Processo de Arco Submerso (SAW/121) — Guia Técnico Completo
Introdução e Campo de Aplicação
O processo de Arco Submerso (SAW — Submerged Arc Welding), designado 121 pela ISO 4063, é um processo de soldadura por fusão em que o arco elétrico se forma entre um elétrodo de fio contínuo e a peça, totalmente coberto por uma camada de fluxo granular. O arco não é visível — está literalmente submerso no fluxo, o que confere ao processo características únicas.
O SAW é o processo com a maior taxa de deposição de todos os processos por arco elétrico (até 25 kg/h em configurações multi-fio) e a maior eficiência térmica (η ≈ 0,99 segundo o AWS Welding Handbook), tornando-o ideal para soldaduras longas, retas, de grande secção e em posição plana ou horizontal.
É amplamente utilizado em construção naval, vasos de pressão, tubagem de grande diâmetro, estruturas offshore, pontes e torres eólicas.
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Princípio de Funcionamento
O processo SAW segue esta sequência operacional:
| Etapa | Descrição |
|---|---|
| 1 | O fluxo granular é depositado à frente do arco, cobrindo a zona de soldadura |
| 2 | O fio contínuo é alimentado automaticamente para a junta |
| 3 | O arco funde o fio, o material base e parte do fluxo, formando escória líquida |
| 4 | A escória solidifica sobre o cordão, protegendo-o durante o arrefecimento |
| 5 | O fluxo não fundido é recuperado por aspiração e reutilizado |
A proteção do banho de fusão é assegurada exclusivamente pelo fluxo — não há gás de proteção externo. A escória formada tem funções metalúrgicas (desoxidação, adição de elementos de liga) e funções de proteção (contra a oxidação atmosférica e controlo da taxa de arrefecimento).
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Variantes do Processo segundo a ISO 4063
A ISO 4063 classifica diversas variantes do arco submerso:
| Nº ISO 4063 | Designação | Tipo de Elétrodo |
|---|---|---|
| 121 | SAW com fio sólido | Fio sólido (mais comum) |
| 122 | SAW com fita (strip cladding) | Fita metálica para revestimento |
| 124 | SAW com pó metálico | Fio + adição de pó no fluxo |
| 125 | SAW com fio fluxado | Fio tubular com fluxo interno |
As configurações de elétrodos mais utilizadas industrialmente são:
| Configuração | Descrição | Taxa de Deposição Típica |
|---|---|---|
| Fio único (single wire) | 1 elétrodo, 1 fonte | 5–10 kg/h |
| Tandem (twin arc) | 2 elétrodos em linha, 2 fontes | 10–18 kg/h |
| Multi-fio (multi-wire) | 3–5 elétrodos, fontes independentes | 15–25 kg/h |
| Fita (strip) | Fita larga para revestimento | 8–15 kg/h (cladding) |
Na configuração tandem, o primeiro arco (DC+) assegura a penetração e o segundo arco (AC) faz o enchimento, permitindo velocidades de soldadura até 3 m/min em espessuras finas.
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Classificação de Fluxos — EN ISO 14174
O fluxo é o consumível mais crítico no processo SAW. A norma EN ISO 14174 classifica os fluxos segundo vários critérios:
Por método de fabrico
| Tipo | Fabrico | Características |
|---|---|---|
| Fundido (F) | Matérias-primas fundidas em forno, solidificadas e trituradas | Grãos vítreos, homogéneos; higroscópicos; boa consistência; limitados em adição de desoxidantes e ferroligas |
| Aglomerado (B) | Pós misturados com ligante (silicato de sódio/potássio), granulados e secos a 400–800 °C | Podem incorporar ferroligas e desoxidantes; menos higroscópicos; menor consumo de corrente |
| Sinterizado (S) | Similar ao aglomerado mas sinterizado a temperatura mais elevada | Maior resistência mecânica dos grãos; menor absorção de humidade |
| Misturado (M) | Mistura mecânica de dois ou mais tipos | Permite ajuste fino de propriedades |
Por índice de basicidade (BI)
O índice de basicidade classifica o comportamento metalúrgico do fluxo:
| Classificação | BI (Boniszewski) | Efeito no Cordão |
|---|---|---|
| Ácido | BI < 1,0 | Bom aspeto superficial; escória fácil de remover; menor tenacidade |
| Neutro | 1,0 ≤ BI ≤ 1,2 | Equilíbrio entre aspeto e propriedades mecânicas |
| Básico | BI > 1,2 | Melhor tenacidade ao impacto; menor teor de oxigénio no cordão; escória mais difícil de remover |
| Altamente básico | BI > 2,0 | Máxima tenacidade; usado em vasos de pressão e aplicações criogénicas |
BI = (CaO + MgO + BaO + SrO + Na₂O + K₂O + Li₂O + CaF₂ + 0,5(MnO + FeO)) / (SiO₂ + 0,5(Al₂O₃ + TiO₂ + ZrO₂))
Cuidados com o fluxo
| Parâmetro | Requisito |
|---|---|
| Armazenamento | Local seco, temperatura >10 °C acima da ambiente, HR < 50% |
| Secagem (aglomerados) | 250–350 °C durante 2–4 h antes de utilizar (se exposto à humidade) |
| Secagem (fundidos) | Geralmente não necessária (vítreos, baixa absorção) |
| Reutilização | Fluxo recuperado deve ser peneirado e misturado com fluxo novo (máx. 50/50) |
| Contaminação | Nunca misturar fluxos de marcas/tipos diferentes |
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Classificação de Combinações Fio-Fluxo — EN ISO 14171
A norma EN ISO 14171 classifica as combinações fio sólido + fluxo para soldadura de aços não ligados e de grão fino. A classificação segue o formato:
ISO 14171-A (sistema baseado na resistência à tração):
Exemplo: S 50 4 AB S2
| Posição | Significado | Exemplo |
|---|---|---|
| S | Fio sólido para arco submerso | S |
| 50 | Resistência à tração mínima em MPa (×10) | 500 MPa |
| 4 | Energia absorvida 47 J a −40 °C | −40 °C |
| AB | Tipo de fluxo (A=ácido, B=básico, AB=neutro) | Neutro |
| S2 | Classificação do fio sólido | S2 |
Fios sólidos mais comuns
| Designação | Composição típica (%) | Aplicação |
|---|---|---|
| S1 | 0,06–0,14 C; 0,80–1,25 Mn | Aços de construção geral |
| S2 | 0,06–0,14 C; 1,40–1,85 Mn; 0,15–0,35 Si | Aços estruturais, vasos de pressão |
| S3 | 0,06–0,14 C; 1,40–1,85 Mn; 0,45–0,75 Si | Maiores requisitos de desoxidação |
| S4 | 0,06–0,14 C; 1,65–2,20 Mn; ≤ 0,50 Si; 0,30–0,60 Mo | Aços de alta resistência, serviço a alta temperatura |
Diâmetros de fio típicos: 2,0 mm; 2,4 mm; 3,2 mm; 4,0 mm; 5,0 mm.
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Parâmetros de Soldadura por Espessura
Os parâmetros variam significativamente com a espessura do material e a preparação da junta:
Juntas topo-a-topo — fio único, DC+
| Espessura (mm) | Ø Fio (mm) | Corrente (A) | Tensão (V) | Vel. Soldadura (cm/min) | Nº Passes |
|---|---|---|---|---|---|
| 6 | 2,4 | 350–400 | 28–30 | 50–70 | 1 |
| 8 | 3,2 | 400–450 | 28–31 | 45–60 | 1 |
| 10 | 3,2 | 450–500 | 30–32 | 40–55 | 1–2 |
| 12 | 4,0 | 500–550 | 30–33 | 35–50 | 1–2 |
| 16 | 4,0 | 550–600 | 31–34 | 30–45 | 2 |
| 20 | 4,0 | 550–650 | 32–35 | 25–40 | 2–3 |
| 25 | 4,0–5,0 | 600–700 | 33–36 | 25–35 | 3–4 |
| 30–40 | 4,0–5,0 | 600–750 | 33–38 | 20–35 | Multi-passe |
Juntas de ângulo — fio único
| Cateto (mm) | Ø Fio (mm) | Corrente (A) | Tensão (V) | Vel. Soldadura (cm/min) |
|---|---|---|---|---|
| 5 | 2,4 | 350–400 | 28–30 | 60–80 |
| 6 | 3,2 | 400–450 | 29–31 | 50–65 |
| 8 | 3,2 | 450–550 | 30–33 | 40–55 |
| 10 | 4,0 | 550–650 | 32–35 | 30–45 |
| 12 | 4,0 | 600–700 | 33–36 | 25–40 |
Variáveis essenciais e a sua influência
| Parâmetro | Efeito ao aumentar |
|---|---|
| Corrente (A) | Aumenta penetração e taxa de deposição; cordão mais estreito |
| Tensão (V) | Aumenta largura do cordão; cordão mais plano; maior consumo de fluxo |
| Velocidade de soldadura | Diminui penetração e largura; risco de mordeduras a velocidade excessiva |
| Diâmetro do fio | Maior diâmetro = menor penetração para a mesma corrente; cordão mais largo |
| Extensão livre do elétrodo (stick-out) | Aumenta taxa de deposição; diminui penetração (efeito Joule no fio) |
| Polaridade DC+ | Máxima penetração (70% do calor na peça) |
| Polaridade DC− | Maior taxa de deposição, menor penetração (70% do calor no elétrodo) |
| Corrente AC | Compromisso entre penetração e taxa de deposição; elimina sopro magnético |
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Preparação de Juntas para SAW
O SAW opera normalmente na posição PA (plana) ou PB (horizontal de ângulo). A preparação da junta é crítica:
| Tipo de Junta | Espessura (mm) | Ângulo Chanfro | Folga Raiz | Talão |
|---|---|---|---|---|
| I (sem chanfro) | ≤ 12 (1 lado), ≤ 16 (2 lados) | 0° | 0–1 mm | N/A |
| V | 12–30 | 50–60° | 0–2 mm | 2–3 mm |
| X (duplo V) | 20–60 | 50–60° | 0 mm | 2–4 mm |
| U | > 30 | 10–20° | 0–2 mm | 3–5 mm |
| K (duplo U) | > 40 | 10–20° | 0 mm | 3–5 mm |
Para juntas sem chanfro até 12 mm, o SAW pode soldar de um só lado com backing cerâmico ou junta de suporte de fluxo, eliminando a necessidade de passe de raiz manual.
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Equipamento
O equipamento SAW é composto por:
| Componente | Função |
|---|---|
| Fonte de energia | CC (DC) ou CA (AC); fontes de 600–1500 A; curva característica de tensão constante (CC) |
| Alimentador de fio | Velocidade controlada, sincronizada com a corrente |
| Cabeça de soldadura | Guia o fio e o tubo de contacto; alinhamento com a junta |
| Tremonha de fluxo | Depósito de fluxo com válvula de controlo de caudal |
| Sistema de recuperação | Aspirador que recolhe o fluxo não fundido para reutilização |
| Sistema de deslocação | Tractor, coluna e lança, ou pórtico (dependendo da aplicação) |
Na configuração tandem, cada elétrodo tem a sua própria fonte. Tipicamente o primeiro arco opera em DC+ (penetração) e o segundo em AC (enchimento e redução de sopro magnético).
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Vantagens e Limitações
Vantagens
| Vantagem | Detalhe |
|---|---|
| Eficiência térmica máxima | η ≈ 0,99 — praticamente toda a energia vai para a soldadura |
| Taxa de deposição elevada | 5–25 kg/h dependendo da configuração |
| Qualidade metalúrgica | Excelente proteção do banho; baixo teor de hidrogénio (< 5 ml/100g com fluxo básico) |
| Sem radiação UV visível | Arco coberto pelo fluxo — não requer proteção facial específica para o operador |
| Sem salpicos | O fluxo contém todas as projeções |
| Automatização total | Processo totalmente mecanizado; excelente repetibilidade |
| Penetração profunda | Permite soldar espessuras até 16 mm sem chanfro (I-joint, 2 lados) |
Limitações
| Limitação | Detalhe |
|---|---|
| Posição de soldadura | Limitado a PA (plana) e PB (horizontal de ângulo) |
| Acessibilidade | Equipamento pesado; não aplicável em estaleiro/campo em muitas situações |
| Espessura mínima | Geralmente ≥ 5 mm (correntes elevadas em espessuras finas causam perfuração) |
| Visibilidade zero | O operador não vê o arco nem o banho — alinhamento e parâmetros devem estar corretos antes de iniciar |
| Custo do equipamento | Investimento inicial elevado comparado com SER ou MIG/MAG |
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Defeitos Típicos e Prevenção
| Defeito (Nº ISO 6520) | Causa Principal | Prevenção |
|---|---|---|
| Porosidade (2011/2012) | Humidade no fluxo; contaminação da junta (ferrugem, óleo, tinta) | Secar fluxo; limpar junta; peneirar fluxo reutilizado |
| Inclusões de escória (301) | Limpeza insuficiente entre passes; fluxo errado; velocidade excessiva | Limpar escória completamente entre passes; ajustar velocidade |
| Falta de fusão (401) | Corrente insuficiente; desalinhamento do fio; abertura de raiz insuficiente | Verificar alinhamento; aumentar corrente; corrigir preparação |
| Falta de penetração (402) | Corrente baixa; velocidade alta; folga de raiz insuficiente | Aumentar corrente; reduzir velocidade; corrigir folga |
| Mordeduras (5011/5012) | Tensão excessiva; velocidade excessiva | Reduzir tensão; reduzir velocidade |
| Fissuração a quente (100) | S e P elevados no metal base; relação W/D inadequada | Controlar composição química; ajustar parâmetros para W/D > 1,2 |
| Fissuração a frio (H₂) | Hidrogénio difusível; aço temperável; tensões residuais | Usar fluxo básico seco; pré-aquecer; controlar entrega térmica |
| Cordão assimétrico | Desalinhamento da cabeça; posicionamento incorreto | Verificar alinhamento antes de iniciar; usar sistemas de seguimento de junta |
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Aplicações Industriais
| Sector | Aplicação Típica | Vantagem Principal |
|---|---|---|
| Construção naval | Painéis de casco, convés, anteparas | Elevada produtividade em chapas longas |
| Vasos de pressão | Costuras longitudinais e circunferenciais | Qualidade metalúrgica; baixo H₂ |
| Tubagem (Oil & Gas) | Soldadura longitudinal de tubos (espiral e UOE) | Velocidade (tandem até 3 m/min) |
| Estruturas offshore | Nós tubulares, pernas de plataformas | Penetração profunda; fiabilidade |
| Torres eólicas | Virolas e flanges | Soldadura circunferencial contínua |
| Pontes metálicas | Vigas de alma cheia, tabuleiros ortotrópicos | Automatização total; repetibilidade |
| Revestimento (cladding) | Overlay de aço inoxidável sobre aço carbono | Strip cladding (Nº 122) com fita |
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Normas de Referência
| Norma | Conteúdo |
|---|---|
| ISO 4063 | Designação dos processos de soldadura |
| EN ISO 14171 | Classificação de combinações fio-fluxo para aços não ligados e de grão fino |
| EN ISO 14174 | Classificação de fluxos para arco submerso |
| EN ISO 14172 | Elétrodos revestidos para ligas de níquel |
| ISO 9692-2 | Preparação de juntas para arco submerso |
| ISO 15614-1 | Qualificação de procedimentos de soldadura |
| ISO 9606-1 | Qualificação de soldadores (SAW parcialmente mecanizado: 121, 125) |
| EN ISO 14731 | Coordenação de soldadura |
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*Artigo técnico baseado em EN ISO 14174, EN ISO 14171, ISO 4063, ISO 9692-2, AWS Welding Handbook — Metalurgia de Soldadura e Lincoln Electric — The Procedure Handbook of Arc Welding. Publicado na WeldFC Academy.*