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CAPÍTULO I 1 Conceitos Fundamentais Evolução da soldagem Na Pérsia (Irã) foi encontrado um pingente de ouro, indicando vestígios de peças soldadas por volta de 4.000 a.C. Na Índia, na cidade de Dehli por volta de 1.500 a. foi descoberto blocos de metais soldados por forjamento. A soldagem foi utiizada na Antiguidade e na Idade Média, na fabricação de armas e instrumentos cortantes, assim a soldagem foi durante muito tempo um processo importante na tecnologia metalúrgica. A partir do século XIX a tecnologia da soldagem teve uma mudança significativa, através das experiências de Sir Humphrey Davy (1801-1806) na aplicação do arco elétrico é do desenvolvimento de fontes produtoras de energia elétrica que possibiitaram o aparecimento dos processos de soldagem por fusão. Em 1890-N. G. Slavianoff, na Rússia é Charles Conffin, nos E.U.A. desenvolveram a Soldagem a arco com eletrodo revestido metálico nu. O dono de uma pequena oficina mecânica na Suécia, Oscar Kjelberg, inventou o processo de soldagem através de eletrodos revestidos. A idéia de Kjellberg foi um sucesso e ele resolveu fundar, no dia 12 de Setembro de 1904, uma empresa especializada em soldagem, que batizou ESAB. A Figura 1.1 apresenta um Esquema da evolução dos processos de soldagem Atualmente, mais de 50 diferentes processos de soldagem têm sido utilizados na indústria, sendo o mais importante método para a união permanente de metais. o ” ê É pm É Pane, Ê e Feixe de atras É o ê É 2o- Ê Meo vtico com vcoubmeo E ÃO e odio atômico E dor É Asminolómica co O ,essténcia lia oracao alega peanto j tão 180 1500 co Croncogia Figura 1.1 — Esquema da evolução dos processos de soldagem 2 Conceitos gerais de soldagem À soldagem consiste na operação que visa à união de duas ou mais peças, assegurando na junta soldada a continuidade das propriedades químicas, físicas e metalúrgicas, proporcionando a união ou reparo das partes metálicas através de uma fonte de calor A definição de Soldagem da American Welding Society - AWS nos diz: "Processo de união de materiais usado para obter coalescência localizada de metais e não metais, produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a utilização de pressão e/ou material de adição." Técnica de soldagem — detalhes de um procedimento de soldagem que são controlados pelo soldador ou operador de soldagem. Tensão do arco de soldagem - tensão através do arco elétrico na soldagem 2.1 Terminologia da Soldagem Soldagem , “É o processo de união de peças por fusão ou por plasticidade”. Solda É usado para identificar o resultado da operação. Metal de Adição Metal que é adicionado no processo de soldagem é chamado metal de adição. : Metal de Base O metal que irá submeter-se ao processo de soldagem é denominado metal de base. Cordão de Solda Cordão de solda é o material que fica acumulado durante uma sequência de passagens * Junta de Sobreposta EN E, Z Figura 1.5 A AN KA Ss Figura 1.6 + Junta de Aresta Chantro São aberturas ou sulcos na superfície da peça ou peças a serem unidas e que determinam o espaço para conter a solda, Um chanfro é definido por seus elementos ou características dimensionais. Os principais elementos de um chanfro são: + Face da raiz ou nariz (s): Parte não chanfrada de um componente da junta. +Abertura da raiz, folga ou fresta (f): Menor distância entre as peças a soldar. *Ângulo de abertura da junta ou ângulo de bisei (pJÂngulo da parte chanfrada de um dos elementos da junia. + Ângulo de chanfro (a ): Soma dos ângulos de bisei dos componentes da junta. ] És) bos Ir Figura 1.7 Carci E, dimensionais de chanfros usados em soldagem (s - nariz, f - fresta, r— raio do chanfro, a ângulo do chanfro e P- ângulo de bisei) = Ele é escolhido em função processo de soldagem, espessura das peças, suas dimensões e facilidades de movê-las, etc. Tipos de Chanfros mais Utilizados: Z S à im, SS meio "U" com nariz "U" com nar iz Z EZ,08: Em» S “KO sinétrico e ass métrico pm a Es k fá 4 AS “+ Z NS] Deplo “1º Duplo *Uº 2metr ISS Gu assimétrico zinbtr 00 Gu assimétrico Figura 1.8 3 Posições de Soldagem A posição da peça a ser soldada e do eixo da solda determinam a posição de soldagem, que podem ser plana, horizontal, vertical ou sobre-cabeça. Pina Horizontal Vertical Sobre cabeça Figura 1.9. Posições de soldagem para soldas de topo | | L Plana Horizontal Vertical Sobre cabeça Figura 1.10 Posições de soldagem paja soldas aw 4 Zona Termicamente Afetada A zona fundida (ZF)de uma solda é constituída pelo metal de solda que é a soma da parte fundida do metal de base e do metal de adição. A região do metal de base que tem sua estrutura e/ou suas propriedades alteradas pelo calor de soldagem é chamada de zona termicamente afetada (ZTA). A zona fundida pode ser constituída por um ou mais passes depositados segundo uma sequência de deposição, ver próxima figura, e organizados em camadas (conjunto de passes localizados em uma mesma altura no chantro). [sa] Se passo Figura 1.14 Execução de uma solda de vários passes 5 Modos de operação: 5.1 Manual — Soldagem na qual toda a operação é realizada e controlada manualmente pelo soldador. 5.2 Semi-automático - Soldagem com controle automático da alimentação de metal de adição, mas com controle manual pelo soldador do pasicigramento da tocha e de seu acionamento. 5.3 Mecanizado - Soldagem com controle automático ca alimentação de metal de adição, controle do deslocamento do cabeçote da soldagem pelo equipamento, 5.4 Automático, mas com posicionamento, acionamento do equipamento. e supervisão da operação sob responsabilidade do operador de soldagem. 5.5 Automático - Soldagem com controle automático de praticamente todas as operações necessárias. Em alguns casos, a definição de um processo como mecanizado ou automático não é fácil, em outros, o nível de controle da operação, o uso de sensores, a possibilidade de programar o processo indicam claramente um processo de soldagem automático. De uma forma ampla, os sistemas automáticos de soldagem podem ser divididos em duas classes: (A) Sistemas dedicados, projetados para executar uma operação especifica de soldagem, basicamente com nenhuma flexibilidade para mudanças e (B) Sistemas com Robôs, programáveis e apresentado uma flexibilidade relativamente grande para alterações no processo. 6 Classificação dos processos de soldagem conforme norma AWS. O processo de soldagem deve ter as seguintes qualidades, segundo Holderoft: onde cada processo de soldagem deve preencher estes requisitos: + Gerar uma quantidade de energia capaz de unir dois materiais similares ou não. + Remover as contaminações das superfícies a serem unidas. + Evitar que o ar atmosférico contamine a região durante a soldagem + Propiciar o controle da metalurgia de soldagem, para que a solda alcance as propriedades desejadas, sejam elas físicas, químicas ou mecânicas. Capítulo II 2 Fontes de Energia para a Soldagem a Arco 2.1 Introdução: Fontes de energia para soldagem a arco voltaico (ou, simplesmente, máquinas de soldagem) são responsáveis pela alimentação da energia elétrica ao processo. Entretanto, as fontes.exercem grande influência sobre o desempenho de um processo de soldagem (qualidade e produtividade). Desta forma, um maior conhecimento das características e princípios de funcionamento das fontes de energia é condição necessária para todos aqueles que tm intenção de trabalhar com soldagem. A soldagem a arco trabalha tipicamente com valores de tensão e corrente que estão entre 10 e 40V e entre 10 e 12004, respectivamente. Além disso, uma fonte deve apresentar uma série de características específicas necessárias para a operação adequada do processo (ou processos) de soldagem a arco para o qual ela foi desenvolvida. Em particular, para poder ser usada em determinados processos de soldagem, uma fonte pode necessitar de acessórios e de equipamentos auxiliares, tais como cabos e tochas específicas, ignitor de alta freglência (para a abertura do arco, processo TIG) e alimentador de arame (para os processos MIGIMAG e arco submerso, por exemplo). Em função destas características e de outros aspectos, como a sua capacidade e detalhes construtivos, uma fonte do tipo industrial para soldagem a arco pode custar entre cerca de US$500,00 e US$30.000,00. Se equipamentos para mecanização ou automação do processo de soldagem forem considerados, o custo de um sistema pode de soldagem ficar muito acima dessa faixa. Nas últimas duas décadas, tem ocorrido um vigoroso desenvolvimento no projeto e construção de fontes para soldagem com a introdução de sistemas cletrônicos de controle nestes equipamentos. Baseado nestes desenvolvimentos recentes, pode-se separar as fontes em máquinas convencionais, cuja tecnologia básica vem das décadas de 50 e 60, e em máquinas "eletrônicas! ou modernas, de desenvolvimento mais recente (décadas de 70 à 90). As fontes fabricadas no Brasil são, com poucas exceções, convencionais. Em países do primeiro mundo, a situação é bastante diferente. No Japão por exemplo, fontes para os processos TIG e MIG/MAG fabricadas atualmente são, na grande maioria, eletrônicas (Figura 1). Nos Estados Unidos, a partir do início da década de 90, mais da metade das fontes comercializadas para o processo GMAW eram eletrônicas. Existem trés requisitos básicos para uma fonte de energia para soldagem a arco: + produzir saídas de corrente e tensão a níveis e com caracteristicas adequadas para o processo de soldagem (baixa tensão e alta corrente); + permitiro ajuste adequado dos valores de corrente e/ou tensão para aplicações específicas; * controlar a variação e a forma de variação dos níveis de corrente e/ou tensão de acordo com os requerimentos do processo de soldagem e aplicação. alguns conceitos relativos a este tema. Ao se aplicar uma corrente elétrica de intensidade 1 em um fio condutor de comprimento infinito, gera-se em volta deste fio um fluxo magnético (9), cuja unidade, no sistema intemacional é o Weber. O sentido do fluxo é dado pela regra da mão direita, na qual o polegar indica o sentido da corrente, enquanto os demais dedos, colocados em tomo do fio, mostram o sentido do fluxo criado. O fluxo magnético é sempre representado por linhas contínuas e fechadas, ou seja, não possuem início e nem fim, corro num anel fechado. Define-se densidade de fluxo magnético (B, em Weberes/m? ou Tesla) em relação a uma superficie (A) perpendicular a elas como: B=6/A4 (Equação 1). Devido à continuidade das linhas de fluxo magnético, o número de linhas de fluxo magnético que entra em um dado volume fechado e finito é o mesmo que sai. A intensidade da densidade de fluxo magnético a uma distância perpendicular d (em m) do fio depende do meio e da corrente 1 (em A) e é dada por: B=ullad (Equação 2) onde j é a permeabilidade magnética do meio. A permeabilidade magnética do vácuo é indicada como 4 e vale 47x107 henry/m. Essa equação mostra que quanto maior a permeabilidade magnética do meio e a corrente sendo conduzida no fio e menor a distância em relação ao fio, maior « densidade de fluxo. A permeabilidade magnética pode ser pensada como a facilidade com que um material toma-se megnetizado. Este propriedade de um material pode ser expressa em relação à permeabilidade magnética do vácuo (44º = ju/4). Em relação à esta propriedade, os materiais podem ser divididos em três grupos: paramagnéticos (11* pouco superior a 1, tais como ar, alumínio), diamagnéticos (gt* pouco menor do 1, como prata, cobre) e ferromagnético (71* muito maior do que 1, tais como cobalto, aço ao carbono, superligas de níquel). Os materiais ferromagnéticos são usados na fabricação de imãs e são fortemente atraídos por estes. Muitas vezes a palavra campo magnético é empregada para denominar a densidade de fluxo, o que pode trazer alguma confusão. Para ser correto, campo magnético (Hf) é definido como a razão entre a densidade de fluxo e a permeabilidade magnética, ou seja: H=Bu (Equação 3) Desta forma, a densidade de fluxo é diretamente proporcional ao campo magnético para um dado meio (B = H49). Considerando constante, um crescimento dos fatores que aumentam H (tal como a corrente) faz com que B aumente, ou seja, o efeito de magnetização sobre um material aumenta. Entretanto, quando H aumenta acima de certos valores, 41 tende a diminuir, de modo que atinge-se uma condição em que B não aumenta mais com H (saturação magnética). Supondo agora que o fio de comprimento infinito seja enrolado em um tubo cilínárico de comprimento / com N voltas ou espiras, formando um solenóide. A densidade de fluxo no centro do cilindro é dada por: B=uNI, (Equação 4), ou seja, quanto maior o número de espiras ou a corrente, maior a densidade de fluxo magnético. 2.3 Indutores - Um indutor consiste basicamente de uma bobina enrolada sobre um núcleo que, na maioria das vezes, é um material ferromagnético (livro do boff), como mostra a Figura 2. O indutor armazena energia magnética e a sua função é controlar a taxa de variação da corrente em um circuito. Convencionalmente, uma bobina é chamada de Indutor quando ela está acoplada a um circuito de corrente contínua, enquanto a mesma bonina é denominada de Reator ao ser ligada em um circuito de corrente altemada. Figura 2.3 - Esquema de um Indutor Ao se aplicar uma tensão nos terminais da bobina, passará a circular uma corrente por ela. Está corrente, por sua vez, induz um fluxo magnético sobre o núcleo. Se esta corrente se tora variável com O tempo (supondo a tensão aplicada como uma onda senoidal, por exemplo), este fluxo magnético induz uma força contra eletromotriz (fc.e.m ) sobre a bobina (E), que descontêndo as perdas, se equivale à tensão aplicada. Esta £c.e.m. é dada por: E = Ldiit (Equação 5), onde L é a indutância e i a corrente instantânea. Indutância é a propriedade que tem um circuito de se opor à variação de intensidade de corrente, medida em Henry. Em uma bobina de N espiras, a indutância L é definida por: L=Ndgdl (Equação 6) Como se vê, a indutância do indutor depende do número de espiras, mas na prática depende também do material do núcleo; do espaçamento entre espiras, diâmetro do fio, geometria da bobina, número de camada de espiras c diâmetro do núcleo. Por exemplo, ao se aumentar o fluxo magnético atravessando o núcleo (ao se usar um material ferro magnético como núcleo, o qual permite a passágem do fluxo magnético mais facilmente), a indutância cresce (Equação 6). Um indutor pode ser esquematicamente representado pela Figura 3, onde Zp é a impedância dispersiva do sistema (resistência ôbmica + indutância de dispersão, ou seja, indutância devido ao campo que se perde pelo ar ao invés de circular pelo núcleo). Se Zp = 0, então V' = E. Normalmente Zp assume valores bem pequenos nos indutores reais. A impedância toial do sistema (Zn) é a impedância dispersiva acrescida da indutância da bobina. Como a impedância é a resistência à corrente, uma maior impedância leva à uma menor corrente circulando no indutor. nsidere, em um instante inicial, que a chave X esteja aberta (transformador em vazio) e que a — corrente no terminal 1 do primário é positiva e crescente. O valor desta corrente (lo) depende da dificuldade que o enrolamento primário oferece à sua passagem, ou seja, da impedância (item 2.2). Este cnrolamento cria um fluxo magnético (9) no sentido horário ao redor do núcleo. Este fluxo, que liga ambos enrolamentos, é chamado de fluxo mútuo e sua alternância (resultante da variação da corrente com o tempo) induz forças eletromotrizes (fem), isto é, uma tensão clétrica, nos dois enrolamentos. A força eletromotriz induzida no primário (E) é uma fem. contrária (força contra eletromotriz - £c.e.m.), a qual opõe à corrente passando no primário. A força eletromotriz induzida no secundário (E;) pode entregar energia a partir do secundário, e praticamente independe da corrente que circule no secundário. A fem. induzida em cada enrolamento do transformador é dada por E = 4,44 x 10 * ga F N [volis), onde & é o valor instantâneo máximo do fluxo em 2227? maxwells, F é a fregiência em ciclos por segundo (Hz) e N é o número de voltas no enrolamento. Como 4, é comum aos dois enrolamentos, a força induzida em cada enrolamento quando não há carga no secundário é proporcional aos múmeros de espiras (N) de cada, ou seja : Es Ma UE EO» (Equação 7). Mesmo com a chave X aberta (sem carga), a corrente Jo (chamada de corrente de excitação) que flui no primário (proporcional à impedância do primário) e que produz um fluxo 6, também produz perdas no núcleo devido à histerese e correntes parasitas. A perda por histerese (Pj) em um iransfotinador corresponde à energia dada pela área A da Figura 5 que é dissipada como calor e pode ser estimada pela Equação 8 (livro do José Carlos), onde Ks é um coeficiente que depende do material do núcleo, B o valor máximo da indução no núcleo (= glárea do núcleo) e F é a frequência. Já a perda por corrente parasitas se deve ao consumo de potência causado pela resistência oferecida à passagem das correntes induzidas no núcleo (correntes de Foucault). Esta perda (Ps) pode ser estimada pela Equação 9 (livro do José Carlos), onde F é a fregiência, B o valor máximo da indução no núcleo e d a espessura das lâminas que formam o núcleo. Pu=ksBF (Equação 8) Pe=22x10º PB (Equação 9) Figura 2.45 - Efeito da histerese do fluxo magnético em uma bobina, onde I (0) é () são a variação da corrente e do fluxo magnético, respectivamente, no tempo e nas duas polaridades A escolha do material do núcleo é de fundamental importância para reduzir Py. Por este motivo, O ferro silício é o material normalmente escolhido para transformadores de maior porte 3 ôu qualidade (Ks em tomo de 1, de 34 1 j Observa-se ainda que P; é diretamente proporcional ao quadrado da espessura do núcleo. Está é a . razão do múcleo, ao invés de ser maciço, ser formado por lâminas muito finas, paralelas ao campo magnético e eletricamente isoladas. A frequência e a indução devem ser mantidas baixas para também reduzir as perdas no núcleo. Com o devido projeto do transformador e o dimensionamento dos fios do enrolamento (tornando a perda por efeito Joule - RF - no cobre desprezível), a perda de eficiência de um transformador (perdas no núcleo + perdas nos enrolamentos) é normalmente baixa (1 a 2 %), ou seja, 0 seu rendimento é elevado c a potência de entrada é aproximadamente igual à potência de saída. Uma corrente (hn) passa a circular no secundário quando a chave X é fechada (transformador sob carga). Pela lei de Lenz2, a direção da corrente no secundário é de tal forma a se opor 20 fluxo fi. Desta forma, esta corrente no secundário vai gerar um fluxo em sentido oposto ao fluxo gerado pela corrente quando a fonte (kh) estava em vazio. Então gera-se uma corrente no primário (11), a qual vai produzir um fluxo que se opõe ao fluxo gerado pele corrente , de tal forma a anulá-lo, tornando o campo resultante igual ao fluxo proporcionado quando à fonte estava em vazio. A Figura 6 ilustra este fenômeno vetorialmente, ou seja, o fluxo gerado no enrolamento 1 deve-se opor é anular o fluxo gerado no enrolamento 2. - Figura 2.6 - Representação vetorial do fluxo magnético no enrolamentos primário devido à corrente em vazio (gy) é devido à corrente causada pela carga no secundário, (95) no secundário e(9)) no primário. O ângulo a é função da impedância. Em termos práticos, do ponto de vista de transformadores, pode-se assumir a área onde o fluxo magnético circula, a permeabilidade magnética e o comprimento dos enrolamentos constantes e iguais. Pelo exposto e deicordo com a Equação 4, se o número de espiras em cada enrolamento for igual, a corrente para gerar 0 fluo oposto precisa ser igual (11 = 1). Desta forma, a relação | x N no secundário requerida quando uma carga é acionada (X ligado) tem de ser balanceada por uma relação / x N no primário de igual valor e sentido contrário. A corrente de excitação é pequena comparada com a corrente requerida pela carga (/, >> ly) e são normalmente defasadas no tempo. Então, pode-se dizer que: E 2 % (Equação 10). Outra forma mais simplista de se chegar à Equação 10 seria considerar que a 2 - A lei de Lenz estabelece que uma £e.m. induzida tem um sentido tala opor a própria causa de sua geração, ou seja, se a corrente aumenta no lado positivo do ciclo, a £.e.m. aumenta no sentido negativo. 4 resistência. Similarmente, indutores também não são perfeitos. Eles apresentam alguma resistência. Ou seja, partes reais têm tanto resistência como indutância. Desta forma, fontes de soldagens reais apresentam defasagem que não são nem de zero e nem de 90 graus. O valor da defasagem depende da resistência e da indutância do equipamento. Uma defasagem o mais próximo possível de 90 graus é particularmente importante em fontes de soldagem trabalhando em CA (ver característica dinâmica de fontes), como nas soldagens TIG de alumínio ou com eletrodos revestidos. Por outro lado, esta defasagem pode criar alguns problemas para os fsbricantes de fontes de soldagem, problemas estes ligados ao conceito de Fator de Potência. A queda de tensão devido a um indutor não é consumida e não realiza trabalho. É simplesmente armazenada no circuito na forma de campo magnético. O Fator de Potência de uma fonte traduz o quanto da potência é usada para realizar trabalho. Teoricamenre, um circuito resistivo puro é dito ter um FP = 1, ou seja, toda potência elétrica é convertida em trabalho (na forma de geração de calor), Um circuito teoricamente indutivo é dito ter um FP = 0, não usendo potência alguma para realizar trabalho. Circuitos reais têm um FP entre O e 1, Fatores de potência são mais popularmente representados por ângulo, na forma de cosg, ou seja é varia de 90º a 0º, respectivamente. A companhia fomecedora de eletricidade requer um FP próximo de 1(cos q =0º), pois um baixo FP significa que grande parte da energia entregue não é utilizada para realizar trabalho. Um FP alto faz melhor uso da capacidade de potência da rede. E Uma fonte de soldagem com um cosó = 0,96 é típica de equipamentos para MIG, cujas indutâncias são baixas. Equipamentos para TIG ou eletrodo revestido apresentam cosé em tomo de 0,6. Para se comigir o FP é simples, bastando-se lembrar que os capacitores trabalham de modo oposto aos indutores, ou seja, eles fazem com que a corrente se antecipe à tensão. Desta forma, capacitores são usados para contra-balancear o efeito dos indutores. Porém, capacitores são caros e a correção dos FP das fontes de soldagem fica somente entre 0,8 a 0,9. 2.6 Características Operacionais de Fontes para Soldagem 2.6.1 Característica Estática de Fontes para Soldagem a Arco 2.6.1,1 Conceituação e Analogia com a rede pública Característica Estática de um equipamento será aqui definido como o comportamento em regime do mesmo, quando submetido a cargas variadas (resistivas, capacitivas ou indutivas). Este “comportamento é quantificado pelo par de ordenadas tensão (V) e corrente (1) e visualizado em gráficos, onde na abcissa se encontra a corrente, e na ordenada se encontra a tensão. A característica estática, desta forma, se diferencia da chamada característica dinâmica, a qual determina a resposta da fonte quanto ao comportamento transiente da corrente c da tensão em relação ao tempo. A visualização da característica dinâmica se dá geralmente em gráficos de corrente e tensão versus o tempo, comumente chamados de oscilogramas (como o visor de um osciloscópio). Para facilitar a compreensão do significado de uma característica estática, vamos usar algo bem familiar; considerando uma tomada da rede elétrica residencial como fonte de energia e estando nenhuma carga ligada a esta fonte (fonte em vazio), a colocação dos cabos de um multimetro nos bomes da tomada levará à indicação de uma corrente igual a zero é uma tensão igual à da tensão da rede pública local (por exemplo 220 V). Adicionando agora cargas (lâmpadas, aquecedores, cre.) progressivamente nesta tomada, o valor da tensão permanecerá o mesmo, enquanto o valor da corrente crescerá proporcionalmente, até o valor máximo que à instalação residencial pode fomecer (geralmente determinada pelo fusível ou disjuntor). Traçando-se agora um gráfico V x I com os dados obtidos, uma reta paralela ao eixo das abcissas será obtida (Figura 6), indicando uma característica desta fonte, ou seja, tensão constante. Desta forma, se a rede pública pudesse ser usada diretamente como fonte de soldagem, ela seria classificada como uma fonte com característica estática do tipo tensão constante, Outros exemplos de fonte do tipo tensão constantes seriam as baterias de carros ou mesmo os transformadores tratados no item 2, os quais reduzem ou levam a intensidade da tensão da rede pública, mas fornecendo caracteristicamente tensão constante. Não tão familiares, porém, são outros. tipos de fontes ditas corrente constante. Neste caso, a fonte fomece uma corrente sempre constante e, analogamente, o aumento de carga representa um aumento de tensão. - Sendo assim, as fontes de energia elétrica se classificam quanto à característica estática em Tensão Constante e Corrente Constante. 2.6.1.2 Características Estáticas das Fontes de Soldagem (CEF) As fontes de soldagem a arco voltaico compõem uma categoria especial das fontes de energia elétrica, caracterizando-se principalmente por fornecerem baixa tensão de trabalho (normalmente entre 10 e 40 V) e altas correntes (comumente entre 50 e 1000 A). Da mesma forma das fontes genéricas, as fontes de soldagem também se identificam por características estáticas, classificando-se como Fontes do Tipo Tensão Constante e Fontes do Tipo Corrente Constante (também conhecidas como fontes tombantes). Uma associação americana que normaliza equipamentos elétricos, The National Electrical Manufactures Association - NEMA, em uma publicação específica para fontes de soldagem (O) (5) GS ARE = o il | * Tensão (V) Vi 1 L L Corrente (A) figura 2.8 - Levantamento da Característica Estática da rede pública, como fonte de energia. Es Embora o somatório das Equações 11, 12 e 13 dê a magnitude da perda de tensão . no circuito, elas não indicam a relação entre as fases. Em geral, para qualquer número de clementos em série, se R é a resistência total e X a reatância total (X = Xi - Xc) a impedância total (Z4) e o angulo de fase (0) é dado por: le=VRi +" (Equação 14) e O=arctg X/R (Equação 15) o Em fontes de soldagem, R é muito pequeno e C é adicionado no circuito para reduzir O (ângulo de defasagem entre I e V). O valor de L é o responsável, então, pela impedância total, que naturalmente afeta a tensão no terminais do secundário, já que AV = 1 [Zy). Desta forma, quanto maior a corrente, maior a queda de tensão (menor a tensão disponível) no secundário, Este fato é que justifica a inclinação da curva de característica estática denominada tensão constante de uma fonte com controle eletromagnético (sem retroalimentação), Figura 10(2). À introdução de um indutor extra em série permite também alterar o valor da tensão disponível no secundário ou até mudar o formato da característica estática da fonte, passando para a denominada corrente constante (Figura 10(b)). avi > MO mviA Comenta) (a) U) Figura 2.10 - Curvas típicas de Característica Estíftica de Fontes eletromagnéticas sem controle (retroalimentação) Para detalhar melhor o que se entende por "tensão ou corrente relativamente constante", considera-se uma fonte como corrente constante quando apresenta uma variação maior que 200 mVIA na faixa de 20 a 30 volts, enquanto uma fonte é dita tensão constante quando apresentar variação menor do que 50 mV/A em qualquer condição de regulagem. Estas variações são devidas às limitações construtivas. E As características estáticas das fontes (CEF) de soldagem representam, assim, O comportamento delas em regime de carga, para um determinado ajuste. Para cada ajuste existe uma curva, ou seja, uma característica estática. Como visto, nas fontes do tipo tensão constante, é possível ajustar a tensão, enquanto nas fontes do tipo corrente constante, ejusta-se a corrente. Este ajuste pode ser contínuo, quando a posição das curvas características são ajustadas por pequenos incrementos, ou por escalões ("taps"), para o qual este incremento é maior e não permite a fixação de valores intermediários a cada escelão. A Figura 17 ilustra painéis de fontes com sjustes de características continuas e por escalões, 'O levantamento das CEF de qualquer fonte pode ser feito medindo-se os pares de corrente e tensão em finção da variação da carga. Esta variação de carga pode ser tanto a própria variação da distância porta-eletrodo/peça (fontes corrente constante), como a variação da velocidade de alimentação do eletrodo (fontes tensão constantes). Entretanto, devido à dificuldade de manter o arco estável quando se varia muito- os parâmetros, um método mais preciso é usar cargas resistivas (resistores da alta potência ou cuba eletrolítica) ao invés do arco. A Figura 11 ilustra as características estáticas levantadas de um equipamento comercial. (Figura 2.11 - Desenho Esquemático de painéis de fontes com ajuste dal garacterística estática contínua (a) e por escalões (b). 20 
