FONTES PARA SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO

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FONTES PARA SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO
OBJETIVO: Conhecer os princípios básicos de funcionamento das fontes de energia e suas características.
As fontes de soldagem são vulgarmente denominadas máquinas de solda. Embora seja simplesmente o ponto de alimentação da energia elétrica, têm grande influência sobre o desempenho do processo impactando na qualidade e na produtividade.
	As fontes devem atender a alguns requisitos para que desempenhem adequadamente sua função, sendo estes:
Requisitos básicos
Produzir saídas de tensão e corrente a níveis e características adequadas, ou seja baixos níveis de tensão (10 a 50V) e elevados níveis de corrente (10 a 1200 A).
Permitir o ajuste da tensão e da corrente para cada aplicação.
Controlar a variação de tensão e corrente de acordo com os requisitos do processo. 
Requisitos adicionais
Estar em conformidade com normas e códigos de segurança e funcionalidade.
Apresentar resist6encia e durabilidade compatíveis com o ambiente fabril.
Apresentar instalação e operação simples.
Outros requisitos
As fontes mais modernas, conhecidas como fontes eletrônicas, além de atender aos requisitos citados acima, devem possuir interface para sistemas de automação e/ou monitoramento.
As fontes de soldagem são classificadas em:
Fontes convencionais – são máquinas projetadas entre os anos de 1950 a 1960.
Fontes eletrônicas – são as máquinas projetadas entre os anos de 1970-1990.
Na Figura 1 é apresentada uma representação esquemática de uma fonte de soldagem. A fonte é alimentada pela rede elétrica com a tensão da rede (110, 220, 380 ou 440V), mas tensão de saída no bornes da máquina deverá estar entre 10 e 50V, e a de corrente de saída poderá ser do tipo corrente contínua (CC) ou corrente alternada (CA). 
Figura 1 – Representação esquemática de uma fonte de soldagem por arco elétrico
Fonte: Apostila Prof. Okimoto. UFPR – Departamento de Engenharia Mecânica.
	As fontes de soldagem quanto ao projeto podem ser classificadas em fontes convencionais ou fontes com controle eletrônico. 
	Fontes convencionais
As fontes de energia para soldagem convencionais podem ser classificadas conforme apresentado na Figura 2. 
Figura 2 – Classificação de fontes de energia convencionais para soldagem.
Fonte: Fonte: Marques et al, 2014.
Fontes Estáticas
As máquinas mais simples são pequenos transformadores que reduzem a tensão de alimentação e mantém a corrente alternada (CA). Para processos que necessitam de corrente contínua (CC) utilizam-se máquinas do tipo retificador. A corrente é retificada através diodos e tiristores, Figura 3.
Figura 3 – Diagrama de bloco de uma fonte convencional.
Fonte: Marques et al, 2014.
	Fontes tipo gerador
	Fontes deste tipo são constituídas de um motor que gera energia mecânica a qual é transmitida através de um eixo ou por um sistema de correia e polias ao gerador de energia elétrica (figura 4). O motor pode ser elétrico ou de combustão interna. Este tipo de equipamento tende a ser mais pesado, barulhentos e de manutenção mais complicada do que as fontes estáticas convencionais.
Figura 4 – Diagrama esquemático de um motor gerador.
Fonte: Marques et al, 2014.
Fontes com controle eletrônico
Fontes convencionais estáticas dependem de sistemas mecânicos ou elétricos para o controle e ajuste de sua saída. Estas fontes pouco mudaram nos últimos quarenta ou cinquenta anos. 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 eletrônicas apresentam resposta dinâmica e reprodutibilidade maiores. Apresentam também conexão mais fácil com equipamentos periféricos e capacidade de ser programada e ainda redução de peso e dimensões.
Nas décadas de 80/90 foram criadas as fontes do tipo inversoras, Figura 5. A corrente alternada é retificada diretamente e a corrente alternada de alta tensão é convertida em corrente alternada de alta frequência (5 a 50 kHz) através do inversor. Nestas máquinas os transformadores são muito menores devido à alta frequência. 
Figura 5- Princípio de funcionamento de uma fonte inversora. 
Fonte: Marques et al, 2014.
Características estáticas e dinâmicas das fontes
	As características estáticas das fontes se relacionam com valores médios de corrente e tensão de saída da fonte. As características dinâmicas envolvem variações transientes de tensão e corrente em respostas durante a soldagem. Ambas afetam a aplicabilidade da fonte para um dado processo de soldagem e a sua estabilidade. 
	As características estáticas da fonte são representadas pela curva característica da fonte. As fontes são classificadas quanto sua característica estática em: 
Fontes de tensão constante.
Este tipo de fonte permite ajuste da tensão de trabalho a qual é relativamente constante. A corrente, para uma dada tensão, retrata a velocidade na qual o eletrodo consumível é alimentado no arco. Se a velocidade de alimentação do arame é constante é possível o controle automático do comprimento do arco (lo)
Fontes de corrente constante
Permitem o ajuste da corrente de trabalho. A tensão para uma dada corrente, retrata a velocidade na qual o eletrodo consumível é alimentado ou a distância eletrodo-peça para eletrodos não consumíveis. 
	Na Figura 6 são apresentadas curvas de características estáticas de fontes do tipo tensão constante e do tipo corrente constante. 
Figura 6 – Curvas típicas de características estáticas: (a) fonte de tensão constante e (b) fonte de corrente constante. 
Fonte: Scotti, 1998
	A Figura 7 mostra aspectos importantes das curvas características. A tensão em vazio (Uo). Um valor mais elevado de U0 tende a facilitar a abertura do arco. A corrente de curto circuito (Icc) e o termo “slope” que é comumente usado para indicar a inclinação da curca característica no trecho correspondente às condições operacionais. 
Figura 7 – Aspecto da curva característica.
Fonte: Marques et al, 2014.
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
Funcionamento da fonte
	Quando se regula a máquina (tensão ou corrente), na verdade está se regulando a característica estática da máquina. Uma vez a justada CEF (curva estática da fonte), a corrente ou a tensão de trabalho são determinadas pelas características estáticas do arco (CEA). 
	O ponto de encontro da CEF e CEA determina o ponto de operação, ou seja, os valores de corrente e tensão que o arco precisa (Figura 8). 
Figura 8 - Efeito da variação do comprimento do arco na corrente de soldagem com fontes de (a) corrente constante e de (b) tensão constante.
Fonte: Marques et al, 2014.
Ciclo de trabalho da fonte
Os componentes internos de uma fonte se aquecem enquanto o arco estiver aberto e quando o arco não estiver operando, o equipamento pode se resfriar. A refrigeração da fonte pode ser natural ou forçada. Se a temperatura interna da fonte se tornar muito elevada por certo período de tempo, esta poderá ser danificada ou ter sua vida útil reduzida. A figura 9 ilustra os ciclos de aquecimento e resfriamento de uma fonte. 
Figura 9 - Ciclos de aquecimento e resfriamento interno durante a operação de uma fonte.
Fonte: Modenesi, 2009
O ciclo de trabalho (ou fator de trabalho) é definido como a relação entre o tempo de operação permitido durante um intervalo de teste específico (em geral, relativamente curto como, por exemplo, 10 minutos), isto é:
Para se estimar o fator de trabalho de uma fonte para correntes de soldagem diferentes das especificadas pelo fabricante pode-se utilizar a fórmulaabaixo: