Por que apenas a ponta do eletrodo derrete durante a soldagem a arco?

Vi no youtube algumas pessoas realizando soldagem a arco com "eletrodos consumíveis". À primeira vista, vi que a corrente flui através de todo o eletrodo e da peça de trabalho, e minha pergunta vem desse fato.

Eu acho que a peça de trabalho não derrete porque geralmente é muito maior que o eletrodo, portanto, pode dissipar o calor muito mais rapidamente. O eletrodo é mais fino, e não entendo por que o eletrodo inteiro não derrete se a corrente que passa por ele é alta o suficiente para derreter a ponta do eletrodo.

Eu pensei sobre isso e meu palpite é que ele tem algo a ver com a resistência de contato na ponta do eletrodo ser diferente da do material do eletrodo. A razão é que a potência, que é de alguma forma proporcional ao calor gerado, deve ser Mas não acho que a diferença entre os dois resistores seja alta o suficiente para explicar esse fenômeno, então eu queria saber qual parte Estou com saudades!

A resistência do eletrodo não é o que está aquecendo as coisas - é a resistência do ar ionizado no arco!

Portanto, as coisas próximas ao arco esquentam e as mais distantes não.

Quando o eletrodo é aproximado da peça de trabalho, o espaço de ar diminui a ponto de criar uma faísca quando a força do campo elétrico (em volts por metro, por exemplo) se eleva o suficiente para ionizar as moléculas de ar intervenientes.

O ar ionizado é um plasma com temperatura muito alta - alta o suficiente para derreter o eletrodo e o material da peça de trabalho.

Enquanto o soldador mantiver uma folga do comprimento certo, a força do campo elétrico será alta o suficiente para ionizar o ar dentro da folga e derreter o material próximo da haste de solda e da peça de trabalho. Algum metal também pode gaseificar e transformar o plasma também, contribuindo assim para o arco.

Se o espaço for muito grande, o plasma cessará, juntamente com qualquer soldagem.

Qualquer pessoa que tenha trabalhado com um soldador de vara (um que usa barras de solda) pode dizer que, se a folga for muito pequena, você poderá tocar a haste na peça de trabalho, poderá criar plasma suficiente no momento do contato para soldar o haste para a peça de trabalho. Nesse ponto, você tem um circuito metálico contínuo sem plasma. Ele conduzirá a mesma quantidade de corrente que faria ao fazer uma solda adequada, mas, sem o arco de plasma, nada derreterá.

Nenhuma dessas explicações tem nada a ver com a resistência do plasma. É uma função de como o plasma se forma em resposta à força do campo elétrico imposto.

Existem vários processos de soldagem que produzem calor por diferentes meios. Eu acho que a soldagem TIG é conceitualmente mais fácil de entender do que a soldagem por vara ou MIG. A explicação ajudará a entender outros processos de soldagem, por isso vou começar a explicar a soldagem TIG.

Na soldagem TIG (soldagem a arco de gás de tungstênio ou GTAW), uma fonte de alimentação de soldagem é conectada a uma tocha manual com uma ponta de tungstênio. O eletrodo negativo está conectado à tocha. O eletrodo positivo é conectado à peça a ser soldada.

Um arco é criado por um circuito na fonte de alimentação chamado iniciador de arco que produz um pulso de alta tensão e alta frequência entre a ponta de tungstênio e a peça de trabalho. O arco possui energia suficiente para remover elétrons do gás de proteção e criar um caminho de íons que conduzem eletricidade da ponta do tungstênio para a peça de trabalho. Para a soldagem tig, o gás argônio é normalmente usado desde que é barato, ioniza facilmente e é mais pesado que o ar, mantendo o oxigênio fora.

Quando o caminho do íon é concluído, a fonte de alimentação detecta a queda de tensão entre os eletrodos. Quando não há caminho ionizado entre o eletrodo e a peça de trabalho, pode haver uma diferença de 50V ou mais entre os eletrodos de tungstênio e de trabalho. Depois que o arco é iniciado, a tensão entre os eletrodos cai para cerca de 10V, dependendo do tamanho do espaço. Neste ponto, a fonte de alimentação liga a corrente de soldagem. A soldagem Tig é feita com fonte de alimentação de corrente constante.

O arco é mantido pelo aquecimento resistivo do gás de proteção. O gás ionizado atua como um resistor, onde o calor é uma função da tensão através do intervalo e da corrente através dele. A alta corrente através do gás ionizado dissipa tanto calor que o gás permanece quente o suficiente para permanecer um plasma e continua a conduzir.

O calor não é distribuído uniformemente pelo arco. Nesta configuração que acabei de descrever, os elétrons estão disparando da ponta do tungstênio e atingindo a peça de trabalho. Isso faz com que o calor se concentre na peça de trabalho. Se eu revertesse a polaridade dos eletrodos e conectasse o negativo à peça de trabalho e o positivo à tocha, teria o efeito oposto. Eu ainda receberia um arco e bastante calor, mas o calor seria focado na ponta e não na peça que eu estava tentando soldar. O resultado seria a ponta derreter em uma bola e cair. O tungstênio é usado para a ponta, pois possui o ponto de fusão mais alto de qualquer metal. Na soldagem tig, você não deseja que o eletrodo derreta e se torne parte da solda, mas em outros tipos de soldagem.

Na soldagem MIG (soldagem a arco de metal a gás ou GMAW), é isso que você deseja. Na soldagem MIG, o eletrodo é um fio condutor que é alimentado a partir de uma bobina de fio em alta velocidade. O fio derrete e se torna parte da solda. A polaridade é invertida para que o fio seja positivo e a peça de trabalho seja negativa. Você não precisa de um iniciador de arco com o MIG.

Quando você pressiona o gatilho da tocha mig, o alimentador de arame começa a empurrar o fio para fora. Quando o fio entra em contato com o trabalho, ele atua como um resistor e se aquece. Quanto maior a aderência do fio, mais resistência ele terá e produzirá uma queda de voltagem diferente através dele.

Devido à alta corrente através do fio, o fio derreterá e queimará novamente. Isso produz uma pequena folga entre o trabalho e o fio, onde há tensão suficiente para ionizar. Isso cria um arco. Sem entrar em detalhes de diferentes processos MIG (transferência de curto-circuito, gotejamento e spray), esse processo se repete essencialmente. O fio faz contato. Aquece e derrete de volta. Atinge um arco e depois entra em contato novamente. Etc.

A peça de trabalho geralmente precisa derreter também (mas não muito, ou você obtém uma inovação de material); caso contrário, você não teria uma forte conexão mecânica. Você considera a espessura, a massa térmica e a condutividade térmica da peça de trabalho, ajustando a corrente e a taxa de alimentação do material. E como Marcus Müller já disse: não se trata da resistência dos eletrodos.