Brasagem, Física do Arco elétrico e Fontes de Energia

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Brasagem, Física do 
Arco Elétrico e Fontes 
de Energia
Prof. Pedro H. C. P. daCunha (pedro.cunha@furg.br)
Curso: Engenharia Mecânica
Disciplina: Processos de Usinagem (04274)
Turma: C
1
1. Soldabrasagem 
A soldabrasagem ou soldabrasada utiliza um metal de adição com 
temperatura acima de 450°C, mas abaixo do ponto de fusão do metal de 
base; o metal de adição não se distribui por capilaridade, mas é adicionado 
na junta por meio de vareta ou por arco elétrico; o metal de base não se 
funde somente o metal de adição. O projeto de juntas e o equipamento para 
a soldabrasagem são os mesmos utilizados na soldagem oxicombustível. 
1.1 Aplicação 
A soldabrasagem foi inicialmente desenvolvida para reparar peças 
trincadas ou quebradas. A soldagem por fusão do ferro fundido requer alto 
pré-aquecimento e baixa velocidade de resfriamento para minimizar o 
aparecimento de trincas e a formação de cementita. Os metais de base que 
mais utilizam a soldabrasada são aço, ferro fundido e cobre. 
A soldabrasagem é, na maioria das vezes, feita pelo processo de 
soldagem oxicombustível, com liga de cobre em forma de vareta e fluxo 
adequado; também pode ser feita utilizando os processos TIG ou plasma, 
sem a necessidade da utilização de fluxos e sem fundir o metal de base. 
Soldabrasagem
1.2 Vantagens 
A soldabrasagem tem algumas vantagens em relação aos processos de 
soldagem por fusão. Menor calor é necessário para realizar a união, o que 
permite rapidez no processo e redução de pequenas distorções. O metal de 
adição apresenta baixa tensão residual e é geralmente dúctil, o que permite 
ser usinado. As soldas têm resistência adequada a muitas aplicações. O 
equipamento utilizado é simples e de fácil utilização. Metais frágeis como 
ferro fundido cinzento podem ser unidos sem pré- aquecimento alto. 
1.2 Desvantagens 
Algumas desvantagens da soldabrasagem são: a resistência da solda é 
limitada à resistência do metal de adição; a temperatura de serviço é 
limitada ao ponto de fusão do metal de adição, como por exemplo, as ligas de 
cobre, que são limitadas à temperatura de serviço de 260°C; a soldabrasada 
pode provocar corrosão galvânica na junta. 
Soldabrasagem
Arco Elétrico
É a fonte de calor mais comum utilizada na soldagem por fusão de 
materiais metálicos
Ótima combinação de características:
• Concentração adequada de energia para a fusão localizada do 
metal de base
• Facilidade de controle
• Baixo custo relativo do equipamento
• Nível aceitável de riscos à saúde dos seus operadores
Arco Elétrico
Um arco elétrico pode ser definido como um feixe de descargas
elétricas formadas entre dois eletrodos e mantidas pela formação
de um meio condutor gasoso chamado plasma.
Há neste fenômeno a geração de energia térmica suficiente para
ser usado em soldagem, através da fusão localizada das peças a
serem unidas.
Arco Elétrico
A expressão soldagem a arco elétrico se aplica a um grande
número de processos de soldagem que utilizam o arco elétrico
como fonte de calor; nestes processos a junção dos materiais
sendo soldados pode requerer ou não o uso de pressão ou de
material de adição.
Arco Elétrico
Arco Elétrico
Arco Elétrico
Arco Elétrico
Arco Elétrico
1801 Sir Humphey Davis descobre o fenômeno do arco elétrico
1836 Edmund Davy descobre o Acetileno
1885 N. Bernardos e S. Olsewski depositam patente do processo de soldagem por arco elétrico
1889 N.G. Slavianoff e C. Coffin substituem o eletrodo de grafite por arame metálico
1901 Fouché e Picard desenvolvem o primeiro maçarico industrial para soldagem oxiacetilênica
1903 Goldschmidt descobre a solda aluminotérmica
1907 O. Kjellberg deposita a patente do primeiro eletrodo revestido
1919 C. J. Halsag introduz a corrente alternada nos processos de soldagem
1926 H.M. Hobart e P.K. Denver utilizam gás inerte como proteção do arco elétrico
1930 Primeiras normas para eletrodo revestido nos EUA
1935 Desenvolvimento dos processos de soldagem TIG e Arco Submerso
1948 H.F. Kennedy desenvolve o processo de soldagem MIG
1950 França e Alemanha desenvolvem o processo de soldagem por feixe de elétrons
1953 Surgimento do processo MAG
1957 Desenvolvimento do processo de soldagem com arame tubular e proteção gasosa
1958 Desenvolvimento do processo de soldagem por eletro-escória , na Rússia
1960 Desenvolvimento de processo de soldagem a laser, nos EUA
1970 Aplicados os primeiros robôs nos processos de soldagem
Contexto Histórico
Um arco elétrico é resultante de uma ruptura dielétrica de um gás a qual
produz uma descarga de plasma, similar a uma fagulha instantânea,
resultante de um fluxo de corrente em meio normalmente isolante tal como
o ar.
Arco Elétrico
Arco Elétrico
Na soldagem a arco:
correntes acima de 1000 A são utilizadas no 
processo ao arco submerso
mais comuns valores da ordem de 101 a 102 A 
Para valores mais baixos de corrente, descargas 
elétricas associadas a valores de tensão muito 
superiores àqueles comuns com o arco podem 
ocorrer
Embora estas formas de descarga
elétrica não tenham aplicação atual na soldagem a 
arco (a descarga luminescente é utilizada, por 
exemplo em processos de nitretação iônica)
CARACTERISTICAS TÉRMICAS DO ARCO ELÉTRICO
O arco elétrico de soldagem tem uma
alta eficiência na transformação de
energia elétrica em energia térmica.
Pode ser estimado a partir de seus
parâmetros elétricos pela equação:
Perfil térmico (isotermas) de um arco de 
soldagem, aberto com um eletrodo não 
consumível de Tungstênio e uma peça de 
Cobre refrigerada a água e separados entre 
si por 5 mm, em atmosfera de gás inerte.
Sopro magnético
Desvio do arco da sua posição normal de operação
(tende a acorrer de forma intermitente)
- Similar a uma chama sendo soprada
Causa: A distribuição assimétrica do campo magnético por variações bruscas
na direção da corrente elétrica ou arranjo assimétrico do material
ferromagnético em torno do arco (junta).
• Prejudica a penetração e a uniformidade do cordão
• causa a instabilidade do arco
• dificultam a operação
Podem ser minimizados adotando algumas medidas:
• Inclinar o eletrodo para lado para qual se dirige o arco;
• Soldar com arco mais curto;
• Usar uma corrente de soldagem mais baixa quando possível e;
• Usar corrente alternada pois o efeito do sopro é menor.
Sopro magnético
Fontes de Energia
• Aplicação energia concentrada na junta para obter
fusão localizada (e menor ZTA possível).
• A fonte transfere energia à junta através da área de
contato (A0).
• Elevada condutividade térmica (k) dos metais e do
grande gradiente térmico na região adjacente, o
calor tende a se difundir rapidamente para
restante da peça
• Consequência: dificulta a fusão da região e afeta
termicamente regiões mais afastadas desta.
Fontes de Energia
A fonte deve fornecer energia a uma taxa suficientemente elevada e em uma área
suficientemente pequena para garantir a fusão na região da junta, antes que o calor se
difunda.
Define-se a potência específica (Pesp) de uma fonte de energia como:
E é a quantidade de energia gerada
pela fonte
η é o rendimento térmico da fonte, isto
é, a fração da energia que é transferida
para a peça
t é o tempo de operação
Fontes de Energia
A energia gerada pela fonte depende fundamentalmente de sua natureza.
No caso de fontes elétricas como o arco elétrico, a energia gerada por unidade de tempo é
dada pelo produto da tensão (V) e a corrente (I).
Para processos de soldagem a arco:
Fontes de Energia
Fontes de Energia
Fontes de Energia
De uma forma geral, para ser útil na soldagem por fusão, uma fonte precisa ter uma
potência específica entre cerca de 106 e 1013 W/m2.condições mais favoráveis ao corte do que à
soldagem
maçarico de aquecimento ou uma manta 
térmica que
A soldagem a arco exige um equipamento capaz de fornecer tensões e corrente cujos
valores se situam, em geral, entre 10 e 40V e entre 10 e 1200 A.
Requisitos básicos:
• produzir saídas de corrente e tensão nos valores desejados e com características
adequadas para o processo de soldagem;
• permitir o ajuste destes valores de corrente e/ou tensão para aplicações específicas;
• variar a corrente e tensão durante a operação de acordo com os requerimentos do
processo de soldagem e aplicação.
Fontes de Energia
Fontes de Energia
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