1. Prof. Hélio Padilha

2. O arco elétrico
• O arco elétrico é a fonte de calor
mais utilizada na soldagem por
fusão de materiais metálicos,
pois apresenta uma combinação
ótima de características,
incluindo uma concentração
adequada de energia de fusão
localizada do metal de base,
facilidade de controle, baixo
custo relativo do equipamento, e
um nível aceitável de risco à
saúde dos operadores.

3. O arco elétrico
• O arco elétrico consiste de uma
descarga elétrica, sustentada através de
um gás ionizado, a alta temperatura,
conhecido como plasma, podendo
produzir energia térmica suficiente para
ser usado em soldagem, pela fusão
localizada das peças a serem unidas.
• Para soldagem a arco, correntes acima
de 1000A são utilizadas no processo a
arco submerso e da ordem de 1A ou
inferiores no processo microplasma. Os
valores mais comuns, em soldagem, são
da ordem de 10 a 100A.

4. O arco elétrico
• Em soldagem, o arco, em geral,
opera entre um eletrodo plano, ou
aproximadamente plano (a peça), e
outro que se localiza na
extremidade de um cilindro (o
arame, vareta ou eletrodo), cuja
área é muito menor do que a do
primeiro. Assim, a maioria dos
arcos de soldagem têm um formato
aproximadamente cônico ou “de
sino”.

5. Características elétricas do arco
• Eletricamente, o arco de
soldagem pode ser
caracterizado pela diferença de
potencial entre as suas
extremidades e pela corrente
elétrica que circula pelo
mesmo.
• As regiões de queda anódica e
catódica são caracterizadas
pelos elevados gradientes
térmicos e elétricos e as somas
das quedas de potencial nessas
regiões é aproximadamente
constante, independente das
condições de operação do arco.
e-ions+
V  (Va Vc)  E.la

6. Características elétricas do arco
• A diferença de potencial entre as
extremidades dos arco, necessária
para manter a descarga elétrica,
varia com a distância entre os
eletrodos, chamada de
comprimento de arco (la), com a
forma, tamanho e material dos
eletrodos, composição e pressão do
gás na coluna de plasma e corrente
que atravessa o arco, entre outros
fatores.
• A figura ao lado mostra a variação
da tensão no arco com a corrente de
soldagem . Esta curva é conhecida
como “característica estática do
arco”.

7. Características elétricas do arco
• O plasma é constituído por moléculas, átomos, íons e
elétrons. Destes, os dois últimos são responsáveis pela
passagem de corrente elétrica no arco. Assim, a
estabilidade do arco está intimamente ligada às
condições de produção de elétrons e íons em grande
quantidade.
• A possibilidade de ocorrência de diferentes
mecanismos de emissão de elétrons junto com
diferenças de composição, forma e temperatura dos
eletrodos faz com que a polaridade dos eletrodos
influencie significativamente a estabilidade do arco e
outras características operacionais do processo de
soldagem.

8. Características elétricas do arco
• A estabilidade do arco é importante tanto do ponto de vista
operacional quanto da qualidade da solda. Um arco instável
é mais difícil de ser controlado pelo soldador, já que este
precisa de maior habilidade para mantê-lo operando e
executar a solda de maneira adequada. Além disso, o
cordão de solda obtido com um arco mais instável tende a
ter uma forma mais irregular com dimensões variáveis e
pode apresentar maior quantidade de porosidade,
tornando-se muitas vezes inaceitável.

9. Características térmicas do arco
• O arco de soldagem
apresenta, em geral,
uma elevada
eficiência para
transformar energia
elétrica em térmica
e transferi-la para a
peça.
• O calor gerado num
arco elétrico pode
ser estimado, a
partir da equação:
Q V  I t
• Além de calor, o arco elétrico gera
radiação eletromagnética de alta
intensidade, nas faixas do
infravermelho, visível e ultravioleta,
devendo ser observado com filtros
protetores adequados.

10. Características magnéticas do arco
• O arco de soldagem é um condutor gasoso de
corrente elétrica. Quando comparado com um fio
metálico, tende a ser muito mais sensível à
influência de campos magnéticos.
• Campos magnéticos são criados por cargas
elétricas em movimento. Desta forma, em torno
de qualquer condutor elétrico percorrido por
uma corrente, existe um campo magnético
circular induzido por esta corrente.

11. Características magnéticas do arco
• É de essencial importância para a
soldagem a arco a força de compressão
que o campo magnético induzido pela
corrente que passa por um condutos
exerce sobre si próprio.
• No arco elétrico, esta pressão
desempenha um papel importante devido
ao formato cônico usual do arco.
• Devido a este formato, o valor de R junto
ao eletrodo é menor do que seu valor
junto à peça, onde portanto a pressão é
menor. Esta diferença de pressão induz,
no arco, um intenso fluxo de gás do
eletrodo para a peça que é independente
da polaridade e do tipo de corrente
usados e é conhecido como “jato de
plasma”.

12. Características magnéticas do arco
• O jato de plasma direciona os gases quentes
do arco contra a peça, sendo um dos
mecanismos responsáveis pela penetração da
solda. Além disso, ele garante ao arco elétrico
uma certa rigidez, e afeta a transferência de
metal do eletrodo para a poça de fusão.
• As mesmas forças magnéticas que atuam no
arco e causam a formação do jato de plasma
exercem uma influência similar na
extremidade fundida dos eletrodos
consumíveis. Estas forças tendem a
estrangular o metal (pinch) o metal líquido na
região em que seu diâmetro é menor e, desta
forma, podem contribuir para separá-lo do fio
sólido. Este efeito, particularmente para
valores elevados de corrente, pode exercer
um papel direto na transferência de metal do
eletrodo para a peça.

13. Características magnéticas do arco
• Outro efeito importante de
origem magnética é o chamado
“sopro magnético” que consiste
de um desvio do arco de sua
posição normal, de forma
intermitente, e similar a uma
chama sendo soprada.
• O sopro magnético resulta de
uma distribuição assimétrica do
campo magnético em torno do
arco, o que causa o
aparecimento de forças radiais
atuando sobre o arco e levando
à alteração de sua posição.

14. Características magnéticas do arco
• O sopro magnético pode ser
minimizado ou eliminado através de
algumas medidas simples, entre elas:
– Inclinar o eletrodo para o lado para o
qual se dirige o arco;
– Soldar com arco mais curto;
– Usar mais de uma conexão de corrente
na peça, visando balanceá-la em
relação ao arco;
– Usar corrente de soldagem mais baixa,
quando possível;
– Usar corrente alternada, pois o efeito
de sopro é menor.
a
b

16. Introdução
• A soldagem a arco utiliza uma fonte de energia projetada
especificamente para esta aplicação e capaz de fornecer tensão e
corrente, em geral, na faixa de 10 a 40V e 10 a 1200A,
respectivamente. Nas últimas três décadas, graças aos avanços dos
sistemas eletrônicos, ocorreu um grande desenvolvimento das
fontes empregadas em soldagem a arco elétrico.

17. Requisitos básicos
• Produzir saídas de corrente e tensão com
características adequadas para um ou
mais processos de soldagem;
• Permitir o ajuste de dos valores de
corrente e/ou tensão para aplicações
específicas;
• Controlar, durante a soldagem, a variação
dos níveis de corrente e tensão de acordo
com os requisitos da aplicação.

18. Características dinâmicas
• As características dinâmicas envolvem variações
transientes de corrente e tensão fornecidas pela
fonte em resposta a mudanças durante a
soldagem.
• As características dinâmicas são importantes:
– Na abertura do arco elétrico;
– Durante mudanças rápidas no comprimento do arco;
– Durante a transferência de metal através do arco;
– No caso de soldagem com corrente alternada, durante
a extinção e reabertura do arco a cada ciclo.

19. Características estáticas
• As características estáticas
da fonte são indicadas na
forma de curvas
características, obtidas
através de testes com
cargas resistivas, e que são,
muitas vezes, publicadas
pelo fabricante no seu
manual. Com base na sua
curva característica, uma
fonte pode ser classificada
como de corrente
constante ou de tensão
constante.

20. Características estáticas
• As fontes de corrente constante apresentam uma tensão em vazio
relativamente elevada (entre 55 e 85V). Na presença de uma carga, esta
tensão cai rapidamente. A inclinação da curva tende a variar ao longo
da curva, mas, na região de operação do arco, situa-se entre cerca de
0,2V e 1V/A para fontes convencionais de corrente constante.
• Fontes de corrente constante permitem que, durante a soldagem, o
comprimento do arco varie sem que a corrente de soldagem sofra
grandes alterações. Eventuais curto-circuitos do eletrodo com o metal
de base não causam, também, uma elevação importante da corrente.

21. Características estáticas
• Fontes de tensão constante fornecem basicamente a mesma tensão em toda a
sua faixa de operação. A inclinação deste tipo de fonte situa-se entre cerca de
0,01 e 0,04V. Estas fontes permitem grandes variações de corrente durante a
soldagem quando o comprimento de arco varia ou ocorre um curto-circuito.
• Este tipo de comportamento permite o controle do comprimento de arco por
variações da corrente de soldagem (a qual controla a velocidade de fusão do
arame) em processos de soldagem nos quais o arame é alimentado com uma
velocidade constante.
• Adicionalmente, o grande aumento de corrente que ocorre quando o eletrodo
toca o metal de base, facilita a abertura do arco e possibilita a transferência do
metal de adição do eletrodo para a poça de fusão durante o curto-circuito.

22. Ciclo de trabalho
• Em todas as máquinas de solda são especificadas os valores do
chamado ciclo (ou fator) de trabalho. Este fator relaciona a corrente
de soldagem utilizada e o tempo de soldagem que é permitido
utilizar a máquina de solda com arco elétrico aberto, em relação a
um tempo de 10 minutos.
t
arco
t
 100%
teste
Ct
• Assim, caso se faça uma regulagem de corrente de 150 A,
recomenda-se que num tempo de 10 minutos não se ultrapasse de
(20% X 10 minutos) = 2 minutos de arco aberto, ou seja ,
efetivamente soldando. Caso se regule a máquina com 80 A, poder-se-
ia soldar durante 6 minutos num tempo total de 10 minutos.