O Papel do Pó de Ferro no Mecanismo na Deposição de Eletrodos Revestidos

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podem ocorrer, como:

• O metal fundido do eletrodo não é homogeneamente envolvido pelo fluxo fundido, sendo um agente de detrimento da qualidade da solda;

• Redução da estabilidade do processo e aumento de respingos;

• Surgimento de mordeduras, ocorrendo quando a solda não está na posição plana, como uma consequência do aumento da poça de fusão;

• Grandes crateras, aumentando o risco de trincas;

• Porosidade nas crateras;

• Aumento da distorção pelo aumento da energia imposta;

• Maior fadiga do soldador, suportando o efeito combinado de peso do eletrodo, dos cabos e porta-eletrodo, além do estresse por ter que controlar uma maior poça de fusão;

• A fadiga do soldador pode ainda conduzir a uma variação do comprimento do arco, levando a uma perda de qualidade do cordão de solda;

• Escorrimento de metal em soldagem na posição vertical.

Os fabricantes, cientes desses possíveis problemas, tentam balancear os benefícios e efeitos colaterais da adição de material metálico no revestimento. Assim, os eletrodos revestidos de alta eficiência contêm pós-metálicos em quantidades suficientes para aumentar os seus rendimentos de deposição sem agravar, exageradamente, os efeitos colaterais negativos.

É importante destacar que tradicionalmente rendimento de deposição para eletrodos revestidos é referenciado como valor nominal, ou seja, se trata da relação entre a quantidade de metal depositado e a massa de alma fundida, portanto, desconsiderando a massa do revestimento. Neste contexto, os valores de rendimento nominal de deposição podem chegar até 250%, mas requer um eletrodo com revestimento extremamente espesso, o que torna mais difícil não apenas o processo de soldagem (o uso do eletrodo), mas também o processo de fabricação dele. O pó de ferro no revestimento tem fator predominante para o aumento da taxa de deposição quando comparada com os outros elementos de liga presentes.

Mas é importante lembrar que a adição de ferro em pó puro no revestimento é economicamente inviável. Ferros liga, como Fe-Si, podem ser utilizados no processo de fabricação dos eletrodos, tornando-os mais baratos do que se utilizar ligas puras para se conseguir um incremento de ferro depositado (e no caso o Si age como desoxidante).

Os eletrodos de alta eficiência a base de pó de ferro, além da maior deposição metálica do que eletrodos ditos normais (sem pó de ferro), também se caracterizam pela possibilidade de utilização de correntes mais elevadas, já que a presença de pó de ferro aumenta a condutividade elétrica.

Entretanto, não se encontra na literatura uma resposta para a seguinte questão: a grande condutividade térmica se dá pelo fato de se permitir trabalhar com maiores correntes (maior capacidade nominal de conduzir corrente) ou o de ter pó de ferro em seu revestimento o que rege o efeito da maior taxa de deposição dos eletrodos revestidos? A esta dúvida se atribui a hipótese de que se for a maior corrente a variável predominante, a solução mais simples poderia ser aumentar o diâmetro da alma do eletrodo.

Desta forma, o objetivo do presente trabalho foi estudar de forma mais consistente o papel do pó de ferro sobre o mecanismo de fusão e deposição de eletrodos revestidos, visando responder (e esclarecer) a questão acima.

2. Materiais e Métodos

Para avaliar a influência do pó de ferro na taxa de deposição, foram utilizados três tipos de eletrodos comerciais (todos com 350 mm de comprimento e 3,25 mm de diâmetro nominal), com diferentes teores de pó de ferro no revestimento, conforme as especificações da AWS A5.1/A5.1M:2012 (Specification for Carbon Steel Electrodes for Shielded Metal Arc Welding):

• E7016 – Eletrodo com revestimento básico sem pó de ferro (faixa de corrente recomendada pelo fabricante de 80 a 130 A);

• E7018 – Eletrodo com revestimento básico e adição de pó de ferro (faixa de corrente recomendada pelo fabricante de 90 a 150 A);

• E7024 – Eletrodo com revestimento rutílico e com alto teor de pó de ferro (faixa de corrente recomendada pelo fabricante de 130 a 170 A).

Soldagens foram feitas com cada eletrodo em dois níveis de corrente, nominalmente 115 A e 145 A, dentro dos limites especificados pelos fabricantes, exceto para o ER7016, cuja corrente empregada ultrapassa o limite máximo (130 A) recomendado, mas foi utilizada para fins de comparação. Como placas de teste, foram utilizadas chapas de aço carbono de dimensão de 200 × 38 × 6,35 mm. Estas chapas foram lixadas para remoção de óxidos superficiais e, em seguida, ponteadas, compondo uma junta em ângulo para deposição do cordão de solda do tipo filete na posição plana, conforme Figura 1a.

A escolha deste tipo de junta foi feita em função de ser uma aplicação comum de eletrodos revestidos. Para se eliminar a influência do soldador, todas as soldas foram executadas por um sistema automatizado para soldar com eletrodo revestido, ilustrado na Figura 1b, que mantém o comprimento do arco pelo controle do avanço de um fuso partindo de uma tensão de referência pré-estabelecida para o comprimento de arco desejável. A diferença entre a tensão de arco e a tensão de referência faz o ajuste do comprimento de arco funcionar.

Procurou-se sempre manter o arco bem curto (variando-se a tensão de referência) para cada combinação de eletrodo e corrente (como feito por um soldador), soldando-se com o eletrodo puxando a um ângulo de aproximadamente 15° graus, sem tecimento. Para comparar o efeito do pó de ferro em cada tipo de eletrodo, principalmente sobre aspectos geométricos, procurou-se manter o mesmo volume de poça em cada soldagem. Isto pôde ser feito soldando-se com os 3 tipos de eletrodo em uma mesma velocidade e corrente de soldagem.

Após calcular a taxa de deposição, tomou-se como referência o eletrodo que deu a maior taxa. Assim, os eletrodos que proporcionaram menores taxas, tiverem redução ponderada nas suas velocidades de soldagem como forma de manter o mais próximo possível a quantidade de material depositado por unidade de comprimento de solda (ou volume da poça) do conseguido pelo eletrodo de referência.

A taxa de deposição (medida em g/min, pela diferença de peso da chapa antes e após o