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O Arco Elétrico Fonte de calor utilizada na soldagem por fusão de materiais metálicos 1 Introdução 2 2 INTRODUÇÃO Energias mecânica Energia radiante Energia química Energia elétrica Arco elétrico 3 3 Introdução INTRODUÇÃO O arco elétrico é a fonte de calor mais utilizada na soldagem por fusão de materiais metálicos, ele apresenta • Concentração adequada de energia (alta temperatura), • Facilidade de controle, • Baixo custo relativo do equipamento e • Um nível aceitável de riscos à saúde dos seus operadores. Os processos de soldagem a arco possuem atualmente uma grande importância industrial, utilizados na fabricação dos componentes e estruturas metálicas. 4 4 Arco Elétrico FUNDAMENTOS • Depois do desenvolvimento de fontes elétricas, a primeira observação do fenômeno do arco elétrico com condições controladas foi pelo químico inglês Sir Humphrey Davy e ao mesmo tempo pelo russo W.W. Petrov. 5 5 Arco Elétrico FUNDAMENTOS • A primeira aplicação útil do arco elétrico foi como fonte de luz. Somente depois de quase 100 anos, o arco foi usado como uma fonte de calor suficiente para fundir e unir metais. • As primeiras patentes para aplicações •de soldagem foram registradas por •Bernados e Alexander em 1885. 6 6 FUNDAMENTOS • Um arco elétrico é uma forma especial de descarga de eletricidade entre dois eletrodos sustentados através de um gás ou vapor ionizado a alta temperatura. O eletrodo com pólo positivo se chama ânodo e o eletrodo com pólo negativo se chama cátodo. • O termo arco foi posteriormente aplicado a este fenômeno em função de sua forma característica resultante da convecção dos gases quentes gerados pelo mesmo Formato curvo de um arco livre entre eletrodos horizontais Arco Elétrico 7 7 FUNDAMENTOS Arco Elétrico 8 8 FUNDAMENTOS Arco Elétrico 9 9 FUNDAMENTOS Arco Elétrico 10 10 FUNDAMENTOS Arco Elétrico 11 11 FUNDAMENTOS Principais parâmetros de um arco •Diferença de potencial entre os eletrodos (tensão eléctrica) •Corrente elétrica •Distância entre os eletrodos (comprimento do arco) Arco Elétrico 12 12 FUNDAMENTOS Queda de tensão não uniforme ao longo do comprimento do arco Arco Elétrico 13 13 FUNDAMENTOS Regiões de queda anódica e catódica Gradiente térmico: 105 °C/mm Gradiente elétrico: 102 V/mm Fluxo de calor axial Coluna de Plasma Gradiente térmico: 102 °C/mm Gradiente elétrico: 10 V/mm Fluxo de calor radila Arco Elétrico 14 14 FUNDAMENTOS • A soma das quedas de tensão catódica e anódica é mais ou menos constante e independente das condições de operação. • A queda de tensão na coluna de plasma varia principalmente com o comprimento do arco, com a corrente, com o tipo e geometria dos eletrodos e com o gás de proteção. Arco Elétrico 15 15 FUNDAMENTOS • O tipo de corrente mais usada no processo de soldagem com arco elétrico é a corrente contínua, com eletrodo consumível conectado ao pólo positivo (ânodo) da maquina e a peça de trabalho no pólo negativo (cátodo). • Neste caso, a área do cátodo é muito maior do que do ânodo. Isto provoca a típica forma cônica ou de sino do arco •O transporte da eletricidade dentro do gás ionizado só é possível se a quantidade das cargas elétricas (elétrons e íons) foi suficiente. Por causa da maior mobilidade dos elétrons, estes são responsáveis pela maior parte do transporte da corrente. Arco Elétrico 16 16 FUNDAMENTOS • A relação entre tensão e corrente com um comprimento constante do arco é conhecida como característica estática. • A posição da curva característica e o seu formato dependem do tamanho, geometria e material e temperatura do cátodo e do ânodo, da composição e da pressão do gás de proteção e do comprimento do arco. Arco Elétrico 17 17 FUNDAMENTOS • Um aumento no comprimento do arco tende a aumentar a tensão para qualquer valor de corrente. Arco Elétrico 18 18 FUNDAMENTOS • O perfil transversal do arco elétrico tem diferentes áreas de temperaturas e é dependente da composição do gás de proteção usado. Arco Elétrico 19 19 FUNDAMENTOS • O arco de soldagem é um condutor elétrico e como tal induz campos magnéticos e está sujeitos às interações entre a corrente elétrica transportada e o campo magnético por ela gerado. • Estes efeitos podem favorecer ou prejudicar a operação de soldagem • No arco elétrico agem várias forças Arco Elétrico 20 20 FUNDAMENTOS •.Forças que podem favorecer a operação de soldagem são : • Força da gravidade (Fg), • Tensão superficial (Fγ), • Força eletromagnética (Fem), • Força de arraste (Fa) e • Força de reação (Fv) Arco Elétrico 21 21 FUNDAMENTOS • Força que pode prejudicar a operação de soldagem é, por exemplo, Sopro magnético: é um desvio do arco de sua posição normal de operação causada por uma distribuição assimétrica das forças de Lorentz, que pode ser causada por variação brusca na direção da corrente e/ou distribuição na uniforme de material ferromagnético em torno do arco Arco Elétrico 22 22 FUNDAMENTOS Sopro magnético Arco Elétrico 23 23 FUNDAMENTOS Arco Elétrico Concentração de linhas de campo Concentração de linhas de campo Direção do sopro magnético Direção do sopro magnético 24 24 FUNDAMENTOS Arco Elétrico 25 25 FUNDAMENTOS Medidas para minimizar o sopro: • Inclinar o eletrodo para o lado do sopro • Soldar com arco mais curto • Usar corrente mais baixa • Colocar o cabo de retorno longe do arco • Usar mais de um cabo de retorno • Usar corrente alternada Arco Elétrico 26 26 FUNDAMENTOS Medidas para minimizar o sopro: Inclinar o eletrodo para o lado do sopro Arco Elétrico 27 27 FUNDAMENTOS Medidas para minimizar o sopro: Soldar com arco mais curto Arco Elétrico 28 28 FUNDAMENTOS Medidas para minimizar o sopro: Usar mais de um cabo de retorno Arco Elétrico
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