para
um dado processo de soldagem e a sua estabilidade, mas de uma forma diferente.
Características estáticas se relacionam aos valores médios de corrente e tensão de
saída da fonte determinados, em geral, pela aplicação de uma carga resistiva.
Para a fonte regulada em uma dada condição, as suas características estáticas
podem ser representadas na forma de uma curva característica estática obtida
através de testes com diferentes cargas resistivas. Alterando-se a regulagem da
fonte alteram uma nova curva característica pode ser obtida. Exemplos destas
curvas são, algumas vezes, publicados pelo fabricante no manual de sua fonte.
Com base na forma de suas curvas características, uma fonte convencional pode
ser classificada como de corrente constante ou de tensão constante.

42
Quando a soldagem é realizada manualmente, em processos tais como SMAW,
PAW e GTAW, onde o soldador controla manualmente o comprimento do arco é
impossível manter um preciso controle sobre este comprimento. Portanto para que
não ocorra excessiva alteração na corrente de soldagem, a curva estática da fonte
deve ser do tipo “corrente constante” (ou tombante), tal como ilustrado na figura
2.21.
Figura 2.21 – Característica estática de fonte de corrente constante (15)
Fontes com característica de pequenas alterações na tensão e grandes flutuações
da corrente são denominadas de tensão constante. Conforme a figura 2.22,
considerando o comprimento inicial do arco, é grande o efeito sobre a corrente,
quando esse comprimento aumenta, ou diminui, pois altera a tensão. Fontes de
tensão constante permitem grandes variações de corrente em resposta a mudanças
do comprimento do arco durante a soldagem Este comportamento permite o controle
do comprimento do arco por variações da corrente de soldagem (e, portanto, da taxa
de fusão do arame) em processos de soldagem nos quais o arame é alimentado
com uma velocidade constante, por exemplo, nos processos GMAW e SAW.
Figura 2.22 – Característica estática de fonte de tensão constante (15)

43
Nas fontes convencionais de característica plana, sempre existe uma pequena
declividade, que denominamos como sloper, tipicamente 2 V por cada 100 A,
causada pela impedância interna do circuito e conexões. A figura 2.23 mostra esta
curva.
Figura 2.23 – Declividade nas fontes convencionais de característica plana –
sloper (15)
É importante considerar que esta declividade seja fator para melhorar a estabilidade
do arco elétrico, sendo recomendado as seguintes declinações:
1. Declividade de 1,5 a 2V por cada 100 A: para MIG gás inerte na soldagem em
spray, arco submerso ou eletrodo tubular de grande diâmetro.
2. Declividade de 2 a 3V por cada 100 A: para processo MAG (CO2) ou eletrodo
tubular de pequeno diâmetro.
3. Declividade de 3 a 4V por cada 100 A: para processo com transferência por
curto-circuito.
Este tipo de curva característica é geralmente utilizado em processos nos quais o
eletrodo (arame) é continuamente alimentado, porque mantém o comprimento do
arco constante, apesar das possíveis flutuações que o mesmo possa sofrer.

44
2.5.1.5.2- CARACTERÍSTICA DINÂMICA DAS FONTES
Características dinâmicas de uma fonte envolvem as variações transientes de
corrente e tensão associadas com as diversas mudanças que ocorrer durante o
processo de soldagem. Estas variações podem envolver intervalos de tempo muito
curtos, por exemplo da ordem de 10-3
s, sendo, portanto, de caracterização mais
difícil do que as características estáticas. As características dinâmicas são
importantes, em particular, (1) na abertura do arco, (2) durante mudanças rápidas
de comprimento do arco, (3) durante a transferência de metal através do arco e (4),
no caso de soldagem com corrente alternada, durante a extinção e reabertura do
arco a cada meio ciclo de corrente. As características dinâmicas das fontes são, em
geral, afetadas por (1) dispositivos para armazenamento temporário de energia
como bancos de capacitores ou bobinas de indutância, (2) controles
retroalimentados em sistemas regulados automaticamente e (3) mudanças
dinâmicas no formato e na frequência de saída da fonte. As duas últimas formas de
controle das características dinâmicas não são usadas em fontes convencionais,
sendo típicas de fontes com controle eletrônico.
Um controle relacionado com as características dinâmicas do processo e importante
em fontes para a soldagem GMAW é o da indutância da fonte. Na soldagem com
transferência por curto-circuito, este controle permite ajustar as velocidades de
subida da corrente elétrica durante o curto circuito e de sua redução ao término
deste. Estas velocidades afetam de forma importante as condições de transferência
e a estabilidade do processo. A figura 2.24 mostra um gráfico do tempo de resposta
em função das variações da corrente de soldagem para fontes convencionais de
tensão constante e corrente constante.

45
Figura 2.24 – Característica dinâmica de uma fonte de tensão constante, a
esquerda e corrente constante a direita (16)
2.5.2- FONTES COM CONTROLE ELETRÔNICO
Fontes convencionais estáticas (transformadores e transformadores-retificadores)
dependem de sistemas mecânicos ou elétricos para o controle e ajuste de sua
saída. Estas fontes pouco mudaram nos últimos quarenta ou cinquenta anos. Estes
equipamentos têm, em geral, um formato fixo de sua curva característica, velocidade
de resposta baixa (da ordem de 10-1s), insuficiente para controlar diversos eventos
que ocorrem no arco e na transferência de metal, além de serem de difícil interação
com sistemas digitais de controle. A partir da década de 1960 e, de forma
importante, nas décadas de 1980 e 1990, novos conceitos foram introduzidos no
projeto e fabricação de fontes de energia para soldagem. Estes conceitos têm em
comum a introdução de dispositivos eletrônicos, muito mais versáteis e rápidos, para
o controle da saída da fonte.
Em comparação com as fontes convencionais, as fontes com controle eletrônico
são caracterizadas por:
1. Desempenho superior, isto é, apresentam resposta dinâmica e
reprodutibilidade muito superiores às fontes convencionais.
2. Funções múltiplas: A elevada velocidade de resposta, juntamente com as
características de funcionamento dos tipos mais modernos de fonte permitem
simular, em uma única fonte, diferentes curvas características. Dependendo
de suas características, particularmente de seu sistema de controle, o
equipamento pode mudar a sua saída, inclusive o tipo de sua curva

46
característica durante a operação de forma a responder, por exemplo, a
eventos que estejam ocorrendo no arco.
3. Conexão mais fácil com equipamentos periféricos e capacidade de ser
programada: O controle eletrônico permite que a fonte troque sinais com
sensores externos, microprocessadores internos, computadores, robôs, etc.
Condições de soldagem “otimizadas” ou regras preestabelecidas para a
seleção de parâmetros de soldagem podem ser armazenadas em alguma
forma de memória eletrônica e usadas para definir a operação do
equipamento. Esta capacidade permitiu o desenvolvimento de fontes que
podem ser operadas através de um único controle básico, as fontes
conhecidas como “one-knob machines”.
4. Redução de peso e dimensões: A introdução, na década de 1980, de fontes
inversoras (ver abaixo) levou a uma grande redução nas dimensões do
transformador devido ao uso de corrente alternada de alta frequência. Como
o transformador é a maior parte de uma fonte convencional, isto permitiu uma
grande redução no tamanho da fonte.
5. Maior custo e manutenção mais complexa.
Existe uma série de diferentes projetos de fontes que podem ser classificadas como
eletrônicas. As formas mais conhecidas são:
A. Fontes tiristorizadas
B. Fontes transistorizadas
• em série (Series regulators);
• chaveadas no secundário (Choppers);
• inversoras (Inverters) ou chaveadas no primário.

47
2.5.2.1- FONTES TIRISTORIZADAS
Tiristores, ou retificadores controlados de silício (SCR), podem ser considerados
como diodos chaveados. A condução de corrente no sentido permitido (isto é,
aquele de baixa resistência elétrica) do SCR só se inicia quando um pequeno sinal é
enviado a uma conexão adicional do dispositivo conhecida como gatilho (em inglês:
“gate”). Uma vez disparado, o dispositivo continua a conduzir a corrente até que
esta se anule ou o seu sentido se inverta. SCR’s podem ser usados em substituição
aos retificadores comuns após o transformador de uma fonte de corrente contínua.
Para regular a saída desta fonte, o momento de disparo do gatilho é controlado a
cada meio ciclo de corrente, figura 2.25. Assim, para se obter uma corrente
relativamente pequena com este sistema, é necessário retardar bastante o disparo
do gatilho, o que pode tornar a saída da fonte muito distorcida. Esta problema é
minimizado pelo uso de alimentação trifásica e de filtros na forma de capacitores ou
indutores. Estes últimos reduzem a velocidade de resposta da fonte.
Figura 2.25 – Diagrama esquemático de uma fonte tiristorizada monofásica e
Efeito do tempo de disparo do tiristor na forma de onda da corrente de saída
(17)
As vantagens do controle por SCR são a sua simplicidade, robustez e a
possibilidade de controle da saída da fonte com pequenos sinais eletrônicos. A
velocidade de resposta do sistema é limitada pela necessidade da corrente se anular
antes do gatilho poder ser novamente disparado e para se reiniciar a passagem de
corrente. Assim, o menor tempo de resposta que pode ser esperado com este
sistema é de cerca de 3 a 9ms. Mesmo com a possibilidade de distorção da saída e
a baixa velocidade de resposta, é possível obter fontes tiristorizadas de desempenho

48
muito superior que as convencionais. Em particular, é possível compensar a saída
da fonte contra possíveis variações na rede através do uso de retroalimentação.
Controle tiristorizado tem sido utilizado em fonte para soldagem SMAW com corrente
contínua, GMAW, GTAW pulsado ou com corrente alternada quadrada e para
soldagem SAW.
2.5.2.2- FONTES TRANSISTORIZADAS ANALÓGICAS
O transistor é um dispositivo eletrônico cuja saída é controlada através do ajuste de
uma pequena corrente passando através de uma de suas conexões (a “base”). O
seu funcionamento pode ser explicado através de um sistema hidráulico análogo no
qual a passagem de água no duto principal é controlada por uma válvula acionada
por uma pequena vazão de água em um duto secundário (a base), figura 2.26.
Figura 2.26 – Sistema hidráulico de funcionamento análogo a um transistor de
potência. (a) Corrente da base (Ib) nula, circuito principal interrompido. (b)
Corrente da base pequena, corrente principal (I) proporcional a Ib. (c) Ib acima
de seu valor de saturação Isat, corrente principal passa livremente (17)
Dependendo do valor da corrente na base e da forma de sua variação, o transistor
pode operar de uma forma análoga a uma resistência variável ou a uma chave liga-
desliga. O primeiro caso ocorre quando Ib é mantida entre zero e Isat, figura 2.26b.
O segundo caso ocorre quando somente dois valores de Ib são usados (0 e Isat),
figura 2.26 a e c.
Em uma fonte de energia analógica, um banco de transistores operando em série
com um transformador-retificador controla continuamente a saída da fonte através
de uma corrente de base menor que o seu valor de saturação. Normalmente, um
a) b) c)

49
sistema de controle por retroalimentação é incorporado para garantir a estabilização
da saída, figura 2.27.
Figura 2.27 – Princípio de funcionamento de uma fonte transistorizada
analógica (17)
As características marcantes das fontes analógicas são a sua capacidade de reagir
de forma muito rápida (tempos de resposta da ordem de microsegundos) e a sua
saída praticamente isenta de ruídos. As maiores desvantagens destas fontes são a
sua baixa eficiência e elevado custo. A baixa eficiência resulta do modo de
funcionamento do transistor, similar a uma resistência variável. Assim, uma fração
razoável da energia consumida pela fonte é dissipada nos transistores que, portanto,
necessitam, na maioria das aplicações, de sistemas de resfriamento com água. O
alto custo do equipamento resulta do numero de transistores usados, da
necessidade destes serem balanceados e do necessidade de um sistema de
resfriamento. As características deste tipo de fonte são mais adequadas para
pequenas fontes de alta precisão para fontes a serem usadas em laboratório e
centros de desenvolvimento e pesquisa.
2.5.2.3- FONTES TRANZISTORIZADAS CHAVEADAS
Nas fontes chaveadas, os transistores trabalham como chaves, que são abertas e
fechadas a uma elevada velocidade. Desta forma, a saída da fonte é controlada pela
razão dos tempos em que os transistores permanecem abertos ou fechados, figura
2.28.

Figura 2.28 – Técnicas de modulação para controle da saída. a) Modulação da
frequência b) Controle da largu
Embora o circuito básico destas fontes seja muito sim
2.29), a utilização dos transistores no modo chaveado permite um grande aumento
na eficiência da fonte e, assim, a utilização de resfriamento ao ar. A maio
permite também uma construção mais simples, com menor
o que reduz o preço da fonte. O processo de chaveamento gera um ruído na saída
do equipamento, mas, se a
esse ruído não tem nenhum efeito negativo no processo.
chaveamento de 5 a 200 kHz podem ser usadas.
Figura 2.29 – Princípio de funcionamento de uma fonte transistorizada
chaveada (17)
Técnicas de modulação para controle da saída. a) Modulação da
b) Controle da largura do pulso (17)
Embora o circuito básico destas fontes seja muito similar ao das anteriores (figura
), a utilização dos transistores no modo chaveado permite um grande aumento
na eficiência da fonte e, assim, a utilização de resfriamento ao ar. A maio
permite também uma construção mais simples, com menor numero de transistores,
do equipamento, mas, se a frequência de chaveamento for suficientemente elevada,
ruído não tem nenhum efeito negativo no processo.
chaveamento de 5 a 200 kHz podem ser usadas.
Princípio de funcionamento de uma fonte transistorizada
50
Técnicas de modulação para controle da saída. a) Modulação da
ilar ao das anteriores (figura
), a utilização dos transistores no modo chaveado permite um grande aumento
na eficiência da fonte e, assim, a utilização de resfriamento ao ar. A maior eficiência
mero de transistores,
de chaveamento for suficientemente elevada,
ruído não tem nenhum efeito negativo no processo. Frequências de
Princípio de funcionamento de uma fonte transistorizada

51
A velocidade de resposta da fonte também depende da frequência de chaveamento.
Fontes com alta velocidade de chaveamento são capazes de responder em poucos
microsegundos, sendo significantemente mais rápidas do que as fontes
convencionais.
2.5.2.4- FONTES INVERSORAS
Os tipos de fontes apresentados acima usam um transformador convencional para
reduzir a tensão da rede até o valor requerido para a soldagem. Este transformador
opera na mesma frequência da rede (50/60 Hz). As fontes inversoras trabalham com
um transformador muito menor, o que é possível quando a frequência da corrente
alternada é grandemente elevada, melhorando, assim, a eficiência do transformador.
A figura 2.30 ilustra o funcionamento básico de uma fonte inversora.
Figura 2.30 – Princípio de funcionamento de uma fonte inversora (17)
Numa fonte inversora, a corrente alternada da rede é retificada diretamente e a
corrente contínua de tensão elevada é convertida corrente alternada de alta
frequência (5000 a 200.000 Hz) através de um sistema de transistores, o inversor,
colocado antes do transformador (isto é, no circuito primário). Devido à sua elevada
frequência, um transformador de pequenas dimensões pode ser usado
eficientemente para reduzir a tensão. A saída da fonte é controlada atuando-se no
inversor. A velocidade de resposta é bastante elevada, dependendo, dentre outros
fatores, da frequência de operação do inversor. A saída do transformador é
novamente retificada para a obtenção da corrente de soldagem contínua. Reatores
ou capacitores são usados para reduzir o nível de ruídos da fonte. A figura 2.31

52
compara a velocidade de subida da corrente durante a abertura do arco com uma
fonte tiristorizada e com uma fonte inversora e ilustra a maior velocidade de resposta
das fontes transistorizadas.
Figura 2.31 – Comparação da velocidade de subida da corrente na abertura do
arco para uma fonte tiristorizada e uma fonte inversora. Intervalo entre traços:
10ms2
(17)
A elevada frequência da corrente no transformador permite, nas fontes inversoras,
um grande potencial de redução do consumo de energia elétrica. O controle da fonte
no primário permite também uma grande redução na dissipação de energia quando
a fonte está operando em vazio.
2.5.2.5- FONTES ELETRÔNICAS PULSADAS
O desenvolvimento da tecnologia de arco pulsado foi feita no início da década de 60
na Inglaterra pelo Instituto de Soldagem (TWI- The Welding Institute) com objetivo
de soldar alumínio com gás de proteção argônio, sendo Needham referenciado
como o seu inventor por Norrish (13).
As fontes pulsadas controlam a transferência do metal de solda através do controle
da forma de onda da corrente de soldagem (energia) em uma certa frequência. O
pulsado une as vantagens da transferência por spray, mas em níveis menores de
corrente média, permitindo a sua utilização em chapas finas e a soldagem em todas
as posições, pois trabalha em nível de alta energia na faixa de corrente para
transferência do metal por spray e um nível de baixa energia como transferência por

curto-circuito, para controlar a energia durante do processo e provocar um
transferência controlada sem respingos.
No pulsado existem dois níveis de corrente, uma acima da corrente de transição
(corrente de pico) que atua em um intervalo de tempo (tempo de pico
abaixo da corrente de transição (corrente de base
tempo (tempo de base). O destacamento da gota formada na ponta do arame ocorre
quando se sobrepõe a corrente de pico. O diâmetro da gota é apro
mesmo do eletrodo, figura 2.
Figura 2.
As condições de transferência de metal depende fortemente dos parâmetros de
pulsação da corrente, particularmente do valor da corrente e da duração do pulso
(corrente e tempo de pico). As melhores condições de transferência são
conseguidas quando um, e apenas uma gota
cada pulso de corrente. Esta condição é conseguida apenas para valores definidos
da corrente e do tempo de pico que dependem da composição e diâmetro do
eletrodo e da composição do gás de
circuito, para controlar a energia durante do processo e provocar um
ia controlada sem respingos.
(corrente de pico) que atua em um intervalo de tempo (tempo de pico
abaixo da corrente de transição (corrente de base, Ib) que atua em
quando se sobrepõe a corrente de pico. O diâmetro da gota é apro
mesmo do eletrodo, figura 2.32.
Figura 2.32 – Transferência pulsada
de transferência de metal depende fortemente dos parâmetros de
conseguidas quando um, e apenas uma gota de metal de adição é transferida para
eletrodo e da composição do gás de proteção entre outros fatores
53
circuito, para controlar a energia durante do processo e provocar um
(corrente de pico) que atua em um intervalo de tempo (tempo de pico, Ip) e outro
) que atua em um intervalo de
quando se sobrepõe a corrente de pico. O diâmetro da gota é aproximadamente o
de transferência de metal depende fortemente dos parâmetros de
de metal de adição é transferida para
proteção entre outros fatores, figura 2.33.

54
Figura 2.33 – Diagrama esquemático de uma onda do tipo corrente pulsada e
transferência do metal esquemático (13)
Selecionar estes valores definidos da corrente e do tempo de pico que dependem da
composição e diâmetro do eletrodo e da composição do gás de proteção entre
outros fatores. Selecionar estes valores e outros parâmetros importantes para uma
dada aplicação tende a ser complexo e, em geral, inviável com equipamentos
convencionais. O desenvolvimento das fontes controladas eletronicamente
(sinérgicas) permitiu uma revolução nos métodos de controle utilizados na soldagem
pulsada que, em última análise viabilizaram a sua aplicação industrial.
Foram desenvolvidos novos softwares para oferecer maior estabilidade e
manutenção do comprimento do arco (sistema adaptativo ou proativo). Alguns
equipamentos com opção de arco pulsado otimizado permitem soldas com excelente
conforto operacional, que vem atender a reclamação dos soldadores quanto ao arco
muito longo que limita o controle da poça de fusão em equipamentos convencionais,
veja mais detalhes na seção 2.2.3 – Controle Adaptativo.
2.5.2.6- FONTES ELETRÔNICAS SINÉRGICAS
Em sistemas com fontes eletrônicas, a velocidade de variação da corrente de
soldagem pode ser determinada e controlada pelo sistema de controle da fonte,
sendo possível utilizar velocidades diferentes para o aumento e a redução de
corrente e ou variáveis de acordo com a condição de operação. O desenvolvimento
das fontes controladas eletronicamente permitiu uma revolução nos métodos de
controle utilizados nos processos de soldagem.

55
A primeira aplicação prática deste conceito ficou conhecida como soldagem MIG
Sinérgica. Esta forma de operação da soldagem GMAW foi desenvolvida no The
Welding Institute (TWI - Inglaterra) na década de 60 para a soldagem GMAW com
corrente pulsada, onde as condições de transferência de metal dependem
fortemente dos parâmetros de pulsação da corrente, particularmente do valor da
corrente e da duração do pulso (corrente e tempo de pico). As melhores condições
de transferência são conseguidas quando um, e apenas uma, gota de metal de
adição é transferida para cada pulso de corrente. Esta condição é conseguida
apenas para valores definidos da corrente e do tempo de pico que dependem da
composição e diâmetro do eletrodo e da composição do gás de proteção entre
outros fatores. Selecionar estes valores e outros parâmetros importantes para uma
dada aplicação tende a ser complexo e, em geral, inviável com equipamentos
convencionais. O recurso sinérgico inicialmente desenvolvido englobava um grupo
de técnicas de controle através das quais o valor e a estrutura da corrente pulsada
eram determinados com base no valor da velocidade de alimentação de arame
medida com um sensor, figura 2.34.
Figura 2.34 – O controle sinérgico (17)
Para isto, as regras para a seleção das condições de soldagem (“algoritmo
sinérgico”) ficavam armazenadas na máquina de soldagem as quais, uma vez
estabelecidos o material e diâmetro do eletrodo e o tipo de gás de proteção,
determinariam as condições de soldagem com base na velocidade de alimentação
do arame. Desta forma, pôde-se conceber um equipamento com ajuste em um

56
controle único ("one-knob machine") aliviando o operador da necessidade de
especificar as condições de pulsação da corrente.
O uso do termo “soldagem MIG sinérgica” foi estendido e hoje engloba diferentes
sistemas baseados na medida de outras variáveis de soldagem além da velocidade
de alimentação de arame, bem como para outras formas de operação como a
soldagem com transferência por curto-circuito, chamado de curto-circuito controlado.
Para esta forma de transferência, fontes eletrônicas com controles adequados
podem responder e controlar as diversas etapas da transferência (por exemplo, o
início e o término do curto circuito) e, em alguns sistemas, sincronizar estas com
alterações na velocidade de alimentação do arame alterando profundamente o
processo e permitindo uma operação com esta forma de transferência virtualmente
livre de respingos.
A figura 2.35 ilustra o recurso sinérgico envolvido na transferência metálica tipo curto
(Regulated Metal Deposition) da empresa Miller Electric
Mfg. Co. Este recurso sinérgico procura harmonizar os dois principais efeitos
atuantes na transferência metálica por curto-circuito: a força devido à tensão
superficial e as forças eletromagnéticas, garantindo que o contato entre a gota
metálica e a poça de fusão ocorra em baixo nível de corrente, no fornecimento de
uma corrente responsável pela transferência da gota, e na redução de corrente
antes que a ponte metálica se rompa e a gota se transfira.
Figura 2.35 – Representação esquemática de transferência sinérgica por curto
(18)

57
A figura 2.36 também ilustra o recurso sinérgico de soldagem pulsada chamada
ProPulseTM
que fornece um menor comprimento de arco, com cone de arco mais
estreito e menos aporte térmico quando comparado com a transferência pulsada
tradicional. Uma vez que o processo é sinérgico, a variação na tensão do arco e
variações nas distâncias do stickout são praticamente eliminadas. Isso fornece
controle mais fácil da poça em posição e fora de posição de soldagem, reduzindo o
tempo de formação do soldador. Neste tipo de curva a transferência da gota se da
no modo de tensão constante enquanto as tradicionais são no modo corrente
constante. O processo melhora a fusão e enchimento da poça de fusão, permitindo
maior deposição e altas velocidades de soldagem.
Figura 2.36 – Representação esquemática de transferência sinérgica pulsada
ProPulseTM
(18)
2.5.3- CONTROLE ADAPTATIVO
Este termo é, na realidade, extremamente genérico e engloba diferente técnicas que
envolvem a medição, durante a soldagem, de diferentes sinais, tais como a corrente,
tensão, nível de luminosidade ou de ruídos do arco e o perfil ótico ou acústico da
poça de fusão. Estes sinais são processados, interpretados em termos de
características do processo e enviadas para o sistema de controle. O resultado
obtido em um determinado instante é comparado com um resultado esperado e
diferenças são corrigidas através de mudanças nos parâmetros de operação
baseadas em algum modelo teórico ou empírico. Em princípio, diversas variáveis do
processo (comprimento do arco, velocidade de soldagem, orientação da tocha,

58
velocidade do arame, posicionamento ao longo da junta, controle da fusão,
enchimento da junta, formação de defeitos, etc.) podem, em princípio, ser ajustadas
desta forma. No limite, pode se cogitar no desenvolvimento de um sistema
automático de soldagem capaz de realizar várias das intervenções que um soldador
realiza intuitivamente, alterando a velocidade de soldagem e a posição da tocha,
para controlar a formação do cordão de solda.
A PipePro 450 RFC da Miller Electric Mfg. Co. que será utilizada nos testes
comparativos proposto neste trabalho possui o recurso sinérgico de transferência
pulsada adaptativo ProPulseTM
e o recurso sinérgico de curto circuito controlado
adaptativo RMDTM
que monitora e re-alimenta o sistema, assim permitindo ajustes à
condição instantânea, respondendo a oscilações impostas ao processo de
soldagem.
Alguns sistemas já foram sugeridos, nos quais monitoração em tempo real de alguns
aspectos do processo pode ser utilizada para o controle das condições de soldagem
e o acompanhamento da junta. Entre as técnicas de monitoração utilizadas podem-
se citar, por exemplo, a monitoração através de parâmetros do arco, sensores
indutivos e o emprego de métodos óticos.
2.6- PRINCIPAIS VARIAVEIS DO PROCESSO
A seguir são apresentadas algumas variáveis que afetam a penetração da solda, a
geometria do leito e consequentemente as qualidades globais da solda.
O Conhecimento e controle destas variáveis são essenciais para a obtenção de
soldas de qualidade satisfatória. Estas variáveis não são completamente
independentes e mudanças em uma delas requerem mudanças em uma ou mais
das outras para produzir os resultados desejados. Habilidade considerável e
experiência podem ser necessárias para seleção de parâmetros para cada
aplicação. Os valores ótimos são afetados pelo tipo de metal de base, pela
composição do eletrodo, pela posição de soldagem e pelos requisitos de qualidade.

59
Então, não há uma mudança única nos parâmetros que leve a um resultado ótimo
em cada caso.
Corrente de Soldagem
A corrente de soldagem é proporcional a velocidade de alimentação do arame para
um determinado diâmetro, composição e extensão do eletrodo. Se as outras
variáveis forem mantidas constantes, para um determinado diâmetro de eletrodo, o
aumento da corrente de soldagem irá provocar: aumento da taxa de deposição do
eletrodo, aumento da penetração e um cordão de solda convexo com aparência ruim
para aumentos excessivos da corrente. A corrente de soldagem é aumentada ou
diminuída através da variação da velocidade de alimentação do eletrodo. Para uma
taxa de alimentação a corrente vai variar em função do comprimento do eletrodo.
Aumentado a extensão do eletrodo, a corrente de soldagem tende a diminuir e vice-
versa.
Tensão de Soldagem
A tensão do arco e o seu comprimento estão diretamente relacionados. A aparência,
penetração e propriedades do cordão de solda obtido podem ser afetadas pela
tensão do arco. Altas tensões (comprimento de arco maior) podem resultar
respingos excessivos e contorno irregular do cordão de solda. Tensões baixas (arco
menor) resultarão em uma superfície estreita, excesso de respingos e redução de
penetração.
Extensão do Eletrodo
Extensão do eletrodo é seu o comprimento não fundido a partir do bico de contato.
Aumento na extensão do eletrodo tende a aumentar a temperatura do eletrodo
devido ao efeito Joule. A temperatura do eletrodo afetará a taxa de deposição e a
penetração.

60
Vazão do Gás de Proteção
Na soldagem com proteção gasosa, a vazão do gás é uma variável que afeta
diretamente na qualidade do metal depositado. Vazão inadequada propiciará pouca
proteção da poça de fusão e consequentemente ocorrência de poros e oxidação.
Vazão excessiva de gás resultará em turbulência e aumento de impurezas no metal
depositado. A escolha correta da vazão do gás dependerá do tipo e diâmetro do
bocal da tocha, distância do bocal até a peça de trabalho e correntes de ar durante a
soldagem.
Velocidade de Soldagem
A velocidade de soldagem influencia na penetração e contorno do cordão. Para altas
velocidades de soldagem a penetração é baixa. Baixas velocidades tem como
consequência e baixa penetração pois o excesso da poça de fusão funciona como
um refratário ao arco elétrico. Existe uma faixa de velocidade de soldagem
adequada para cada ajuste dos parâmetros da máquina.
Inclinação da Tocha
Esta é outra variável que tem influência sobre a penetração de solda. Na soldagem à
esquerda (Empurrando), aponta-se o cordão para o metal de base frio, causando
com isto cordões mais largos, achatados e de menor penetração. Já quando na
soldagem à direita (Puxando), apontando-se para a poça de fusão os cordões são
mais estreitos, o reforço é mais convexo, o arco é mais estável e a penetração é
máxima, a figura 2.37 exemplifica essa variável.

61
Figura 2.37 – Influência da inclinação da tocha no perfil e penetração do
cordão de solda (11)
Sentido Positivo (Puxando a solda): Nesse sentido de soldagem, ocasiona uma
penetração profunda e cordão estreito.
Sentido Negativo (Empurrando a solda): A configuração do cordão de solda nesse
sentido o cordão é de baixa penetração e largo.
Sentido Neutro: A configuração do cordão de solda nesse sentido é de média
penetração como também a largura do mesmo.
Diâmetro do Eletrodo
O diâmetro do eletrodo influencia a forma do cordão de solda. Quanto maior o
diâmetro do arame, maior será a corrente necessária para a sua fusão. Correntes
grandes produzem fusão adicional do eletrodo e depósitos maiores e mais fluidos.
Altas correntes também originam altas taxas de deposição e grande penetração.
Entretanto nas posições vertical e sobre cabeça, menores diâmetros de arame são
utilizados com baixas correntes de soldagem.
Indutância
Variável que reduz a quantidade de respingos durante a transferência por curto
circuito.A indutância age sobre o pico de corrente de curto circuito, retardando o
tempo em que esta atinge o seu valor máximo. Desta maneira, o arco elétrico

62
reascende com menos violência reduzindo a quantidade de respingos como mostra
a figura abaixo.
2.7- INDICADORES DE PRODUTIVIDADE E CUSTOS EM SOLDAGEM
Tendo em vista o conceito de que produtividade é a relação entre os resultados
obtidos e recursos consumidos, e a definição de soldagem que diz que esse é o
processo que visa a união de duas ou mais peças, assegurando na junta a
continuidade das propriedades químicas e físicas, discutiremos a seguir como
relacionar esses dois conceitos. Veremos através deste estudo comparativo como
aumentar a produtividade no processo de soldagem, tornando-o mais eficiente
(tendo resultados satisfatórios utilizando a menor quantidade de recursos possível),
o que implica na diminuição de custos na produção, logo o aumento no lucro.
A solda (resultado obtido), como vimos, não pode ter suas propriedades químicas e
físicas alteradas, portanto o maior desafio é como diminuir o consumo dos recursos
sem que ocorra a diminuição da qualidade.
Entre os recursos consumidos durante a soldagem podemos citar o tempo, os
materiais (arame de solda, gás, disco abrasivo, anti-respingo, etc), equipamentos, e
principalmente a mão-de-obra, que segundo Paranhos, representa cerca de 80% do
custo da solda. Gerenciar tais recursos de modo a minimizá-los, leva à diminuição
de custos durante o processo (se a qualidade não for alterada). Dessa forma o
processo se tornará mais produtivo, já que os resultados obtidos permanecerão os
mesmos, e os gastos com os recursos serão minimizados (19).
Agora que já entendemos o que significa o que é aumentar a produtividade na
soldagem, veremos algumas maneiras de fazê-lo. Existem diferentes processos de
soldagem, cada qual com a sua particularidade, e eles apresentam diferentes
características, tais como a facilidade do manuseio, o custo, entre outros.
Seja qual for o processo que se use para obter a solda, um outro recurso
consumido, e de extrema importância é o recurso humano. Um soldador bem

63
qualificado, com desenvolvidas habilidades técnicas, boa capacitação profissional,
com personalidade adequada a esse tipo de trabalho, em muito pode elevar a
produtividade, já que ele evitará desperdícios, seja de tempo ou de material. A
experiência do soldador o ajudará quanto a escolha da posição de trabalho, a
corrente elétrica utilizada, a sequencia da solda, assim, muni-lo com os recursos
adequados certamente ajudarão no aumento de produtividade e redução de custos.
O processo deve ser o mais simples possível, o que diminuirá o nível de erros e
distensões e tensões residuais. É importante também destacar a importância da
limpeza durante o processo. A presença de gorduras, oleosidades, poeira, óxidos no
material a ser soldado pode gerar erros na solda, podendo até trincar a junta. Um
bom ambiente de trabalho, boas condições de trabalho aumentam a produtividade
do trabalhador, já que ele pode se concentrar melhor, e evita acidentes também.
O gerenciamento da soldagem inclui, portanto, fatores materiais e humanos.
Controlar esses fatores possibilita o controle dos resultados obtidos, logo o aumento
da produtividade.
A avaliação da produtividade de um sistema requer estudos, pesquisas e análises
sistemáticas de indicadores específicos.
Na soldagem a produtividade pode ser medida de acordo com os seguintes
indicadores: Taxas de deposição, cadência, rendimento, uso de materiais
adequados, etc.
2.7.1- INDICADORES DE PRODUTIVIDADE EM SOLDAGEM
Equação 2.1 - Tempo de Arco Aberto
O tempo de arco aberto é definido como o tempo efetivo que foi gasto para a
deposição da solda. Pode ser facilmente cronometrado, obtido de sistemas de

aquisição de dados acoplados a máquina de solda, como será realizado neste teste
ou obtido da própria maquina de solda caso ela possua esse r
Equação 2.2 - Velocidade De Alimentação Do Arame
É a velocidade com a qual o arame esta sendo alimentada durante a soldagem,
qualquer ajuste na corrente de soldagem implica em alteração não velocidade de
soldagem.
A velocidade de alimentação
sido regulada para as condições ao qual se deseja trabalhar ou realizar algum teste.
Após esse ajuste basta retirar uma amostra de arame de qualquer comprimento
superior a um e meio metro (1,5m) e ver qua
Equação 2.3 - Quantidade De Arame Consumida
É a quantidade de arame consumida durante a realização do(s) cordão(ões) de
solda. Pode ser obtida com um tacógrafo acoplado
diretamente da máquina de solda caso es
máquina de solda informe a velocidade de alimentação do arame e se não informar
a velocidade de alimentaç
Equação 2.4 – Densidade do Arame
ou obtido da própria maquina de solda caso ela possua esse recurso.
Velocidade De Alimentação Do Arame
velocidade com a qual o arame esta sendo alimentada durante a soldagem,
A velocidade de alimentação do arame deve ser obtida somente
superior a um e meio metro (1,5m) e ver quanto tempo se passou.
Quantidade De Arame Consumida
solda. Pode ser obtida com um tacógrafo acoplado a maquina de solda, obtida
diretamente da máquina de solda caso esta possua este recurso, calculado caso a
ação, pode ser medido conforme a equação
Densidade do Arame
64
ecurso.
velocidade com a qual o arame esta sendo alimentada durante a soldagem,
somente após a máquina ter
nto tempo se passou.
a maquina de solda, obtida
ta possua este recurso, calculado caso a
ão, pode ser medido conforme a equação abaixo.

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