25-Processo de Soldagem por Eletroescoria T

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PROCESSO DE SOLDAGEM POR ELETROESCÓRIA – ESW 
1. HISTÓRICO DO PROCESSO 
Denomina-se eletroescória o processo de soldagem no qual a fusão do eletrodo de 
consumo e da superfície das partes a serem soldadas é promovida pelo calor proveniente 
de uma escória(ou fundente), mantida a alta temperatura. O banho de escória sobrenada e 
protege a poça de fusão da contaminação atmosférica; todo o conjunto fica contido no 
espaço formado pelas superfícies da junta e as sapatas de resfriamento, convenientemente 
posicionadas, e que se deslocam verticalmente á medida que a soldagem progride. O 
equilíbrio do sistema é promovido pela passagem da corrente de soldagem através da 
escória, ou seja, por efeito Joule. 
Os fundamentos do processo de eletroescória já eram conhecidos por volta do ano de 
1900, mas somente a partir de 1950 o processo de soldagem propriamente dito foi 
desenvolvido no instituto de Soldagem elétrica E.O.. Paton em Kiev, na URSS. Quase 
simuntaneamente, em outro instituto de pesquisa na Checoslováquia, o instituto Bratislava, 
também anunciava a homologação de um processo de soldagem capaz de executar soldas 
verticais por meio de um único passe. Parece que foi nesse último instituto que engenheiros 
belgas conseguiram absorver as técnicas do processo e as divulgaram ao mundo ocidental, 
por volta de 1960. 
 
2. DESCRIÇÃO DO PROCESSO 
A soldagem por eletroescória é um processo que produz a coalescência de metais 
através da fusão do metal de adição e das partes a unir por meio do calor gerado pela 
passagem de corrente elétrica por uma poça de escória fundida. O processo é iniciado pela 
abertura de um arco elétrico entre um eletrodo e uma peça metálica. Um fundente ou fluxo 
de soldagem é então adicionado ao arco, de modo que uma vez fundido, forme uma camada 
de escória que sirva como resistência elétrica e proteja a poça de fusão contra a 
contaminação pela atmosfera. Quando a poça de escória atinge um tamanho suficiente, o 
arco é extinto e a corrente elétrica flui através do eletrodo (ou eletrodos) e da escória, 
gerando por efeito joule, calor suficiente para fusão do (s) eletrodo( s) e das superfícies da 
peças que serão unidas. 
 
Eletroescória é portanto um processo de solda na vertical , produzindo coalescência com 
escória fundida, a qual funde o material de adição e a superfície das peças a serem 
soldadas. Confinados por sapatas refrigeradas, a poça de solda em fusão, é protegida pela 
escória fundida que se desloca ao longo de toda seção da junta à medida que a solda 
avança. A escória condutora é mantida em estado de fusão por sua resistência à corrente 
elétrica passando entre o eletrodo e a peça. A soldagem por eletroescória pode ser 
considerada um processo progressivo de fusão e fundição, no qual o calor de um banho de 
fluxo em fusão é utilizado para fundir o metal de adição e as bordas das placas a serem 
soldadas. 
Durante este processo, o fluxo é adicionado periodicamente ou continuamente, a fim de 
manter uma cobertura adequada de escória sobre o poço de metal em fusão. Duas ou mais 
sapatas de retenção mantêm o material em fusão no seu lugar até se solidificar, em 
operação normal com fonte de potencial constante, o eletrodo funde, enquanto mergulha 
apenas parcialmente através de banho de fluxo e se junta na poça de metal em fusão. A 
corrente de solda é diretamente responsável pela taxa de fusão do eletrodo, enquanto que a 
tensão influência a penetração no metal base e na largura do cordão de solda. Ambas as 
variáveis são sensíveis às propriedades físicas do fluxo de solda, tal como resitividade 
elétrica e fluidez. 
 
2.1 Fundamentos do Processo 
2.1.1 Condições do fluxo térmico 
A solda eletroescória é bem similar à da fundição in situ, com elevados volumes de 
metal em fusão e alto teor de calor. Quando comparada com outros processos de solda a 
arco, solda eletroescória têm um longo ciclo térmico com taxa de resfriamento muito lenta. A 
solda eletroescória geralmente consome centenas de kilojoules por polegada, comparada 
com os 10 a 40 kj/mm (250 a 1000 kj/pol.) encontrados na maioria das soldas a arco. Como 
conseqüência da experiência térmica, a solidificação do metal de solda é extremamente 
lenta, resultando em estrutura grosseira da solidificação primária. O calor absorvido pelo 
metal base também gera uma ZTA extremamente grande. 
Um diagrama do balanço térmico de uma solda eletroescória típica é 
aproximadamente 60% do calor absorvido pela peça, perto de 25% do calor total é gasto 
para fusão do eletrodo, e aproximadamente 10% do calor é utilizado para superaquecer o 
metal em fusão. A quantidade de calor extraído pelas sapatas refrigerantes varia, 
dependendo da espessura da placa e das condições de solda. Na solda das placas de aço 
com espessura 90 mm (3-1/4 pol.), menos que 10% do calor da escória em fusão e da poça 
de metal são transferidos às sapatas refrigerantes. No caso de placas mais finas, entretanto, 
as sapatas refrigerantes desempenham um papel mais significativo no balanço térmico. 
Modelos matemáticos são utilizados na solda eletroescória para estimar o campo 
tridimensional da temperatura na escória, na poça de metal e nas regiões metálicas, e para 
predizer a grandeza da ZTA e o crescimento dos grãos na ZTA. A figura abaixo mostra um 
exemplo da distribuição calculada da temperatura para uma placa base de espessura 25,4 
mm (1 pol.), comprimento 470 mm (18,5 pol.), e largura 610 mm (24 pol.), no momento 
correspondente à metade do tempo total necessário para completar a solda. A temperatura 
máxima atingida na escória e no poço de solda foram respectivamente 2230 K (3555°F) e 
1900 K (2960°F). A distribuição da temperatura em uma solda ao longo de planos paralelos 
e perpendiculares à superfície da placa vizinha também pode ser representada sob forma de 
diagrama isométrico da temperatura. 
 
O balanço térmico na fase escória é resumido na tabela 1. Uma parte importante do 
calor gerado na camada de escória foi transferida para as sapatas refrigerantes (36,1%). 
Aproximadamente 22 e 15% do calor foram usados respectivamente no aquecimento do 
metal base e na fusão do eletrodo. Os formatos da geração de calor são muito sensíveis à 
localização geométrica do eletrodo na escória. Com controle cuidadoso das variáveis do 
processo (tal como distância do "gap" e supressão do fluxo de convexão), mediante 
aplicação externa de um campo eletromagnético, uma redução de duas a três vezes da 
absorção de calor pode ser praticável. 
 
A fim de distribuir a energia uniformemente através da espessura da solda, foram 
desenvolvidas regras empíricas para determinar número preferencial dos eletrodos, 
espaçamento entre fios, distância transversal (de oscilação). As velocidades de oscilação 
dependem da espessura da placa, usualmente permitindo um tempo de travessia de 3 a 5 s, 
um tempo de permanência no fim de cada passe assegurando penetração adequada nas 
bordas da placa. 
2.1.2. Transferência do Metal e Morfologia do Poço de Solda 
A taxa de transferência de gotículas e o tempo que cada gotícula está em contato 
com a camada de escória, afetam profundamente a composição química e as características 
metalúrgicas do poço de solda. 
2.1.2.1 Formação de gotículas 
Em operação estável, o material de adição em fusão é transferido ao poço de solda 
de modo globular. Os oscilogramas de corrente e tensão indicam que, apesar da diminuição 
do tamanho das gotículas com tensão crescente, a corrente de solda não exerce efeito 
significativo sobre o tamanho das gotículas. Pelo contrário, o tempo em que uma gotícula 
está em contato com a escória aumenta com a tensão, tendo em vista que a ponta da 
gotícula se encontra mais longe do poço de metal em fusão. A extensão da interação entre 
uma gotícula metálica e a camada de escória determina a composição química do poço de 
solda. 
2.1.2.2 Morfologia do poço de solda 
Na solda eletroescória,a solidificação se inicia na linha de fusão, superfícies 
adjacentes às sapatas de retenção, e progride para o centro da solda. Devido ao processo 
ser contínuo em posição vertical ou quase vertical, a solidificação também progride do fundo 
para o topo em parte da junção. Os ângulos nos quais os grãos colunares se encontram no 
centro da solda dependem da forma do poço de solda. O fator de forma é definido como a 
relação entre a largura W e a profundidade máxima h do poço. Soldas com alto fator de 
forma (>2,0) terão grãos se encontrando em ângulo agudo na linha do centro, enquanto que 
soldas com baixo fator de forma (<1,0) solidificarão com os grãos se encontrando em ângulo 
obtuso. Um baixo fator de forma é altamente indesejável, devido à acumulação potencial de 
elementos residuais no centro da junção da solda. Corrente de solda elevada usualmente 
resulta em um baixo fator de forma, enquanto que baixa corrente de solda geralmente 
resulta em alto fator de forma e poços de metal rasos. Tensão elevada provoca poços rasos 
e tensão baixa. 
Um fator adicional controlando a morfologia da poça de solda é a condutividade do 
fluxo de solda. Efetivamente, a maior parte da energia elétrica é convertida em energia 
térmica dentro de uma camada fina de escória contígua à ponta do eletrodo, a qual atua 
como a fonte de calor na ESW. Fluxos de condutividade elevada geram menos calor e 
resultam em menor penetração do metal base e poços de solda mais rasos. 
 
 
2.1.3 ESW fora de posição (não vertical) 
Solda eletroescória foi efetuada com sucesso em junções inclinadas em relação à 
posição vertical. A estabilidade do processo e a qualidade da junção da solda são ambas 
função do ângulo de inclinação. Morfologia da solda, incluindo penetração, ZTA, e 
microestrutura do metal de solda são sensíveis aos parâmetros de solda. Aquecimento 
preferencial por radiação da superfície superior da solda é considerada como sendo a causa 
da penetração assimétrica e da geometria da ZTA 
2.2 APLICAÇÕES 
O processo é utilizado para soldar materiais de grandes espessuras em posição 
vertical ou quase vertical, entre sapatas de retenção. As espessuras dos materiais 
normalmente variam de 50 a 300 mm, envolvendo grande aporte de energia, em 
comparação com outros processos de solda, resultando em características mecânicas 
geralmente inferiores na zona afetada termicamente (ZTA). No caso de aço de baixo 
carbono, a temperatura do banho é aproximadamente 1650°C. Apesar de suas limitações 
quanto a posição de soldagem, permite produzir união de peças estruturais, revestimento e 
recuperação. Devido às suas características, tem grande aplicação na soldagem de chapas 
grosas e de peças forjadas ou fundidas de grande porte. 
Quanto aos materiais soldáveis, o processo tem sido usado em aços carbono e de 
baixa liga e aços inoxidáveis austeníticos, sendo que em alguns casos há necessidade de 
uso de tratamentos térmicos pós -soldagem. Equipamentos como prensas de grande porte, 
fornos, vasos de pressão , carros torpedos, anéis de turbina, cascos de navios, têm sido 
soldados por eletroescória, com excelentes resultados. Entretanto, a taxa elevada de 
deposição, economia de energia e tempo em relação aos processos de soldagem a arco, e 
ao custo relativamente baixo do processo, as tornam atrativas para a fabricação de 
estruturas pesadas. 
2.2.1 Aços carbono e baixa Liga 
A junção de aços de seção pesada é a aplicação mais comum da ESW. Como dito 
acima, a ESW é comumente efetuada em placas de espessura 50 mm (2 pol.) e acima. De 
fato, a economia é muito aumentada se a espessura das placas for maior que 100 mm (4 
pol.). Quando comparada com processos de solda a arco, as vantagens mais importantes 
são distorção mínima, posição vertical, e penetração mínima da junção. Aplicações típicas 
incluem fabricação de vasos de pressão, componentes nucleares, equipamento de geração 
de potência, laminadores, prensas pesadas, pontes, navios e estruturas de perfuração de 
poços de petróleo. Outras aplicações estruturais registradas são carcaças de alto forno (aço 
carbono) e uma estrutura de túnel de vento (aço HY-100). 
2.2.1.1 Aços estruturais 
Um número considerável de pontes rodoviárias foram fabricadas utilizando a ESW 
antes de sua proibição para construção de pontes. Algumas falhas têm sido atribuídas a 
defeitos tais como trinca por hidrogênio, falta de fusão, baixas características de fadiga da 
ZTA, etc. Entretanto, soldas adequadamente efetuadas foram constatadas estarem em 
conformidade com os padrões radiográficos requeridos para impacto e carga de fadiga de 
elementos estruturais. No caso de aços baixa liga para aplicações estruturais, tratamento 
térmico austenizante pós-solda tem sido considerado necessário para soldas eletroescória. 
Entretanto, quando se presta atenção apropriada à seleção dos materiais de consumo (fluxo 
e eletrodo), um tratamento térmico de alívio de tensões é geralmente suficiente para se 
obter boas propriedades de impacto. 
2.2.1.2 Construção naval 
ESW pode ser utilizada para soldar componentes de navio. Uma aplicação é o 
conjunto console da hélice de navios tanque para gás natural e petróleo. Partes da estrutura 
da popa, placas pesadas do batente do leme, reforços longitudinais e verticais do casco, e 
longarinas do eixo são freqüentemente soldados por eletroescória. 
2.2.1.3 Vasos de pressão 
Recipientes sob pressão de parede espessa, utilizados nas indústrias química, 
geração de energia, petróleo e naval, são fabricados utilizando ESW. Placas são 
calandradas para formar o casco do recipiente sob pressão, e em seguida a junta 
longitudinal criada é soldada. Os olhais para levantamento no recipiente, bicos e tubos de 
derivação também são soldados por eletroescória em recipientes de parede espessa. 
Devido ao elevado aporte de calor. O processo deve ser rigorosamente controlado. Quando 
exigências do processo for especificada, um tratamento térmico de normalização também 
deve ser efetuado. Alguns equipamentos tais como bicos e conexões de tubos, são 
freqüentemente dispendiosos para soldar em recipientes sob pressão pelos processos 
convencionais. 
Um método particular, empregando técnicas de solda e de fundição, foi proposto por 
Norcross. Um molde cilíndrico resfriado por água é fixado e apertado na superfície externa 
do recipiente, e o metal de solda é fundido no local. O furo do bico é então usinado a fim de 
proporcionar uma abertura no recipiente, na extremidade do qual tubos e outras conexões 
podem ser facilmente soldados. Mesmo elementos penetrantes de grande diâmetro podem 
ser efetuados desta maneira, fundindo cilindros ocos depois de primeiro preparar um cone 
na parede do recipiente, a fim de permitir a zona de início da solda eletroescória ser retirada 
por usinagem. 
2.2.1.4 Maquinas pesadas 
Grandes prensas e ferramentas de máquinas são freqüentemente fabricadas a partir 
de placas maiores que os laminadores conseguem produzir, de modo que ESW é utilizada 
para unir grandes placas. Carcaças de motores, carcaças de prensas, blanks para 
engrenagens, anéis de turbinas, trilhos de pontes rolantes, e corpos de britadores são 
algumas das aplicações mais comuns. Nas indústrias de transmissão por tubulações, 
válvulas esfera e válvulas gaveta de bloqueio são freqüentemente soldadas por 
eletroescória. 
2.2.1.5 Junção de metais dissimilares 
Refusão por eletroescória tem sido utilizada para desenvolver peças de transição 
para tubulações de vapor de parede espessa, onde tubos de aço baixa liga cromomolibdênio 
devem ser unidos a tubos inoxidáveis de aço austenítico. Dois lingotes redondos, um de liga 
ferrítica e um de aço inoxidável austenítico, são soldados juntos para formar um eletrodo 
para refusão por eletroescória. À medida que o eletrodo funde no banho de escória em 
fusão, a composição se modifica gradualmente de uma para outra, depositando uma barra 
de liga gradativaque posteriormente é perfurada e conformada em uma peça de transição. 
2.2.1.6 Junção e reparos de peças fundidas 
Solda eletroescória também é usada para soldar componentes fundidos. Em vez de 
produzir um grande fundido, muitos pequenos fundidos de custo menor e fabricação mais 
simples são produzidos e soldados juntos. Uma tal aplicação é descrita por Brosholen, 
Skaug e Vesser para construir um console em aço fundido para eixo de hélice. Ferro fundido 
tem sido soldado por eletroescória, utilizando um fio com núcleo contendo pós de ferro 
branco ou cinzento e um bico de grafite. Seções espessas defeituosas de aços fundidos 
podem ser consertadas por ESW, mediante perfuração de furos conectores no zona 
defeituosa. Um molde apertado firmemente ajustado, resfriado a água, é inserido dentro de 
um dos furos, enquanto a solda procede no furo adjacente. Ao se completar esta solda, o 
molde é deslocado ao furo seguinte antes da escória fundida ter-se resfriado, o que permite 
à ESW iniciar no furo desocupado. 
2.2.1.7 Superposição e solda de ferramenta e matriz es 
Os ciclos térmicos lentos envolvidos na ESW são favoráveis para depositar ligas 
endurecíveis. Para grandes martelos de forja e matrizes de forma, ligas duras resistentes ao 
desgaste podem ser derramadas na superfície de um apoio de aço carbono, utilizando 
eletrodos múltiplos e técnicas de corrente pulsante. 
2.2.1.8 Aço inoxidável e ligas à base de níquel 
Duas metades de grandes bombas de 38 toneladas (42 tons) em aço inoxidável 
fundido para instalações em usina nuclear foram unidas com sucesso por solda 
circunferencial de suas superfícies equatoriais, e qualificadas para exigências rígidas do 
código nuclear. Foi demonstrado que a ESW é usada para soldar placas em liga 600 com 
espessura de 25 mm (1 pol.), e em liga 800 com espessuras de 25 mm (1 pol.) e 114 mm (4-
1/2 pol.). A junção de metais de adição com metal de adição incomel 82 resultou em soldas 
com excelente resistência a temperaturas elevadas e à ruptura por tensão. Tendo em vista 
que aços inoxidáveis e ligas a base de níquel não passam por transformações alotrópicas, 
as soldas eletroescória não requerem tratamento térmico pós-solda a temperatura elevada. 
2.2.1.9 Alumínio 
A ESW têm sido utilizadas para unir seções espessas de alumínio. Uma tal aplicação 
consiste em unir condutores elétricos (barramentos) de 240 mm (9,5 pol.) de espessura. Em 
vez das típicas sapatas de cobre, sapatas de grafite são utilizadas para obter superfícies de 
solda satisfatórias e penetração das bordas. Gagan et al, relatam ter encontrado penetração 
errática em ESW de alumínio de seção espessa, devida aos campos magnéticos gerados 
pelo processo de solda, o qual requer telas de blindagem especiais em torno da zona de 
solda. A condutividade elevada do alumínio e a pronta formação de um óxido refratário 
também são preocupantes. Fluxos com teor elevado de fluoretos e uma blindagem por gás 
inerte tipicamente dão bons resultados na solda de alumínio de seção espessa. À medida 
que a solda progride, são feitas adições ao fluxo contendo 30% em peso de KCL, LiF e 
MgO2 cada e 10% MgF. Está sendo relatado que este fluxo trabalha bem com ESW de 
alumínio com sapatas de cobre. 
2.2.10 Titânio 
A reatividade do titânio requer que elementos residuais, tais como hidrogênio e 
nitrogênio, sejam minimizados na ESW. Um banho de escória com teor elevado de haletos e 
contendo virtualmente nenhum óxido, e uma proteção por gás inerte (argônio) acima do 
banho, são necessários. Eletrodos de placa parecem dar resultados melhores. Usualmente 
os fluxos são compostos de haletos baseados em CaF2, com adições de terras raras a fim 
de produzir soldas com baixo teor de oxigênio, nitrogênio e hidrogênio. Devletian relata que, 
devido à elevada resistividade do titânio promover aquecimento ôhmico rápido dos materiais 
de consumo de titânio, operação estável de solda geralmente requer eletrodos de grande 
diâmetro para solda com guia não consumível, e bicos ou placas guia para solda com guia 
consumível. 
2.3 EQUIPAMENTOS 
O equipamento é o mesmo para ambos os métodos do processo ESW, exceto o 
projeto do tubos-guia dos eletrodos e as exigências para o deslocamento vertical. A seguir 
estão listados os componentes mais importantes de equipamentos de solda eletroescória: 
1) Alimentação de potência; 
2) Alimentador do fio e oscilador; 
3) Tubo-guia do eletrodo; 
4) Controles da solda; 
5) Cabeçote de solda; 
6) Sapatas de retenção (barragens). 
 
 
2.3.1 Alimentação de Potência 
As fontes de potência são tipicamente do tipo transformador-retificador de tensão 
constante, corrente nominal 750 a 2000 A CC, para ciclo de serviço de 100%. As fontes são 
similares àquelas empregadas para solda de arco submerso. As tensões sob carga 
geralmente estão na faixa de 30 a 55 V; portanto a tensão mínima em vazio da fonte de 
potência deve ser 60 V. Fonte de potência de tensão CA constante, com valore nominais 
similares, são utilizadas para algumas aplicações. Uma fonte de potência separada é 
necessária para cada eletrodo. A fonte de potência geralmente está equipada com um 
contator, um meio de controlar a tensão de saída, um meio para balancear múltiplas 
instalações de eletrodos, uma chave de potência geral, um amperímetro e um voltímetro. 
2.3.2 Alimentador Do Arame E Oscilador 
A função de um dispositivo alimentador de eletrodo é fornecer ao arame do eletrodo a 
velocidade constante, da fonte do arame, através do tubo-guia, ao banho de escória em 
fusão. O alimentador de arame é usualmente montado sobre o cabeçote de solda. Em geral 
cada arame de eletrodo é acionado pelos seu próprio motor de acionamento e seus rolos 
alimentadores. Pode-se utilizar um redutor duplo para acionar dois eletrodos a partir de um 
motor, mas isto não proporciona redundância no evento de um problema na alimentação. No 
caso de solda com múltiplos eletrodos, a falha de uma unidade acionadora de arame não 
interrompe necessariamente toda a operação de solda, caso uma medida corretiva puder 
ser efetuada rapidamente. No entanto é preciso ressaltar que, para solda eletroescória com 
sucesso, é vital evitar interrupções, pois cinqüenta ou mais horas contínuas de operação são 
exigidas deste acionamentos de arame para soldas pesadas e longas. Os alimentadores de 
arame acionados por motor são similares em projeto e operação àqueles utilizados em 
outros processos contínuos de solda por eletrodo, tal como soldas por arco metal-gás e por 
arco submerso. Os rolos alimentadores geralmente consistem de um par engrenado, a força 
de acionamento sendo pois aplicada a ambos os rolos. A configuração da ranhura do rolo 
pode variar, dependendo de se for utilizado um eletrodo sólido ou um com núcleo. Com 
arame sólido deve-se tomar cuidado, para que o arame seja alimentado sem 
escorregamento, mas não ficar tão apertado que fique recartilhado. Arame recartilhado pode 
provocar o efeito de uma lima, e desgastar os componentes entre os rolos de alimentação e 
a solda. Rolos com configuração de ranhura oval têm sido achados os melhores para ambos 
os tipos de arame, sem perigo de esmagar eletrodos metálicos com núcleo. Um 
desempenador de arame, do tipo simples de três rolos ou do tipo rotativo mais complexo, 
deveria ser utilizado para remover a crosta no arame de eletrodo. Uma crosta provocará 
desvio do eletrodo quando ele emerge da guia. Isso, por sua vez, pode provocar alterações 
da posição do poço de metal em fusão, resultando em defeitos, tal como falta de fusão. Uma 
crosta no eletrodo provoca problema mais sério em soldas grandes e pesadas. A velocidade 
do eletrodo depende da corrente necessária para a taxa de deposição desejada, e também 
do diâmetro do tipo do eletrodo sendo utilizado. Geralmente uma faixa de velocidade de 40 a 
250 pol./min (17 a 150 mm/s) convém perfeitamente para uso com eletrodos metálicos 
sólidos ou com núcleo de3/32 pol. (2,4 mm) ou 1/8 pol. (2,1 mm). Os eletrodos devem ser 
empacotados para alimentação uniforme e ininterrupta. O fornecimento do arame deve 
permitir alimentação com necessidade mínima de torque acionado, de modo que não haja 
agarramento ou parada do arame. O pacote de arame deve ser de tamanho adequado para 
completar toda a solda sem parada. Dispositivos de oscilação do eletrodo são necessários 
quando a espessura da junção ultrapassa aproximadamente 2-1/4 pol. (57 mm) por eletrodo. 
Oscilação do(s) tubo(s)-guia do eletrodo pode ser proporcionada por mecanismos com 
acionamento mecânico operado por motor, tal como parafuso direcionador ou cremalheira 
com pinhão. O acionamento deve ser ajustável em distância do deslocamento, velocidade 
de deslocamento, e intervalo variável no fim de cada curso. O controle do movimento 
oscilatório é geralmente efetuado com circuitos eletrônicos. 
2.3.3 Tubo-Guia Do Eletrodo 
2.3.3.1 Método convencional 
Na solda eletroescória convencional, o tubo-guia não-consumível (o "snorkel") guia o 
eletrodo dos rolos de alimentação do fio para dentro do banho de escória em fusão. Ele 
também funciona como um contato elétrico para energizar o eletrodo. A extremidade de 
saída do tubo está localizada perto da escória em fusão, e com o tempo ela deteriorará. 
Tubos-guia são geralmente feitos em liga berílio-cobre e suportados por duas barras 
retangulares estreitas, soldadas neles com solda amarela. O berílio-cobre é utilizado devido 
ao fato de manter resistência considerável a temperaturas elevadas. Os tubos estão 
envoltos em fita isolante a fim de evitar curto-circuitos com a peça. Para alimentar os 
eletrodos verticalmente para dentro da escória em fusão, as guias devem ser curvas e 
suficientemente estreitas para caber dentro da raiz da abertura da junção. Elas geralmente 
têm diâmetro menor que 1/2 pol. (13 mm). Desempeno integral do fio pode ser previsto nos 
tubos, a fim de evitar crosta no eletrodo. 
3.3.3.2 Método da guia consumível 
O tubo-guia consumível é feito de aço compatível com o metal-base, e ligeiramente 
mais comprido que a junção a ser soldada. Ele comumente tem diâmetro externo de 1/2 a 
5/8 pol. (12 a 16 mm), e diâmetro interno de 1/8 a 3/16 pol. (3,2 a 4,8 mm). Diâmetros 
menores são necessários para soldar seções de espessura inferior a ¾ pol. (19 mm).O tubo-
guia é fixado a um tubo-suporte de liga de cobre, montado no cabeçote de solda. A corrente 
de solda é transmitida do tubo de cobre ao tubo de aço e de lá ao eletrodo. Para soldas mais 
compridas que 2 a 3 pés (600 a 900 mm), é necessário isolar os tubos-guia, a fim de evitar 
curto-circuitos com a peça. Todo o comprimento do tubo pode estar revestido com fluxo; ou 
então aneis isolantes, espaçados de 12 a 18 pol. (300 a 450 mm) são deslisados sobre o 
tubo, e mantidos no seu lugar com pequenos botões de solda no tubo. A cobertura de fluxo 
ou os anéis isolantes fundem e ajudam a abastecer o banho de escória à medida que o tubo 
é consumido. 
 
2.4 CONSUMÍVEIS 
2.4.1 Material de Consumo do ESW 
2.4.1.1 Fluxos ESW 
De maneira similar aos fluxos utilizados em outros processos de solda, fluxos ESW 
são formulados para refinar o metal de solda, revestir a superfície das sapatas de retenção e 
o metal soldado completado, e proteger o material fundido contra oxidação. Entretanto, 
diversas características físicas e químicas distinguem fluxos ESW dos outros utilizados em 
solda a arco. Fluxos ESW são invariavelmente fundidos em vez de aglomerados. 
Comparando com os fluxos em solda a arco, os fluxos para ESW tem maior resistividade, 
devido ao fato do arco ser extinto logo após o processo se tornar estável. Às vezes um fluxo 
aglomerado de partida, com condutividade elevada, é utilizado para iniciar o processo e 
formar o poço de solda. Depois disso, um fluxo contínuo de resistividade elevada é 
adicionado a fim de gerar calor para fundir o metal de adição e manter a operação de solda 
estável. De fato, para solda de corrente elevada, freqüentemente se omite a utilização do 
fluxo de partida. Um fluxo típico para aços baixo carbono tem a seguinte composição: 
 
Resistividade Elétrica 
Um fluxo de resistência elevada (ou condutividade baixa) puxará menos corrente, 
resultando em um poço de solda mais frio e menor penetração no metal base. Ele também 
permitirá que o fio penetre mais profundamente no poço. Por outro lado, um fluxo de baixa 
resistência pode puxar corrente excessiva, aumentando a temperatura do banho até o 
processo se estabilizar com extensão mais curta do eletrodo. Entretanto, se a resistência for 
baixa demais, poderá ocorrer formação de arco entre o eletrodo e a superfície do banho de 
escória, especialmente com tensões mais elevadas. Esta condição é agravada no caso de 
fluxos apresentando condutividade fortemente crescente com a temperatura. Em termos de 
condições do processo, menor resistividade da escória pode resultar em operar a tensão 
mais baixa. 
Fluidez 
Além de sua capacidade de gerar calor, a escória em fusão também deve ter fluidez 
suficiente para provocar convecção rápida e boa circulação, necessárias para distribuir o 
calor através da junção da solda. A fluidez de uma escória depende principalmente de suas 
características químicas e da temperatura operacional. O ponto de fusão de um fluxo deve 
ser abaixo daquele do metal base, para que haja refino do poço de solda, e sua temperatura 
de ebulição deve ser mais elevada que a temperatura operacional, a fim de evitar perdas por 
vaporização. Qualquer perda preferencial (de um ou mais ingredientes) alterará a 
composição do banho, o que pode alterar muito a fluidez da escória e a condutividade 
elétrica, resultando em blindagem inadequada. Caso a composição dos fluxos for alterada 
durante a operação, a alteração da energia levada à escória pode causar um aumento da 
temperatura e da condutividade durante a solda de emendas compridas, o que pode fazer 
surgir a formação de arcos na superfície superior do banho de escória. Fluidez baixa tenderá 
a capturar inclusões de escória no metal de solda; fluidez excessiva provocará vazamento 
através do pequeno espaço entre a peça e as sapatas de retenção. Para unir as placas, 
fluxos de fluidez mais elevadas são desejáveis para obter boa circulação no banho 
relativamente pequeno. 
Compatibilidade Metalúrgica 
Finalmente, a escória deverá ser metalurgicamente compatível com a liga sendo 
soldada. Para solda de aço, os fluxos geralmente são uma mistura de óxidos de silício, 
manganês, titânio, cálcio, magnésio e alumínio. Estes óxidos componentes desempenham 
um papel importante na blindagem e no refino do poço de solda. Fluoreto de Cálcio (CaF2) é 
adicionado aos óxidos ou silicatos básicos para alcançar resistividade e fluidez apropriadas. 
Aumento de CaF2 reduz viscosidade, ponto de fusão e resistividade. Adições de TiO2 
também reduzem a resistividade, enquanto que Al2O3 a aumenta. Entretanto TiO2 também 
aumenta a viscosidade da escória. Aplicações especiais, tal como controle de inclusão ou 
remoção de enxofre, podem necessitar a adição de compostos de terras raras. A 
capacidade de desprendimento da escória após solidificação do metal de solda não constitui 
problema maior na ESW. A adição de grandes quantidades de TiO2, entretanto, 
freqüentemente resultará em remoção difícil da escória. Adições de fluoretos melhoram o 
desprendimento da escória. 
2.4.1.2 Eletrodos ESW 
Há várias técnicas de ESW disponíveis, dependendo do tipo de eletrodo e do 
mecanismo de alimentação. Os eletrodos podem ser fios sólidos, fios tubulares com núcleo 
de fluxo, eletrodos sólidos de larga seção e eletrodos de larga seção com núcleo. As guias 
ou bicos podem ser consumíveis ou não consumíveis. O método convencional utiliza guias 
não consumíveis (também conhecidas como snorkels), mantidas a aproximadamente 50 a 
75 mm (2,0 a 3,0 pol.) acima do fluxo em fusão. Neste casoutiliza-se um cabeçote móvel de 
alimentação, que é levantado verticalmente para corresponder à velocidade de 
deslocamento do poço de solda. Caso o mecanismo de alimentação do eletrodo for 
estacionário. O bico será "consumido", tornando-se parte do metal de solda quando atinge o 
poço de escória. Consequentemente, os materiais utilizados nas guias consumíveis 
geralmente correspondem à composição química do eletrodo ou do metal base. Uma guia 
consumível pode ser um tubo de parede fina ou um conjunto de placas ou hastes com 
condutos para alimentar o fio do eletrodo. Tubos guia em forma de aletas são preparados 
soldando tramas a tubos guia de seção circular a fim de obter aquecimento mais uniforme 
do poço de solda. Entre os diferentes tipos de eletrodos tipo fio e os eletrodos larga seção 
com núcleo requerem a utilização de bicos para levar o eletrodo no gap da raiz. Guias nuas 
às vezes necessitam isolamento ao longo de suas superfícies laterais, caso não possam ser 
exatamente alinhadas dentro da junção de solda. Uma solução consiste em inserir plugs em 
locais críticos do conjunto. Bicos consumíveis revestidos com fluxo estão disponíveis para 
minimizar o problema de isolar o conjunto do eletrodo. 
3. VANTAGENS E LIMITAÇÕES 
O ESW é um processo especificamente projetado por soldar material com espessuras 
mais grossas. Comprando com o processo de soldagem similar SAW, as vantagens e 
limitações do processo de ESW são as seguintes: 
Vantagens: 
• Alta taxa de deposição em relação a outros processos, onde a taxa de deposição é 
por unidade de tempo. 
• Velocidade de enchimento da junta é muito maior quando soldamos chapas acima de 
2 pol. (50 mm) com o processo ESW. 
• Preparação da junta é relativamente fácil para o processo ESW. 
• Movimentação do equipamento de ESW é requerido quando soldamos peças 
pesadas. Não é necessário a movimentação das peças desde que as mesmas 
estejam alinhadas e na posição vertical. 
• Não é requerido pré aquecimento para chapas muito grossas, devido a baixa taxa de 
refrigeração. 
• A taxa de metal depositado é considerado 100%, desde que não haja sujeira, 
vaporização ou pedaços de eletrodos na junta a ser soldada. 
• Não é necessário limpeza interpasses no processo ESW. 
• Distorção angular mínima pode ocorre no ESW. Por exemplo, nenhuma distorção 
ocorre no plano horizontal, no plano vertical se ocorrer a distorção, a mesma é 
mínima, e é facilmente compensável. 
• Alta integridade do metal depositado em ESW. Isto é devido ao fato de que a poça de 
solda fica fundida durante um tempo relativamente longo que permite gases e 
partículas de escória para escaparem para a superfície. 
• No processo ESW, não é requerido grande habilidade do soldador. Isto é devido à 
facilidade de controle do processo, existe pequena interferência do soldador no 
processo, devido a alta mecanização inerente em ESW. Como resultado, há pouco 
desgaste do soldador e disponibilidade relativamente alta de pessoal. 
• O processo de ESW é muito econômico quando aplicado em chapas de espessuras 
grandes. 
Limitações : 
• Geração de calor muito alta, o que resulta em taxa de refrigeração muito lenta, 
provocando dessa forma reações na metalurgia dos materiais, como: 
a) Estrutura grosseira no metal de solda com propriedades mecânicas anisotrópicas. 
b) Solidificação induzida pela alta textura de granulometria do material e 
segregaçãode elementos que provocam trincas a quente no centro da solda. 
c) Granulometria grosseira na ZTA que é mais susceptível a fratura frágil 
• Alguns materiais sensíveis ao calor não podem ser soldados, devido à alta geração 
de calor associada ao processo ESW. 
• O processo ESW não pode ser usado para materiais com espessuras muito finas ¾ 
in (19 mm). 
• Juntas devem ser soldadas na posição vertical ou próximo da posição vertical. 
• A velocidade de enchimento da junta é mais baixo, quando comparado com o 
processo SAW para soldar chapas com espessura de 1 ½ in (38 mm). 
• Qualquer interrupção durante a soldagem no processo ESW é considerado crítico, 
pois uma vez que o processo é reiniciado pode provocar defeitos na solda. 
• Reparos de solda no processo ESW, requer a utilização de outro processo de 
soldagem para realizar a recuperação. 
4. PROBLEMAS E CONTROLE DA QUALIDADE 
4.1 Zona de Fusão 
Dendritas tanto celulares como colunares são observadas na estrutura da 
solidificação de uma solda eletroescória. Particularmente nos casos de soldas com baixo 
fator de forma, nas quais transição de dendritas celulares para colunares ocorre perto da 
linha de centro da solda e os grãos se encontram em ângulo obtuso, trinca na linha de 
centro e trinca radial a quente são observadas mais freqüentemente. Estes defeitos podem 
ser atribuídos ao efeito combinado de gradiente da temperatura, taxa de solidificação, grau 
de restrição na ajustagem da solda, velocidade elevada de solda, e baixo fator de forma. Em 
geral, uma estrutura comprida de grãos colunares de lados retos ( o resultado de velocidade 
elevada de solda) tende a ser mais fraca sob carga do que uma mais coaxial com estrutura 
de grãos mais finos de uma solda de baixa velocidade. Ao mesmo tempo, a estrutura celular 
pode ser mais grosseira e com segregação maior no caso de velocidade baixa de solda. 
4.2 Zona Parcialmente Fundida 
Trinca por liquação é associada com a fusão de divisas fortemente segregadas dos 
grãos perto da região da linha de fusão. Carbono e manganês são os elementos liga mais 
comuns envolvidos na formação de compostos, tal como (Mn,Fe)S, que abaixam a 
temperatura de fusão das divisas dos grãos. Fósforo, nitrogênio, e boro são alguns dos 
outros agentes de fragilidade encontrados em ligas ferrosas. Durante o resfriamento, 
tensões residuais podem formar e romper estas divisas enfraquecidas. 
5.3 Fragilidade por Têmpera 
Placas de seção espessa de aço 2-1/4Cr-1Mo utilizadas em recipientes sob pressão 
para serviço em petróleo e na química sob temperaturas elevadas, são em serviço 
suscetíveis a fragilidade por têmpera. O problema tem sido atribuído à presença de 
elementos residuais tal como fósforo e antimônio. 
 
 
4.4 Trinca por Hidrogênio 
Falando em geral, a ESW é efetuada sob condições de proteção perfeita pela escória, 
e a taxa de utilização de resfriamento da solda é baixa. Portanto, a ocorrência de trincas 
induzidas pelo hidrogênio é mínima. Entretanto, uma atmosfera com elevado teor de vapor 
de água estará presente nas circunstâncias requerendo o uso de um material argiloso 
úmido, a fim de evitar que a escória vaze através da região da junção. Microtrincas, e às 
vezes furos de sopro, podem resultar no metal de solda. Separação grosseira das divisas, 
observada em algumas soldas eletroescória, podem ser completamente eliminadas por 
tratamento térmico pós-solda a 300°C (570°F) imediatamente após a solda, o que indica que 
deixando o hidrogênio difundir para fora da peça torna possível manter a integridade das 
soldas. Aumentando-se a profundidade do poço, a taxa de resfriamento diminui, e o 
hidrogênio escapa por difusão antes de provocar danos. 
4.5 Distorção da Solda 
Quando comparadas com soldas produzidas usando outros processos, soldas por 
eletroescória não apresentam problemas significativos de distorção. Medições mostram que 
distorção tanto transversal como angular está presente, e que a distância do gap se modifica 
à medida que a solda progride. Entretanto, a distorção é da ordem de apenas 2%. Distorção 
angular ocorre devido ao resfriamento rápido da parte soldada da junção, o que tende a 
apertar as partes juntas, reduzindo a distância do gap. Material na frente da solda é 
separado por um gap, de modo que o aquecimento não tem efeito. 
4.6 Tratamento Térmico Pós-Solda 
Na maioria das soldas por eletroescória assim como a solda têm estrutura muito 
grosseira como fundido no metal de solda e grãosgrosseiros na ZTA. Como resultado, tais 
soldas por eletroescória podem não se enquadrar em muitas especificações críticas. 
 
 
 
5. CONSIDERAÇÕES QUANTO À SEGURANÇA 
Assim como em qualquer tipo de solda, deve-se exercer cuidado razoável nos 
procedimentos de instalação, solda e pós-solda para a ESW. Há determinado número de 
riscos, alguns menores e alguns sérios, mas tudo pode ser eliminado. O não uso de 
equipamentos de proteção , ou não seguir práticas seguras, pode provocar danos em peças 
produzidas, equipamentos e facilidades, e perigo físico para o pessoal. Roupa adequada e 
conveniente deve ser usada para proteger contra radiações de arco de outros equipamentos 
de solda, calor irradiado de peças quentes, e riscos provenientes de escória fundida quente. 
Luvas devem ser usadas permanentemente.Óculos de segurança com proteção lateral são 
recomendados devido à escória quente, ou "bolas salpicantes", que podem voar da junção 
durante a solda. Tom N.º 12 é recomendado caso o arco possa ser observado antes do 
banho de escória se ter estabelecido. Tom N.º 4 é recomendado para observar o banho de 
escória. Cuidado considerável deve ser tomado quando as sapatas refrigerantes são 
removidas. Escória solidificada é essencialmente vidro, e pode quebrar e estilhaçar 
erradamente. O risco de choque elétrico existe com qualquer equipamento elétrico. Com 
ESW, entretanto, o operador não toca nos equipamentos, exceto para ajustes ocasionais. O 
arame do eletrodo, e na realidade tudo que entra em contato com ele, está "eletricamente 
quente". O arame do eletrodo e outras parte "vivas" do sistema de solda não devem ser 
tocados pelo operador ou outro pessoal na área. Como procedimento normal, o operador 
deve efetuar uma verificação preliminar do equipamento a fim de perceber problemas 
potenciais. Riscos elétricos, tal como conexões soltas ou gastas, isolamento desgastado, ou 
cabos dentro ou em torno de água, devem ser consertados ou o risco deve ser eliminado. 
Deve-se tomar cuidado para evitar vazamento de água das sapatas refrigerantes, ou de 
circulação, em torno do equipamento de ESW. As recomendações do fabricante a respeito 
de tamanho do cabo, instalação, utilização e manutenção dos equipamentos sempre devem 
ser seguidas. Peças a serem soldadas por eletroescória são geralmente grandes e, pelo fato 
de serem soldadas na vertical, são às vezes altas e posicionadas desajeitadamente. Deve-
se tomar cuidado em posicionar estes componentes, e soldadores qualificados devem ser 
empregados para soldar os necessários suportes, grampos, apoios e outras fixações ou 
elementos. O mesmo cuidado deve ser tomado quando se remover estes elementos por 
corte ou goivagem. 
ESW gera fumaça, assim como outros processos de solda, mas não é necessário que 
o operador de ESW se encontre constantemente dentro ou em torno dela. O processo é 
automático por natureza, embora o operador ocasionalmente monitore o processo. Caso a 
solda for efetuada em uma área mal ventilada, será preciso empregar exaustores ou 
extratores de fumaça. Escória quente pode derramar sobre o topo da junção, ou vazar em 
torno da sapata refrigerante. Fixação mal feita da sapata refrigerante ou mal alinhamento 
dos poços também podem abrir folgas abertas, onde vazamentos poderão ocorrer. 
Vazamento de escória pode ser especialmente perigoso devido ao grande volume do banho 
de escória associado com o processo de ESW. Pelo mesmo motivo, atenção especial deve 
ser dada à fixação e ao alinhamento das sapatas, e as sapatas refrigerantes devem ser 
deixadas no seu lugar após completar a solda, até que a escória se tenha solidificada. 
Sapatas refrigeradas a água são muito mais seguras para serem manuseadas do que 
sapatas sólidas, porém ambos os tipos podem provocar graves queimaduras. Não soldar 
perto de materiais combustíveis. Assegurar que solventes utilizados para limpar a área de 
junção da solda sejam completamente removidos. Não colocar latas de aerosol perto da 
solda, pois elas podem explodir.