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Soldadura por arco é um tipo de processo de soldadura por fusão onde os metais de base são fundidos através da aplicação de calor de forma a formar coalescência. O calor necessário é fornecido por um arco eléctrico constituído entre terminais positivos e negativos de um circuito eléctrico construído com uma fonte de energia. Para fins de soldadura, o metal é feito num terminal e o eléctrodo noutro, constituindo assim o arco entre eles no circuito externo. Como os elétrons sempre fluem do terminal negativo para o positivo de qualquer circuito externo, assim, com base na conexão feita, dois casos são possíveis:

1. Electrodo é ligado com terminal negativo da fonte de potência; enquanto, metais de base são ligados com terminal positivo.
2. Os metais base são ligados com o terminal negativo da fonte de potência; enquanto que, o eléctrodo é ligado com terminal positivo.

No entanto, se a fonte de potência fornece corrente alternada (CA) então ambas as condições ocorrem uma após a outra em cada ciclo. Basicamente, as fontes de potência de soldadura por arco podem fornecer corrente do tipo CC ou CA. Algumas fontes de potência modernas também contêm a possibilidade de converter uma da outra (integradas com o conversor AC-DC), de modo que estas fontes podem fornecer energia tanto AC como DC. Portanto, a soldadura por arco pode ser realizada em qualquer uma das três polaridades seguintes; no entanto, cada uma tem algumas vantagens em relação a outras, conforme elaboradas nas seções sucessivas.

Polaridade indica a direção do fluxo de corrente (em outras palavras – elétrons) entre as placas de base e o eletrodo no circuito externo. Lembre-se que a direção do fluxo de corrente é considerada oposta ao fluxo de elétrons.

• Corrente Direta Polaridade Direta – ocorre quando o eletrodo é negativo e as placas de base são positivas. Assim os elétrons fluem da ponta do eletrodo para as placas de base.
• Corrente Direta Inverter a Polaridade – ocorre quando o eletrodo é feito positivo e as placas de base são feitas negativas. Assim, os elétrons fluem das placas de base para o eletrodo.
• Corrente Alternada Polaridade – se a fonte de energia fornece corrente alternada, então acima de dois casos ocorrerá um após o outro em cada ciclo. Em uma metade do ciclo, o eletrodo será negativo (assim as placas base serão positivas) e na metade seguinte, o eletrodo será positivo (assim a placa base será negativa). O número de ciclos por segundo depende da frequência de alimentação. Por exemplo, com uma alimentação de 60Hz, ocorrem 60 ciclos em cada segundo.

Polaridade do eletrodo de corrente contínua positiva (DCEP) em soldagem a arco

Com alimentação de corrente contínua (DC), quando o eletrodo é conectado com o terminal positivo e as placas de base com o terminal negativo, então é chamado de Polaridade Positiva do Eletrodo de Corrente Direta (DCEP) ou Polaridade Inversa de Corrente Direta (DCRP). Assim, os elétrons se liberam da placa de base e fluem em direção ao eletrodo através do circuito externo. O fluxo contínuo de avalanche de elétrons em uma pequena passagem produz o arco (fonte de calor).

Elétrons, emitindo das placas de base (polaridade negativa), são acelerados devido à presença de diferença de potencial e podem atingir o eletrodo (polaridade positiva) a uma velocidade muito alta. Ao bater, a energia cinética dos elétrons é convertida em energia térmica, o que resulta em alta geração de calor na proximidade da ponta do eletrodo. Como regra geral, considera-se que dois terços (66%) de todo o calor do arco é gerado no eletrodo; enquanto que apenas um terço (33%) do calor é gerado na placa base. Como resultado, o eletrodo derrete rapidamente e a taxa de deposição de metal aumenta (apenas para eletrodos consumíveis). Por outro lado, as placas de base não se fundem adequadamente devido à falta de calor suficiente e assim surgem vários defeitos, tais como fusão insuficiente, falta de penetração, alto reforço, etc. No entanto, o fluxo de fluxo de electrões da placa base remove óleo, revestimento, camada de óxido ou partículas de pó presentes na superfície da placa base (denominada acção de limpeza com óxido).

• Leia mais: Polaridade Inversa de Corrente Direta (DCRP) em soldagem a arco.

Vantagens da polaridade DCEP na soldadura por arco

• Melhor acção de limpeza do arco, portanto menor probabilidade de defeitos de inclusão.
• Alta taxa de deposição de volume para eléctrodo consumível, portanto soldadura mais rápida.
• Melhor desempenho na soldadura de placas finas. Reduz o nível de distorção, tensão residual, corte completo, etc.
• Suitable para unir metais com pontos de fusão baixos, como cobre e alumínio.

Desvantagens da polaridade DCEP na soldadura por arco

• Vida do eléctrodo de corda para eléctrodos não consumíveis.
• Nível mais elevado de reforço se a velocidade não for ajustada correctamente.
• Fusão insuficiente e penetração incompleta.
• Não pode fundir adequadamente placas ou metais com alto ponto de fusão.

Polaridade negativa do eletrodo de corrente contínua (DCEN) na soldagem a arco

Opposite para DCEP, quando o eletrodo é conectado com terminal negativo e placas de base com terminal positivo, então é denominado como Eletrodo de Corrente Direta Negativo (DCEN) ou Polaridade Direta de Corrente Contínua (DCSP). Assim, os elétrons fluem do eletrodo para as placas de base. Consequentemente, gera mais calor na placa de base do que no eléctrodo, reduzindo assim a taxa de deposição de metais. Também são eliminados vários defeitos causados pela fusão insuficiente do metal de base. Mas o DCEN não tem ação de limpeza, portanto podem surgir defeitos de inclusão se as placas de base não forem limpas adequadamente antes da soldagem. Os prós e contras da polaridade do DCEN são discutidos abaixo.

• Leia mais: Polaridade Direta de Corrente Direta (DCSP) na soldagem por arco.
• Ler mais: Diferença entre DCEN e DCEP na soldadura por arco.

Vantagens da polaridade DCEN na soldadura por arco

• Fusão suficiente de metais de base e assim uma penetração adequada pode ser conseguida.
• Sem hipótese de inclusão de tungsténio (com soldadura TIG) e também baixo reforço.
• Melhor escolha para soldar metais com alto ponto de fusão, tais como titânio, aço inoxidável, etc.
• Placas espessas também podem ser unidas adequadamente.

Desvantagens da polaridade DCEN na soldadura por arco

• Não há ação de limpeza do arco, portanto, chances de defeitos de inclusão.
• Alto nível de distorção.
• Alta geração de tensões residuais nos componentes soldados.
• Zona afetada pelo calor de Broader (HAZ).
• Baixa produtividade devido à menor taxa de deposição.
• Não adequado para soldar placas finas.

Polaridade da corrente alternada (CA) na soldadura por arco

Polaridade CA oferece vantagens tanto da DCEN como da DCEP; no entanto, em certa medida apenas. Com a fonte de energia CA, na metade do ciclo o eletrodo torna-se negativo e na metade seguinte do ciclo, o eletrodo torna-se positivo. Este ciclo repete-se 50 ou 60 vezes num segundo, dependendo da frequência de alimentação (50Hz ou 60Hz). Algumas fontes de alimentação também fornecem provisões para alterar esta frequência.

• Ler mais: Polaridade AC na soldadura por arco.
• Ler mais: Comparação entre as polaridades DCEN, DCEP e AC da soldadura.

Vantagens da polaridade CA na soldadura por arco

• Acção moderada de limpeza do arco.
• Compatível com a maioria dos tipos de eléctrodo (mas não todos).
• Melhor fusão e penetração do metal de soldadura.
• Soldáveis para uma vasta gama de espessuras de placas.

Como a polaridade afecta o desempenho da soldadura por arco?

Polaridade é um dos factores cruciais que influenciam a qualidade das juntas soldadas. Antes da soldagem, o soldador deve selecionar a polaridade apropriada dependendo da necessidade, tipo de enchimento, tipo de eletrodo e material de base. A lista a seguir mostra os parâmetros que são comumente afetados pela polaridade da solda. Para detalhes, leia: Como a polaridade afeta o desempenho da soldagem por arco?

• Deposição de enchimento – Com o eletrodo consumível, a polaridade DCEP aumenta a taxa de deposição do metal. Leia: Qual a polaridade que dá a taxa máxima de deposição na soldadura por arco e porquê?
• A penetração da solda – a polaridade DCEN aumenta a penetração da solda. Leia: Qual a polaridade que permite uma melhor penetração na soldadura por arco e porquê?
• Limpeza da placa base-DCEP ajuda na limpeza das placas base durante a soldadura, reduzindo assim a possibilidade de defeitos de inclusão. Leia: Qual a polaridade que proporciona uma melhor limpeza do óxido na soldadura por arco e porquê?
• O DCEP reforça o modo globular de transferência de metal, aumentando assim a largura do cordão de solda.
• A polaridade HAZ-DCEN aquece as placas base rapidamente e se a velocidade não for ajustada então o HAZ torna-se mais largo.
• A aparência do cordão de solda-AC, depende muito de muitos outros factores.

Como seleccionar correctamente a polaridade de soldadura?

É de notar que a selecção da polaridade de soldadura necessita de ser considerada num grande número de factores; contudo, apenas alguns factores básicos são discutidos abaixo. Deve-se tomar o cuidado adequado para selecionar a polaridade para uma determinada aplicação.

• Se o seu metal de base é alumínio ou magnésio então DCEP é melhor opção porque ele pode romper a camada de óxido (alumina-Al2O3) presente na superfície da placa. Também o ponto de fusão do alumínio é bastante pequeno (660ºC), então a alta geração de calor perto da placa base não requer.
• Se você estiver soldando titânio ou aço inoxidável, então AC é a melhor opção, pois lhe dará todas as vantagens desejadas. Aqui o DCEN pode aumentar a zona HAZ.
• Se o material de trabalho tiver fraca emissividade de electrões ou necessitar de alta tensão para a emissão de electrões, então o DCEP é a escolha errada, pois pode resultar num arco instável.
• Se a espessura da placa base for superior (>6mm) então o DCEN é a escolha preferível. Também é necessária a preparação das bordas. Da mesma forma, para placas finas, DCEP deve ser selecionado.
• Na soldagem TIG, o uso da polaridade DCEP pode resultar na formação de esfera na ponta do eletrodo, levando a uma menor vida útil do eletrodo. Também pode resultar em defeito de inclusão de tungstênio.