BRPI0709945A2

BRPI0709945A2 - eletrodo dotado de núcleo metálico para soldagem de passe de raiz aberta

Info

Publication number: BRPI0709945A2
Application number: BRPI0709945-2A
Authority: BR
Inventors: Steven R Peters
Original assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2011-08-02
Also published as: US20070241087A1; EP2010353A4; CN101421069A; EP2010353A2; BRPI0709945B1; CN101421069B; EP2010353B1; PL2010353T3; WO2007120408A2; US7397015B2; WO2007120408A3

Abstract

<B>ELETRODO DOTADO DE NúCLEO METáLICO PARA SOLDAGEM DE PASSE DE RAIZ ABERTA<D>A presente invenção refere-se a um processo e um aparelho de formação de um filete de solda em um vão entre as extremidades espaçadas de pelo menos um objeto a soldar. O vão inclui uma raiz aberta. Um eletrodo dotado de núcleo metálico tendo uma bainha metálica e materiais de núcleo é usado para o filete de solda na raiz aberta. Os materiais de núcleo incluem pouco ou nenhum agente formador de escória. O eletrodo dotado de núcleo metálico é avançado a uma determinada taxa de alimentação de arame, no sentido da raiz aberta, para soldar as extremidades entre si, enchendo, pelomenos parcialmente, a raiz aberta em um primeiro passe de solda. Uma corrente de soldagem tendo uma forma de onda controlada é usada. A forma de onda inclui uma sucessão de ciclos de soldagem, tendo cada um uma parte de curto-circuito e um eletrodo dotado de núcleo metálico, para fazer com que o eletrodo dotado de núcleo metálico funda e seja transferido para as extremidades na raiz aberta, para formar um filete de raiz. O filete de raiz formado tem pouca ou nenhuma escória na superfície superior do filete de raiz. Um gás de proteção é usado para proteger, pelo menos parcialmente, o metal em fusão na raiz aberta da atmosfera.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELETRODODOTADO DE NÚCLEO METÁLICO PARA SOLDAGEM DE PASSE DE RA-IZ ABERTA".

A presente invenção refere-se a um processo de soldagem emcurto-circuito e, mais particularmente, a um processo de soldagem em curto-circuito de uma raiz aberta, e, ainda mais particularmente, a um processo desoldagem em curto-circuito de uma raiz aberta por uso de um eletrodo dota-do de núcleo metálico, e, especialmente, a um processo de soldagem emcurto-circuito de uma raiz aberta por uso de um eletrodo dotado de núcleometálico e com uma fonte de energia específica, conhecida na indústria dasoldagem como o soldador a arco elétrico STT.INCORPORAÇÃO POR REFERÊNCIA

A soldagem a arco elétrico em curto-circuito tem sido usada parasoldar grandes chapas para muitas aplicações específicas de soldagem. Es-se tipo de soldagem a arco elétrico em curto-circuito é vendido pela The Lin-coln Electric Company de Cleveland, Ohio com o nome comercial STT e édescrita nas patentes U.S. 4.972.064, 5.001.326, 5.742.029, 5.981.906,6.051.810, 6.160.241, 6.204.478, 6.215.100 e 6.274.845, todas sendo aquiincorporadas por referência. Esse soldador a arco elétrico em curto-circuitoúnico ficou uma fonte de energia muito popular, quando da soldagem de ex-tremidades espaçadas de uma ou mais peças em trabalho, tal como a for-mação de um tubo ou a soldagem de seções de tubos entre si, quando dadisposição de linhas de tubos no campo. A implementação de um processode soldagem de tubos, utilizando o soldador a arco elétrico em curto-circuitoúnico, é descrita nas patentes U.S. 5.676.857 e 5.981.906, que são incorpo-radas por referência no presente relatório descritivo. Essas patentes e o ma-terial descrito nelas definem o soldador STT da The Lincoln Electric Com-pany, e a sua aplicação na soldagem de chapas, tais como, mas não-limitadas a, seções de tubos, e essas patentes são incorporadas por refe-rência no presente relatório descritivo, como informações de antecedentes,de modo que essa tecnologia conhecida não precisa ser repetida. Certosconceitos relativos ao uso de um eletrodo dotado de núcleo de fundente e/ouao uso de soldagem de polaridade reversa pelo soldador STT são descritosnas patentes U.S. 5.961.863, 6.051.810, 6.160.241, 6.204.478, 6.215.100 e6.274.845. Essas patentes da técnica anterior são também incorporadas porreferência no presente relatório descritivo, como informações de anteceden-tes e para tecnologia, que também não precisam ser repetidos para que apresente invenção seja entendida.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Muitos fabricantes de produtos metálicos soldados usam a juntaa topo de raiz aberta para unir duas peças metálicas entre si. Os fabricantessão também forçados a soldar juntas de um lado, quando o acesso a ambosos lados é indesejável, ou às vezes mesmo impossível. Além do mais, asjuntas de raiz aberta são geralmente empregadas quando o uso de materiaisde apoio de junta é impossível.

Dentro da solda de topo, o primeiro passe, ou passe de raiz, éfreqüentemente o mais difícil de fazer e é ainda também a solda mais críticada junta, em função do filete de solda, produzido por esse primeiro passe,servir como a face do filete no lado posterior da solda. O passe de raiz éconsiderado difícil, porque tem o menor acesso, sendo mais longe posteriorno fundo da junta. Também, é feito em uma raiz aberta, sem qualquer supor-te de um apoio metálico do metal base ou de solda prévia. O único suporteda solda vem das extremidades chanfradas finas em qualquer um dos ladosda junta. Uma solda de raiz aberta é considerada como a mais crítica, por-que o reparo dos defeitos não pode ser geralmente feito no lado posterior dasolda. Em muitas implementações de estruturas soldadas, se ainda existempequenos defeitos no filete de raiz, pode resultar falha prematura da solda.

Vários fabricantes soldam, com sucesso, juntas de topo de raizaberta de um lado. As aplicações incluem soldagem de tubos no campo eem oficinas de fabricação, soldagem de formas estruturais e chapas nasquais o acesso ao lado posterior é impossível. Como esperado, o passe deraiz da solda de raiz aberta deve ser soldado em procedimentos um poucomais lentos do que nos outros passes subseqüentes. Isso garante que o a-cabamento e a qualidade da solda desejada sejam obtidos. Muitas dessassoldas são feitas de posições requerendo procedimentos ainda mais lentos,para obter os resultados desejados. Freqüentemente, ocorre um gargalo deprodução perto do completamento desse passe de raiz de soldas de raizaberta.

Conseqüentemente, há uma necessidade para um eletrodo e umprocesso de soldagem, que produzam um filete de raiz de alta qualidade deuma junta de topo de lado único, de uma maneira relativamente simples eeficiente em tempo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um processo e a um aparelhode soldagem a arco em curto-circuito de uma ou mais chapas metálicas en-tre si. A presente invenção é particularmente dirigida à soldagem de chapasmetálicas, tendo, geralmente, um perfil plano ou semiplano, por um processode soldagem de raiz aberta; no entanto, vai considerar-se que o aparelho e oprocesso de soldagem podem ser usados para soldar outros tipos de chapasmetálicas entre si, tais como, mas não-limitado a, as bordas de duas seçõesde tubos, etc. O processo e o aparelho de soldagem a arco em curto-circuitopodem ser usados para soldar a uma ou mais chapas entre si, para formarum filete de raiz entre as chapas metálicas; embora, a invenção tenha apli-cações mais amplas e possa ser usada para soldar vários objetos metálicosentre si, de vários modos. Em uma concretização não-limitante, a presenteinvenção é dirigida a um aparelho e a um processo para disposição de umprimeiro filete em uma junta de raiz aberta de um processo de soldagem dechapas. Em outra e/ou em uma concretização alternativa não-limitante, apresente invenção é dirigida à soldagem de uma raiz aberta, com força dearco reduzida ou pequena, no centro da raiz aberta, e produz uma boa pene-tração nas bordas das chapas metálicas. Em mais uma outra concretizaçãoe/ou em uma concretização alternativa não-limitante, a presente invenção édirigida a um processo e a um aparelho para enchimento de uma raiz aberta,entre chapas metálicas, e para obtenção de uma boa penetração por toda asolda. Esses processo e aparelho podem usar uma fonte de energia de co-mutação de alta freqüência, tal como, mas não-limitado a, um soldador PO-WERWAVE STT, oferecido pela The Lincoln Electric Company. Embora ainvenção vá ser descrita com referência particular a esse tipo de soldador aarco elétrico, para uso na formação de um filete de raiz entre chapas metáli-cas, o soldador STT ou outros soldadores a arco elétrico podem ser usados para encher o vão entre as chapas metálicas, após completamento do passede raiz aberta. Como tal, as camadas metálicas soldadas subseqüentes, quesão formadas após o filete de raiz, podem ser formadas pelo mesmo tipo desoldador ou por outro tipo de processo de soldagem (por exemplo, aspersãode alto pulso térmico, etc.). O processo de soldagem pode ser um processode soldagem semi-automático ou automático, quando da formação de umaou mais camadas metálicas soldadas.

De acordo com um aspecto não-limitante da presente invenção,propociona-se uma ou mais chapas, tais como, mas não-limitadas geralmen-te a chapas metálicas planas ou duas seções de tubos, que são posiciona- das conjuntamente e formam uma ranhura ou raiz aberta entre as extremi-dades da uma ou mais chapas metálicas, um eletrodo dotado de núcleo me-tálico consumível, um gás protetor para proteger, pelo menos parcialmente,a área em torno da raiz aberta da atmosfera, e uma fonte de energia queinclui um circuito de corrente de soldagem, que aplica uma corrente de sol- dagem com um perfil de forma de onda particular pela raiz aberta entre auma ou mais chapas metálicas.

De acordo com um outro e/ou um aspecto alternativo não-limitante da presente invenção, as bordas de uma chapa metálica ou as bor-das de duas ou mais chapas metálicas podem ser alinhadas conjuntamente por uso de grampos e/ou outros dispositivos de alinhamento, de modo a mi-nimizar o grau de deslocamento das bordas. Os grampos e/ou as outras dis-posições de alinhamento também, e/ou mantêm alternativamente a uma oumais chapas metálicas conjuntamente, pelo menos até que um filete de raizseja aplicado à raiz aberta entre a uma ou mais chapas metálicas. Em umaconcretização não-limitante da invenção, as bordas da uma ou mais chapasmetálicas são alinhadas de modo que existe um pequeno vão na raiz aberta,que é formado pela uma ou mais chapas metálicas. Em um aspecto não-Iimitante desta concretização, o vão é inferior a cerca de 10 mm. Em um ou-tro e/ou em um aspecto alternativo não-limitante desta concretização, o vãopelo menos cerca de 0,5 mm. Em mais um outro e/ou em um aspecto alter-nativo não-limitante desta concretização, o vão é pelo menos cerca de 1mm. Em ainda um outro e/ou em um aspecto alternativo não-limitante destaconcretização, o vão é de até cerca de 5 mm. Em mais um outro e/ou em umaspecto alternativo não-limitante desta concretização, o uso de grampose/ou outros dispositivos de alinhamento minimiza ou elimina o grau de desa-Iinhamento das bordas da uma ou mais chapas, que formam a raiz abertaentre as chapas metálicas, de modo a aperfeiçoar a qualidade do filete desolda formado. Em um aspecto não-limitante desta concretização, o grau dedesalinhamento das bordas da uma ou mais chapas metálicas, que formama raiz aberta, são de até cerca de ± 4 mm. Em um outro e/ou em um aspectoalternativo não-limitante desta concretização, o grau de desalinhamento dasbordas da uma ou mais chapas metálicas, que formam a raiz aberta, são deaté cerca de ± 2 mm. Em mais um outro e/ou em um aspecto alternativonão-limitante desta concretização, o grau de desalinhamento das bordas dauma ou mais chapas metálicas, que formam a raiz aberta, são de até cercade ± 1 mm.

De acordo com mais um outro e/ou em um aspecto alternativonão-limitante da presente invenção, um carro de soldagem pode ser propor-cionado para uso no passe de raiz, durante a formação do filete de raiz. Ocarro de soldagem é geralmente usado para a soldagem de tubo, embora,esse não seja necessário. Como pode se considerar, o carro de soldagempode ser usado para passes adicionais do eletrodo consumível, para enchero vão entre a chapa metálica, após aplicação do filete de raiz. Em uma con-cretização não-limitante da invenção, o carro de soldagem pode ser usadopara formar o filete de raiz, durante a soldagem conjunta de duas seções detubos. Nessa disposição, o carro de soldagem pode se estender pelo menoscerca de 909 em torno da circunferência da ranhura ou vão, entre as seçõesdos tubos. Em um aspecto não-limitante desta concretização, o carro de sol-dagem pode se estender pelo menos cerca de 1809 em torno da circunfe-rência da ranhura ou vão, entre as seções dos tubos. Em outro aspecto não-Iimitante desta concretização, o carro de soldagem pode se estender pelomenos cerca de 360e em torno da circunferência da ranhura ou vão, entre asseções dos tubos. O carro de soldagem é geralmente projetado para se mo-vimentar ou deslizar ao longo de um trilho, na medida em que se movimentaem torno de uma parte ou da circunferência completa da ranhura ou vão en-tre as seções dos tubos. Um ou mais carros de soldagem podem ser usadospara formar o filete de raiz. O trilho é tipicamente posicionado em torno dae/ou fixado na periferia de uma ou de ambas as seções dos tubos. O carrode soldagem inclui, tipicamente, um motor de acionamento, que permite queo carro de soldagem se movimente ao longo do trilho, pelo menos parcial-mente em torno da circunferência da ranhura ou do vão, a uma velocidadedesejada. A velocidade de movimento do carro de soldagem ao longo dotrilho pode ser constante ou variável. O carro de soldagem pode incluir ummecanismo, que movimenta controlavelmente o eletrodo dotado de núcleoconsumível no sentido e/ou para longe da ranhura ou vão, durante o proces-so de soldagem. O mecanismo para controlar o movimento do eletrodo do-tado de núcleo pode ser integrado com ou separado do mecanismo, paramovimentar controlavelmente o carrinho em torno da ranhura ou vão, duran-te o processo de soldagem. As configurações e/ou operações não-limitantesdo carro de soldagem, que podem ser usadas de acordo com a presenteinvenção, são descritas nas patentes U.S. 5.677.857 e 5.981.906, ambassendo incorporadas por referência no presente relatório descritivo.

De acordo com mais um outro e/ou um aspecto não-limitante dapresente invenção, o circuito de corrente de soldagem, usado para o filete deraiz na ranhura ou vão, formado pelas chapas metálicas, pode incluir umprimeiro circuito e um segundo circuito. O primeiro circuito pode ser usadopara controlar o fluxo de corrente durante a condição de curto-circuito, naqual o metal em fusão na extremidade do eletrodo dotado de núcleo consu-mível é basicamente transferido para uma piscina de metal em fusão dentroda ranhura ou vão, por uma ação de tensão superficial. Em uma concretiza-ção não-limitante da invenção, o primeiro circuito pode ser projetado paraproduzir uma corrente de transferência que inclui um alto pulso constritivo decorrente pelo metal em fusão em curto, que ajuda a facilitar a transferênciado metal em fusão do eletrodo para a piscina de solda. O segundo circuitopode ser projetado para formar uma corrente de fusão. Em uma outra e/ouem uma concretização alternativa da invenção, a corrente de fusão pode terum alto pulso de corrente, que é passado pelo arco de soldagem para fundiro metal na extremidade do eletrodo dotado de núcleo consumível, quando oeletrodo é espaçado da piscina de soldagem. Em um aspecto não-limitantedesta concretização, o alto pulso de corrente pode ter um grau pré-selecionado de energia ou vatagem, que é usado para fundir um volume re-lativamente constante de metal na extremidade do eletrodo dotado de núcleoconsumível. Em um outro e/ou em um aspecto alternativo desta concretiza-ção, o segundo circuito do circuito de corrente de soldagem pode proporcio-nar um alto reforço de energia, durante a parte inicial da condição de forma-ção de arco. O alto reforço de corrente pode ter uma área ou energia pré-selecionada l(t), para fundir um volume relativamente constante de metal naextremidade do eletrodo dotado de núcleo metálico consumível, quando oeletrodo dotado de núcleo metálico é espaçado da piscina de soldagem,embora, isso não seja necessário. A energia criada durante o reforço deplasma é tipicamente suficiente para criar uma bola metálica geralmente es-férica, tendo um diâmetro de não mais do que cerca de duas vezes o diâme-tro do eletrodo dotado de núcleo metálico, embora, seja possível considerarque outras formas e/ou tamanhos da bola de metal em fusão podem ser ob-tidas durante o reforço de plasma. Em mais um outro e/ou aspecto alternati-vo não-limitante desta concretização, o segundo circuito do circuito de cor-rente de soldagem pode proporcionar corrente ao eletrodo dotado de núcleoconsumível, de modo que, após a alta corrente de reforço de plasma de cor-rente inicial, a alta corrente seja mantida por um período de tempo e depoisreduzida. Em uma disposição não-limitante, a alta corrente pode ser mantidapor um período de tempo pré-selecionado. Em uma outra e/ou disposiçãoalternativa não-limitante, a redução em corrente pode ser obtida por decai-mento da corrente por um período de tempo, até que a quantidade desejadade energia ou vatagem seja aplicada ao eletrodo, para fundir o volume dese-jado do eletrodo, embora, seja possível considerar que a redução em corren-te pode ser obtida em outros ou modos adicionais. Em mais uma outra e/ouconcretização alternativa não-limitante da invenção, o circuito de corrente desoldagem pode limitar a quantidade de energia dirigida ao eletrodo consumí-vel, de modo a impedir a fusão desnecessária das extremidades das chapasmetálicas, durante a aplicação do filete de solda e/ou impedir que o filete desolda fique muito quente durante a soldagem, para, desse modo, inibir ouimpedir que o metal em fusão passe pelo vão entre as extremidades daschapas metálicas. Em ainda uma outra e/ou concretização alternativa não-limitante da invenção, o circuito de corrente de soldagem pode incluir umcircuito para produzir uma corrente de fundo. A corrente de fundo pode seruma corrente de baixo nível, que é mantida pouco acima do nível necessáriopara sustentar um arco, após o término de uma condição de curto-circuito. Acorrente de fundo pode ser mantida durante o ciclo de soldagem, para ga-rantir que o arco não seja inadvertidamente extinto durante a soldagem, em-bora, isso não seja necessário. Em ainda uma outra e/ou concretização al-ternativa não-limitante da invenção, a corrente de soldagem pode incluir umcontrolador, que é projetado para deslocar a polaridade da corrente, duranteo processo de soldagem, para obter um calor de poça de solda desejado. Apolaridade pode ser deslocada durante um ciclo de soldagem, e/ou após umou mais ciclos de soldagem terem sido completados. Quando do uso de umprocesso positivo de eletrodo de um soldador em curto-circuito, tal como,mas não-limitado a, um soldador STT, a poça do objeto a soldar pode estarmuito quente, e o resfriamento da poça requer tempo, para permitir que ofilete de solda seja retirado da ranhura ou vão. Por conseguinte, o processode soldagem em curto-circuito, tal como, mas não-limitado a, um processoSTT, pode reduzir a corrente de fundo, para reduzir o calor na poça. Essaredução em corrente de fundo diminui a quantidade de calor no processo desoldagem total. Como tal, o processo de soldagem em curto-circuito, tal co-mo, mas não-limitado a, um processo STT, pode ser projetado para comutarentre a polaridade negativa do eletrodo usual e a polaridade negativa do ele-trodo durante o processo de soldagem, para ajustar a quantidade de calordirigida à poça de solda. Dessa maneira, o calor para a poça de solda podeser controlado sem alterar o nível da corrente de fundo, embora, seja possí-vel considerar que o ajuste do nível da corrente de fundo pode ser tambémusado. O calor da poça de solda pode ser, desse modo, controlado a umatemperatura selecionada por ajuste da razão da solda do eletrodo negativopara o eletrodo positivo.

De acordo com mais um outro e/ou um aspecto não-limitantealternativo da presente invenção, o circuito de soldagem pode ser projetadode modo a compensar as variações no espaçamento da ranhura ou vão en-tre as chapas metálicas. Em uma concretização não-limitante da invenção, avariação na largura da ranhura ou vão, durante a disposição do filete de raizinicial, pode ser determinada pela expulsão instantânea do eletrodo consu-mível. Quando da soldagem de uma junta de raiz aberta, tendo um vão quevaria em largura, a poça de metal em fusão tem uma tendência de formarbarriga pelo vão, quando a ranhura ou vão é larga. Esse fenômeno físicoresulta em um aumento na expulsão do arame. Quando a ranhura ou vão émais estreito, o filete de raiz inicial não penetra até a ranhura ou vão, dessemodo a expulsão do eletrodo consumível é menor. Como tal, a medida daexpulsão instantânea do eletrodo consumível pode ser usada para medir otamanho relativo da ranhura ou vão, entre as chapas metálicas, durante oprocesso de soldagem. A medida de expulsão pode ser usada para determi-nar as variações necessárias no calor da poça. Em um aspecto não-limitantedessa concretização, a corrente de soldagem pode ser aumentada, quandoo tamanho da ranhura ou vão detectado é estreito e a corrente pode ser di-minuída quando o tamanho da ranhura ou vão detectado for largo. Em outroe/ou um aspecto não-limitante alternativo dessa concretização, a detecçãodo tamanho da ranhura ou vão pode ser usada para inibir ou impedir que apoça de solda caia pela ranhura ou vão. Na medida em que o tamanho dovão aumenta, a poça de solda tende a cair pelo vão. O início desse eventopode ser alcançado por sentimento de um aumento na expulsão do eletrodo.Essa maior expulsão pode ser usada para reduzir o calor da poça de solda,por redução da corrente de solda para o eletrodo consumível, provocando,desse modo, que a temperatura da poça de solda diminua. A diminuição natemperatura da poça provoca, por sua vez, a solidificação parcial ou total dometal em fusão, inibindo ou impedindo, por sua vez, o metal de cair ou pas-sar pelo vão, (isto é, controle do reforço do lado posterior do vão, sem acú-mulo excessivo). Quando a largura da ranhura ou vão é reduzida, a expulsãode eletrodo sentida é também reduzida, uma vez que o metal em fusão temuma tendência muito menor de passar pelo vão. Por conseguinte, a poça emfusão começa a acumular-se na parte de topo do vão, desse modo, uma di-minuição na expulsão é sentida. Quando essa diminuição na expulsão doeletrodo consumível é sentida, o circuito de soldagem pode ser projetadopara fazer com que a corrente aumente para, desse modo, aumentar o calorna poça de metal em fusão. A poça mais quente pode fazer com que o metalna poça melhor penetre no vão estreito, para provocar fusão adequada dasextremidades das chapas metálicas ao longo da profundidade do vão. A cor-rente para o eletrodo consumível pode ser aumentada ou diminuída, poraumento ou diminuição da corrente de fundo e/ou da corrente de reforço deplasma de corrente, embora, seja possível considerar que outras correntespodem ser usadas. Em outro e/ou em um aspecto alternativo não-limitantedessa concretização, o perfil da largura da ranhura ou vão pode ser obtido.Quando um processo de soldagem por serpentina ou tecedura é usado, oeletrodo consumível se movimenta transversalmente pelo vão, durante oprocesso de soldagem pelo vão, desse modo, a extensão do eletrodo variana medida em que o eletrodo consumível se aproxima das paredes diver-gentes formando a junta. A medida da expulsão pode ser usada para pro-porcionar informações relativas à posição da cabeça da solda, na medidaem que movimenta as ranhuras longitudinais transversalmente no processode soldagem de raiz aberta. Essas informações de perfil da ranhura ou vãopodem ser usadas para controlar um ou mais parâmetros de soldagem (porexemplo, corrente de soldagem, direção da cabeça de solda, velocidade dedeslocamento do carro, etc.). A velocidade de deslocamento da ponta desoldagem pode ser também, ou alternativamente, controlada pelas determi-nações de expulsão. Por exemplo, quando a expulsão fica muito curta, avelocidade de deslocamento pode ser aumentada, e quando a expulsão émuito longa, a velocidade de deslocamento pode ser diminuída. Como pode-se considerar, uma ou mais propriedades do filete de raiz podem ser medi-das por outros ou meios alternativos (por exemplo, varredura de laser, análi-se de corrente parasita, etc.). Em mais um outro e/ou um aspecto alternativonão-limitante dessa concretização, a medida da expulsão do eletrodo con-sumível pode ser usada para rastrear a soldadura. As informações de expul-são sentidas podem ser usadas pelo mecanismo que movimenta a cabeçada solda para trás e para frente, durante o processo de soldagem. A posiçãoexterna da cabeça da solda pode ser detectada como uma diminuição naexpulsão do eletrodo. Quando a cabeça da solda se movimenta para a parteexterna da ranhura ou vão, a expulsão é pequena. Na medida em que o ele-trodo consumível é movimentado pelo vão, a expulsão do eletrodo vai variar,tipicamente, em comprimento, com o mais curto na região externa do vão.Na medida em que o eletrodo consumível atinge um lado do vão, o eletrodoconsumível é invertido para se movimentar no sentido do outro lado do vão.Durante esse processo, a expulsão do eletrodo vai tipicamente aumentar edepois diminuir. O uso dessas informações de expulsão pode ser feito paracontrolar o mecanismo da cabeça de solda, por sinalização quando o movi-mento transversal do eletrodo consumível ou cabeça de solda deve ser inter-rompido e/ou invertido. Essa ação pode ser usada para gerar um modelo deserpentina ou tecedura da cabeça de solda, durante a operação de solda-gem, e permitir rastreio da junta. Em mais um outro e/ou um aspecto alterna-tivo não-limitante dessa concretização, a energia ou calor de soldagem parao eletrodo consumível pode ser alterado por medida da expulsão do eletrodoconsumível. Como tal, o eletrodo consumível é movimentado no vão, aquantidade de energia ou calor de soldagem para o eletrodo consumível po-de ser alterada em locais selecionados no vão. Por exemplo, quando daformação de um filete de raiz em um vão, a geometria das chapas metálicaspode ser tal que mais ou menos calor é necessário em certos locais no vão.A medida da expulsão do eletrodo consumível pode ser usada para alterarou ajustar a energia ou calor de soldagem, durante a formação do filete deraiz. Em mais um e/ou um aspecto alternativo não-limitante dessa concreti-zação, a expulsão medida do eletrodo consumível pode ser usada para ras-trear a soldadura, durante um passe de solda, de modo que o movimento dacabeça da solda pode ser, pelo menos parcialmente, controlado pelo cami-nho do vão. O caminho atravessado pela cabeça de solda, em um passe aolongo do vão, pode ser armazenado na memória. Como tal, os passes desolda subseqüentes do equipamento de soldagem automático ou semi-automático podem ser duplicados das informações do vão armazenadas doprimeiro passe. Como pode-se considerar, as informações armazenadaspodem ser, parcial ou inteiramente, atualizadas com cada passe, embora,isso não seja necessário. Em um outro e/ou um aspecto alternativo não-limitante dessa concretização, a expulsão do eletrodo consumível pode sermedida rapidamente e usada em um programa de software de microproces-sador, para selecionar uma forma de onda de corrente desejada de uma ta-bela de consulta, ROM, RAM, cálculo matemático PROM, outro algoritmo,etc. Essas informações podem ser então usadas para ajustar a corrente dasolda ao nível desejado, ditado pela expulsão sentida do eletrodo consumí-vel.

De acordo com um outro e/ou um aspecto alternativo não-limitante da presente invenção, o eletrodo dotado de núcleo consumível in-clui um mais metais de liga no núcleo, de modo a obter uma composição defilete de solda que é similar à composição da, ou da composição que se de-seja para a, uma ou mais chapas metálicas que estão sendo soldadas entresi. Um filete de solda tendo uma composição, que é bastante similar à com-posição da uma ou mais chapas metálicas, forma um filete de solda de altaqualidade, durável, forte. O uso de uma bainha metálica, que inclui um oumais agentes de liga metálicos, pode ser também feito, para facilitar no ajus-te da composição do filete de solda formado, para obter as característicasdesejadas do filete de solda, embora, isso não seja necessário. Em umaconcretização não-limitante da invenção, a bainha é formada de aço doce,aço de baixo teor de carbono ou aço inoxidável. Como pode-se considerar, abainha pode ser formada de outros metais. Outra e/ou uma concretizaçãonão-limitante da invenção, o eletrodo dotado de núcleo metálico inclui menosde 1 - 2 por cento em peso de agentes formadores de escória. O baixo teorou a eliminação de agentes formadores de escória no núcleo do eletrodoconsumível supera os problemas associados com a formação de raiz no file-te de raiz, ou qualquer filete de solda formado subseqüentemente. Em umaspecto não-limitante dessa concretização, o eletrodo dotado de núcleo me-tálico inclui menos de cerca de 0,5 por cento em peso de agentes formado-res de escória. Em mais uma e/ou uma concretização alternativa não-limitante da invenção, os agentes metálicos de formação de liga no núcleodo eletrodo consumível constituem cerca de 0,5 - 50 por cento em peso doeletrodo consumível. Em um aspecto não-limitante dessa concretização, osagentes metálicos de formação de liga no núcleo do eletrodo consumívelconstituem cerca de 1 - 30 por cento em peso do eletrodo consumível. Emmais uma outra e/ou uma concretização alternativa não-limitante da inven-ção, o tamanho do eletrodo dotado de núcleo metálico e/ou a configuraçãoda bainha metálica do eletrodo dotado de núcleo metálico podem ser sele-cionados para reduzir a quantidade de força de arco elétrico no centro doarco, durante o processo de soldagem. A redução da força de arco no centrodo arco reduz a tendência do arco de soldagem de força o metal em fusão,que forma o metal de solda de raiz pela ranhura ou vão. A direção de umamaior quantidade da corrente de arco, na região externa do eletrodo dotadode núcleo, metálico pode resultar em uma menor força de arco e um disposi-tivo de varredura mais amplo do arco elétrico. O dispositivo de varreduramais amplo do arco elétrico pode resultar em uma maior quantidade do me-tal em fusão do eletrodo consumível sendo colocada nos ressaltos ou bordasdo vão de solda opostos ao centro da ranhura ou vão, desse modo, o en-chimento aperfeiçoado da ranhura ou vão pode ser obtido com uma menortendência do metal em fusão ser forçado pela ranhura ou vão. Em um as-pecto não-limitante dessa concretização, o tamanho do diâmetro do eletrododotado de núcleo metálico consumível, para uso na formação de um filete desolda raiz em um vão, é pelo menos cerca de 0,7 mm (0,03125 polegada).Em outro e/ou um aspecto alternativo dessa concretização, o tamanho dodiâmetro do eletrodo dotado de núcleo metálico consumível, para uso naformação de um filete de solda raiz em um vão, é pelo menos cerca de 1,6mm (0,0625 polegada). Em mais um outro e/ou um aspecto alternativo dessaconcretização, a razão de tamanhos do tamanho do diâmetro do eletrododotado de núcleo metálico consumível para a largura do vão é pelo menoscerca de 0,1 : 1. Em mais outro e/ou um aspecto alternativo dessa concreti-zação, a razão de tamanhos do tamanho do diâmetro do eletrodo dotado denúcleo metálico consumível para a largura do vão é pelo menos cerca de 0,1-2 : 1. Em mais um outro e/ou um aspecto alternativo dessa concretização, arazão de tamanhos do tamanho do diâmetro do eletrodo dotado de núcleometálico consumível para a largura do vão é pelo menos cerca de 0,25 : 1,4 :1. Em mais um outro e/ou um aspecto alternativo dessa concretização, arazão da espessura da parede da bainha metálica para o diâmetro do eletro-do dotado de núcleo metálico é inferior a cerca de 0,9 : 1. Por seleção deuma certa espessura de parede de bainha, uma maior densidade de corren-te do arco elétrico, ao longo da região externa do eletrodo consumível é ob-tida, promovendo, desse modo, a saída em leque do arco elétrico (por e-xemplo, aumento do dispositivo de varredura do arco) e a redução na forçano centro do arco elétrico. Em mais um outro e/ou um aspecto alternativodessa concretização, a razão da espessura da parede da bainha metálicapara o diâmetro do eletrodo dotado de núcleo metálico é inferior a cerca de0,2-0,8: 1.

De acordo com mais um outro e/ou um aspecto alternativo não-limitante da presente invenção, um gás de proteção é usado durante a for-mação do filete de raiz. O gás de proteção é usado para proteger, pelo me-nos parcialmente, o metal de solda em fusão de elementos e/ou compostosadversos na atmosfera. Em uma concretização não-limitante da invenção, ogás de proteção inclui dióxido de carbono, argônio, hélio, e/ou outros gasesinertes ou substancialmente inertes. O gás de proteção pode também incluiroxigênio. Em um aspecto dessa concretização, o gás de proteção inclui umagrande parte de dióxido de carbono. Em outro e/ou um aspecto alternativodessa concretização, o gás de proteção inclui uma grande parte de dióxidode carbono e argônio. Em mais um outro e/ou um aspecto alternativo dessaconcretização, o gás de proteção inclui 10 - 30% em volume de dióxido decarbono e 60 - 90% em volume de argônio.

Um objeto não-limitante da presente invenção é a provisão deum sistema e de um processo de soldagem a arco em curto-circuito, queforma um filete de solda de alta qualidade em um vão formado por uma oumais chapas metálicas.

Outro e/ou um objeto alternativo não-limitante da presente in-venção é a provisão de um sistema e de um processo de soldagem a arcoem curto-circuito, que usa um eletrodo dotado de núcleo metálico, para for-mar um filete de solda de alta qualidade em um vão formado por uma oumais chapas metálicas.

Mais um outro e/ou um objeto alternativo não-limitante da pre-sente invenção é a provisão de um sistema e de um processo de soldagema arco em curto-circuito, para aplicar uma quantidade controlada de energiaao eletrodo, para formar um filete de solda de alta qualidade em um vão for-mado por uma ou mais chapas metálicas, e, desse modo, controlar o reforçono lado posterior do vão, sem acúmulo excessivo do metal de solda no vão.

Ainda um outro e/ou um objeto alternativo não-limitante da pre-sente invenção é a provisão de um sistema e de um processo de soldagema arco em curto-circuito, para aplicar uma quantidade controlada de energiaao eletrodo, para formar um filete de solda tendo uma composição que ésubstancialmente similar à composição da uma ou mais chapas metálicassendo soldadas.

Essas e outras vantagens vão ficar evidentes para aqueles ver-sados na técnica por leitura e seguindo essa descrição, considerada em con-junto com os desenhos em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO

Faz-se, então, referência ao desenho, que ilustra uma concreti-zação que a invenção pode assumir em forma física, em que:

a figura 1 é uma vista parcial ampliada mostrando um vão entreduas extremidades de chapas metálicas e uma posição do eletrodo dotadode núcleo metálico no vão, para formar um filete de raiz;

a figura 2 é uma vista em seção transversal ao longo da linha 2 -2 da figura 1 da ponta do maçarico e do eletrodo dotado de núcleo nele;

a figura 3 é uma vista ampliada mostrando o eletrodo dotado denúcleo metálico passando pelo maçarico, móvel ao longo de uma raiz abertaentre duas chapas metálicas;

a figura 4 é uma vista similar à figura 3 com o eletrodo dotado denúcleo metálico na condição de transferência de metal, em curto-circuito;

a figura 5 é um diagrama simplificado de um soldador STT, quepode ser usado na presente invenção;

a figura 6 é um exemplo de um tipo de uma forma de onda decorrente, que pode ser usada na prática da presente invenção;

a figura 7 é um exemplo não-limitante de um ajuste para solda-gem conjunta de duas chapas; e

a figura 8 ilustra uma configuração de junta não-limitante para asduas chapas metálicas da figura 7.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um aparelho e um processo desoldagem das extremidades de uma ou mais chapas metálicas entre si, taiscomo, mas não-limitadas a, duas chapas metálicas geralmente planas, naraiz aberta entre as bordas das chapas metálicas, por uso de um eletrodoconsumível dotado de núcleo metálico, em combinação com um processo desoldagem em curto-circuito, tal como, mas não-limitado a, um processo desoldagem STT. A invenção vai ser descrita com referência particular ao usode um processo de soldagem STT para a formação de um filete de raiz naraiz aberta, que é entre as bordas de duas chapas metálicas geralmenteplanas ou duas seções de tubo, embora, considera-se que o aparelho e oprocesso da invenção não são limitados à soldagem de chapas metálicasgeralmente planas ou duas seções de tubo. De fato, o processo e o aparelhoda presente invenção pode ser usado para formar um filete de raiz, mas não-limitado a, uma costura de tubo ao longo do comprimento longitudinal de umtubo, etc.

Referindo-se agora aos desenhos, que são apresentados com afinalidade de ilustrar uma concretização não-limitante da invenção apenas enão com a finalidade de limitar a mesma, a figura 5 ilustra um sistema desoldagem a arco em curto-circuito conectado à saída de uma fonte de ener-gia de corrente contínua. O tipo preferido de soldagem em curto-circuito é otipo de soldagem por Transferência de Tensão Superficial ou STT. A dispo-sição do circuito e do controle de soldagem para esse tipo de soldagem édescrito nas cartas-patentes U.S. 4.972.064, 5.001.326, 5.742.029,6.160.241 e 6.215.100, cujas patentes são incorporadas no presente relató-rio descritivo. Portanto, apenas uma discussão geral do circuito de soldagemvai ser feita abaixo.

A forma geral da forma de onda produzida pelo soldador STT100 é ilustrada na figura 6. O soldador STT usa um pulsador descendente ouo inversor de comutação, de alta velocidade 102 com uma ligação de entra-da de corrente contínua, tendo um terminal positivo 110 e um terminal nega-tivo 112. No campo, o soldador STT ou a fonte de energia é normalmenteacionado por um gerador de motor, embora, esse não seja necessário.Quando um motor é usado, o motor, tal como um motor a gás, energiza umgerador para produzir uma corrente alternada. A corrente alternada é entãoretificada por um retificador, para formar uma corrente contínua. Um contro-lador de fase controla tipicamente o retificador para produzir uma correntecontínua substancialmente uniforme. Por simplicidade, a entrada é ilustradana figura 5, como um retificador 120, que é uma fonte de energia de entradatrifásica 122.

A saída 130 do soldador STT é usada para fundir e depositareletrodo dotado de núcleo metálico ou arame de soldagem 40 de um rolo desuprimento 132, avançando no sentido da raiz aberta 20, entre as duas cha-pas metálicas 12, 14 por um motor elétrico 134 acionado a uma velocidadeselecionada, para controlar a taxa de velocidade do arame. De acordo com aprática STT usual, um indutor relativamente pequeno 140 é proporcionadona saída 130 com um diodo de roda livre 142, com a finalidade de estabilizaro procedimento de soldagem de saída, para seguir a forma de onda. A formade onda W, mostrada na figura 6, é controlada pela voltagem na linha decontrole 150 do inversor 102. Essa linha de entrada ou controle tem umavoltagem determinada pela saída do modulador de amplitude de pulso 152,operado a uma taxa excedendo 16 kHz pelo oscilador 160. Tipicamente, ataxa de pulsos em linha 150 é substancialmente maior do que 20 kHz. Comotal, o inversor 102 transmite uma rápida sucessão de pulsos de corrente cri-ados pelo oscilador 160, a uma taxa muito alta. O modulador de amplitudede pulso 152 determina a amplitude de cada pulso de corrente do inversor102 para a saída 130. De acordo com a prática STT usual, a forma de ondaW é determinada pelo circuito de controle 200. As formas do pulso são con-troladas pelo circuito de controle, para, desse modo, criar um pulso desejadocom a corrente contínua pelos terminais de saída 130. Como pode-se consi-derar, a fonte de energia não precisa ser uma saída retificada, mas pode serqualquer outra fonte de corrente contínua adequada. Essa prática usual émostrada geralmente na figura 10 da patente U.S. 5.742.029, que é incorpo-rada por referência no presente relatório descritivo. O circuito de controle deforma de onda 200 tem uma saída com uma voltagem, que é comparada àvoltagem na linha 202. Essa voltagem de realimentação é representativa dacorrente de arco pelo eletrodo dotado de núcleo metálico 40. Uma voltagemrepresentando voltagem de arco é gerada pelo sensor de corrente 204, re-cebendo informações de corrente da derivação 206.

A forma de onda W usada na presente invenção é um ciclo desoldagem único repetido sucessivamente na medida em que o eletrodo do-tado de núcleo metálico 40 é fundido e depositado entre as chapas metálicas12, 14. A forma de onda W, de acordo com a tecnologia STT, inclui uma par-te de curto-circuito, incluindo um pulso de curto-circuito de transferência demetal 210, no qual a corrente é diminuída, quando o metal em transferênciaé eletricamente estirado e depois rompido. Após ruptura ou "fusão", a formade onda W passa para uma parte de arco ou plasma, compreendendo umacorrente de reforço ou de pico de plasma 220, tendo uma corrente máximacontrolada 220a, uma parte de diminuição ou decaimento 222 e uma partede fundo 224. A corrente de fundo é proporcionada para sustentar o arco,até o curto-circuito seguinte no ponto 226, quando a bola de metal em fusãono eletrodo dotado de núcleo metálico 40 entra em curto contra as chapasmetálicas 12, 14, ou contra o filete B enchendo a raiz aberta 20. A soldagemdas chapas metálicas 12, 14 é assim obtida pelo eletrodo dotado de núcleometálico 40 alternando-se entre uma condição de curto-circuito, quando oeletrodo dotado de núcleo metálico entra em curto com as chapas metálicas12, 14, e uma condição de formação de arco, quando o eletrodo dotado denúcleo metálico 40 é espaçado das chapas metálicas 12, 14. Durante a con-dição de formação de arco, um arco elétrico é criado entre as chapas metáli-cas 12, 14 e o eletrodo dotado de núcleo metálico 40, com a finalidade defundir e manter em fusão a extremidade do eletrodo, na medida em que eleé alimentado no sentido das chapas metálicas, para uma condição de curto-circuito subseqüente. Esse tipo de ciclo de soldagem é ilustrado esquemati-camente na figura 6. A parte de corrente de reforço ou de pico de plasma daforma de onda de corrente afeta o comprimento do arco, durante o processode soldagem e a forma de filete no vão entre as chapas metálicas. A corren-te de fundo da forma de onda de corrente pode ser usada para controlar aentrada de calor, durante o processo de soldagem, e controlar a forma defilete posterior do filete de raiz.

Durante a condição de corrente de pico ou reforço de plasma,tipicamente, um arco é criado e mantido para obter uma soldagem uniformee efetiva. O ciclo de soldagem, que é repetido várias vezes por segundo écontrolado precisamente para reduzir o borrifo várias vezes durante o ciclode soldagem. O modulador de amplitude de pulso 152 opera a uma alta fre-qüência, com uma amplitude dos sucessivos pulsos de corrente sendo de-terminada pelo circuito de controle 200. Na medida em que o sistema decontrole de realimentação demanda mais corrente no ciclo de soldagem,uma voltagem mais alta aparece em uma linha para o modulador de ampli-tude de pulso 152, para provocar um pulso mais amplo durante o pulso se-guinte do modulador de amplitude de pulso 152. Desse modo, a correntedemandada para o ciclo de soldagem é fica mudando rapidamente muitasvezes a cada segundo. Uma vez que a maior taxa do ciclo de soldagem égeralmente em tomo de 100 a 400 ciclos por segundo, muitos pulsos de atu-alização são proporcionados durante cada ciclo de soldagem.

Com referência às figuras 1 e 2, as seções das chapas metálicas12, 14 têm todas bordas que incluem uma superfície inclinada 16, 18, queforma um vão G entre as seções das chapas metálicas. O uso de uma incli-nação não é necessário. Quando uma inclinação é usada, o ângulo de incli-nação, formado por ambas as superfícies, é tipicamente em torno de 10 -909, embora, outros ângulos possam ser usados. Em uma disposição parti-cular, cada inclinação é cerca de 259, formando, desse modo, um ângulo deinclinação cumulativo formado por ambas as superfícies de cerca de 50°. Asbordas das chapas metálicas são espaçadas entre si, de modo que existeum vão G entre as bordas das chapas metálicas. A largura do vão é tipica-mente em torno de 1 - 5 mm. A espessura do metal formando cada chapametálica é pelo menos em torno de 2 mm e, tipicamente, em torno de 4 - 20mm, e, mais tipicamente, em torno de 4 -12 mm, embora, outras espessuraspossam ser usadas. As bordas das chapas metálicas são posicionadas efixadas conjuntamente, tipicamente por grampos, até que pelo menos o filetede raiz seja aplicado ao vão entre as bordas das chapas metálicas, enchen-do, desse modo, o vão G. O deslocamento das bordas da seção das chapasmetálicas é tipicamente inferior a cerca de ± 1 mm. Um terra de chapa metá-lica 17 acopla as seções das chapas metálicas para completar o circuito dearco entre o eletrodo 40 e a seção das chapas metálicas. O eletrodo 40 édirigido ao vão entre as duas seções das chapas metálicas pela ponta deeletrodo 30. Durante o ciclo de soldagem, o eletrodo 40 é alimentado pelaponta de eletrodo 30, de modo a transferir o metal em fusão na extremidadedo eletrodo para o vão entre as seções das chapas metálicas, para formarum filete de raiz.

Com referência à figura 2, o eletrodo 40 é um eletrodo dotado denúcleo consumível, que inclui uma bainha metálica externa 42 e um núcleode eletrodo 44. A bainha de eletrodo metálica 42 é feita tipicamente de aço-carbono, aço inoxidável ou algum outro tipo de metal ou liga metálica. Acomposição da bainha metálica pode ser selecionada para ser similar aocomponente metálico de base das seções das chapas metálicas, embora,isso não seja necessário. Tipicamente, a bainha metálica é formada de açodoce e a composição do eletrodo é ajustada pelo enchimento no núcleo doeletrodo. O núcleo de eletrodo 44 inclui as ligas metálicas 46 e poucos, sealguns, agentes formadores de escória. Os metais de liga incluídos no nú-cleo de eletrodo 44 são tipicamente na forma de pó metálico tendo um ta-manho de partícula médio inferior a cerca de 100 malhas. O percentual empeso dos metais de liga é tipicamente em torno de 10 - 60 por cento em pe-so do peso total do eletrodo. Os agentes de liga são selecionados tipicamen-te de modo que os agentes de liga, em combinação com a composição dabainha de eletrodo metálica 42, formam um filete de solda tendo uma com-posição substancialmente similar à composição metálica das chapas metáli-cas 12, 14, e/ou formam um filete de solda tendo propriedades mecânicasespecíficas, para uso em uma aplicação particular.

Tipicamente, o núcleo de eletrodo inclui menos do que cerca de0,5 por cento em peso de agentes formadores de escória pelo peso total doeletrodo. A ausência ou a ausência substancial dos agentes formadores deescória no núcleo de eletrodo 44 resulta em pouca, se alguma formação deescória na superfície do filete de raiz. Após o filete de raiz ter sido formado,camadas adicionais de metal de solda são tipicamente aplicadas para en-cher o vão entre as seções das chapas metálicas e completar o processo desoldagem para as seções das chapas metálicas. A existência de escória nasuperfície do filete de raiz pode interferir com a ligação do filete de soldaformado subseqüentemente no filete de raiz, desse modo, afetando adver-samente as propriedades da solda formada entre as seções das chapas me-tálicas. A escória, que fica retida entre as camadas metálicas de solda, écomumente referida como uma inclusão. Como tal, os eletrodos, que foramusados com os agentes formadores de escória e/ou incluídos nos agentesformadores de escória, deixam uma escória, que precisava ser removidaantes da aplicação das camadas metálicas de solda para encher o vão. Esseprocesso de limpeza de escória era muito intenso em tempo e em mão-de-obra, e provocava um retardo significativo no completamento do enchimentodo vão com metal de solda. O uso de um eletrodo dotado de núcleo metálicoelimina esse problema de remoção de escória, por formação de um filete deraiz que tem pouca, se alguma, escória na superfície do filete de raiz. Comotal, as camadas metálicas de solda subseqüentes podem ser diretamenteaplicadas no filete de raiz, sem limpeza prévia.

O eletrodo dotado de núcleo metálico pode ser usado tanto emprocesso de soldagem STT quanto em outros tipos de processos de solda-gem GMAW (por exemplo, soldagem pulsante em corrente contínua, solda-gem em curto-circuito, soldagem em corrente contínua, soldagem em corren-te alternada, etc.). Tipicamente, o processo de soldagem STT é usado paraformar o filete de raiz e outro tipo de processo de soldagem GMAW (por e-xemplo, soldagem por aspersão de pulso, etc.) é usado para aplicar as ca-madas metálicas de solda subseqüentes, até que o vão entre as seções daschapas metálicas encham completamente o vão. O uso de um único eletrodode solda, tanto para a formação do filete de raiz quanto para o enchimentodo vão, reduz o tempo necessário para completar a soldagem das seçõesdas chapas metálicas, elimina a necessidade para os diferentes tipos de ele-trodos para as diferentes partes do processo de soldagem, mantém a uni-formidade da composição do metal de solda durante a formação do filete desolda completo no vão, e/ou permite que o processo de soldagem seja com-pletamente automatizado com o uso de um único soldador.

Durante o processo de soldagem, um gás de proteção é usadopara proteger o metal de solda em fusão da atmosfera. O gás de proteçãoinclui, tipicamente, uma combinação de dióxido de carbono e argônio gaso-sos. Em uma mistura não-limitante, o gás de proteção inclui cerca de 18 -20% em volume de dióxido de carbono e cerca de 80 - 82% em volume deargônio. Uma mistura de argônio é tipicamente usada de modo que umamenor quantidade de corrente é necessária para formar o filete de raiz, re-duzindo, desse modo, a quantidade de calor para a poça de solda que formao filete de raiz. Como pode-se considerar, a composição do gás de proteçãopode ser alterada quando da aplicação de camadas metálicas de solda sub-seqüentes no filete de raiz, embora, isso não seja necessário.

Com referência agora às figuras 3 - 6, a operação de uma con-cretização não-limitante da presente invenção é ilustrada esquematicamen-te. A figura 6 mostra um perfil de corrente desejado, para produzir baixa for-mação de borrifo e inibir ou impedir que o metal de solda, formando o filetede raiz, passe pelo vão G. Esse perfil de corrente é dividido em uma parteconstritiva, uma parte corrente de pico ou reforço de plasma, uma parte deplasma e uma parte de fundo, na qual o arco vai ser mantido. No perfil decorrente ilustrado na figura 6, a parte constritiva 210 inclui um ponto opera-cional de circuito de premonição 212. A parte de corrente de pico ou de re-forço de plasma 220 do perfil de corrente inclui uma parte de decaimento oudiminuição 222, referida como a parte de plasma. A parte de corrente de pi-co ou de reforço de plasma, que é importante para a operação do sistema decontrole de borrifo, é a parte de corrente constante, antes da parte de deca-imento, embora, a parte de decaimento 222 possa ser referida como o finalda parte de corrente de pico ou de reforço de plasma ou o início da parte deplasma. Seguinte à parte de decaimento 222, o circuito de controle de cor-rente desloca para o nível de corrente de fundo 224, que mantém o plasmaou arco. O circuito de controle de corrente, de acordo com a presente inven-ção, mantém um nível de corrente de fundo pré-selecionado, impedindo,desse modo, que o nível de corrente pelo arco jamais caia abaixo do nívelde corrente de baixa corrente pré-selecionado e permitindo que o arco sejaextinto. A corrente de fundo pode ser controlada em relação a uma ou maisvariáveis, tais como, mas não-limitadas a, características de energia, joules,V/l de declive, etc.

Durante a formação do filete de raiz, o circuito de controle decorrente é projetado para produzir a fusão integral do eletrodo, durante aparte de corrente de pico ou de reforço de plasma do ciclo de soldagem. Afusão posterior do eletrodo consumível 40 não ocorre tipicamente quandoocorre o nível de corrente de fundo, uma vez que a IR necessária para fundiro eletrodo não é obtenível por um arco mantido apenas pela corrente defundo. Desse modo, a corrente de fundo serve, basicamente, para manter oarco e a bola de metal em fusão no estado em fusão. A quantidade de metalem fusão, na extremidade do eletrodo consumível 40, que é formada pelaparte de corrente de pico ou de reforço de plasma e pela parte de plasma, éselecionada para fundir um volume selecionado de metal em fusão na ex-tremidade do eletrodo, e a parte de plasma da corrente é reduzida para acorrente de fundo, uma vez que o volume pré-selecionado seja obtido. A du-ração da parte de corrente de pico ou de reforço de plasma é também sele-cionada para impedir a fusão desnecessária do metal em torno do vão G dasseções das chapas metálicas 12, 14. Essa superfusão do eletrodo consumí-vel pode resultar em metal de solda vazando inteiramente pelo vão G. Du-rante a formação da bola de metal em fusão na extremidade do eletrodoconsumível, durante a parte de plasma da corrente, as forças de jato de altacorrente repelem o metal em fusão da piscina de soldagem, como ilustradona figura 3, até que a quantidade pré-selecionada de metal em fusão tenhasido fundida na extremidade do eletrodo. Uma vez que a corrente é reduzi-da, o metal em fusão é deixado ser formado em uma esfera, e a piscina demetal em fusão no vão G é deixada estabilizar, propiciando, desse modo, umcontato uniforme entre a bola substancialmente esférica e a piscina de metalde solda esmagada. A quantidade desejada de metal em fusão na extremi-dade do eletrodo pode ser controlada por direcionar uma quantidade pré-selecionada de corrente, energia ou vatagem para o eletrodo, durante a par-te de plasma do ciclo de soldagem, embora, isso não seja necessário. Du-rante todo o tempo no qual a bola de metal em fusão está sendo formada naextremidade do eletrodo, um gás de proteção é dirigido para a região emtorno do metal de solda, para proteger a bola em fusão e o metal de solda novão G da atmosfera. A aplicação dos gases de proteção é tipicamente conti-nuada, até que a bola em fusão seja transferida para o metal em fusão novão G, e, mais tipicamente, por todo o processo de soldagem. A densidadede corrente do arco no sentido do centro do vão é reduzida por uso do ele-trodo dotado de núcleo metálico. A bainha metálica sólida age como o con-duto elétrico principal da corrente de arco, aumentando desse modo a den-sidade de corrente na região externa do eletrodo dotado de núcleo metálico.Por concentração da corrente de arco na bainha metálica, a varredura doarco de solda é aumentada, dirigindo-se, desse modo, mais corrente para asbordas do vão. A menor quantidade de força de arco no centro do vão G re-duz a incidência da corrente de arco empurrando o metal de solda em fusãomais pelo vão. A maior varredura do arco também resulta em molhamentoaperfeiçoado das bordas do vão, para, desse modo, aperfeiçoar a penetra-ção do filete de raiz nas bordas das seções das chapas metálicas. Em umaconfiguração de soldagem não-limitante, o tamanho do diâmetro do eletrododotado de núcleo metálico consumível, para uso na formação de um filete deraiz no vão, é pelo menos cerca de 1,6 mm (0,0625 polegada), e a razão detamanhos do tamanho do diâmetro do eletrodo dotado de núcleo metálicoconsumível para a largura do vão é pelo menos 0,25 - 1,4 : 1, e a razão daespessura da parede da bainha metálica para o diâmetro do eletrodo dotadode núcleo metálico é cerca de 0,25 - 0,75 : 1.

Uma vez que a bola de metal em fusão, durante a parte de cor-rente de pico ou de reforço de plasma e a parte de plasma do ciclo de solda-gem, a bola em fusão é forçada na piscina em fusão, por alimentação doeletrodo consumível na piscina de solda, formando, desse modo, uma condi-ção de curto-circuito. Quando a bola de metal em fusão entra em curto coma piscina de metal em fusão, a saída de corrente é aumentada usando oprocesso de curto-circuito STT. Esse processo de curto-circuito age paraconstringir a formação de gotículas em fusão do eletrodo. Um circuito deprevisão 212 prediz a liberação do curto-circuito e reduz a saída de correntepara um nível mais baixo. Essa previsão do curto-circuito pode ser, pelo me-nos parcialmente, baseada em dr/dt (em que "r" é a resistência do eletrodo),dp/dt, di/dt e/ou dv/dt, para indicar uma quebra premente de um curto-circuito, durante o ciclo de constrição. A tensão superficial completa a trans-ferência da gotícula do eletrodo para a poça de solda, e um arco é restabe-lecido entre os tempos t2 e Í3. Uma vez que o curto é rompido em um arco auma baixa corrente, o borrifo é virtualmente eliminado.

Em suma, a presente invenção é dirigida ao uso de um eletrododotado de núcleo metálico, que é utilizado com um soldador em curto-circuito, tal como o soldador STT, para soldar o passe de raiz de soldas deraízes abertas. As aplicações de soldagem de raiz aberta, de acordo com apresente invenção, podem ser usadas em grandes fabricações ou conjuntossoldados. Esse segmento inclui de fabricantes de chapas pesadas a empre-sas para soldagem de tubos. A presente invenção é dirigida a um aparelho ea um processo de formação de um passe de raiz de penetração integral parauma solda de raiz aberta inclinada, a ser formada de um lado da raiz abertainclinada. Outra aplicação não-limitante da presente invenção é a formaçãode um filete de raiz para o primeiro passe de uma junta dupla. Por uso doprocesso e da configuração de soldagem da presente invenção para essaaplicação, a goiva de apoio necessária após formação do filete de raiz podeser eliminada. O processo aceito na técnica anterior para soldagem de topoinclinada de penetração integral envolve, geralmente, múltiplas etapas deprocessamento, tal como o uso de material de apoio (por exemplo, chapasde apoio, etc.) e/ou uma represa de fluxo, para suportar o lado posterior dovão, enquanto o passe de raiz está sendo executado. Em muitos casos, umavez que o passe de soldagem inicial tenha sido completado, as chapas me-tálicas devem ser movimentadas ou giradas em torno da goiva de apoio, oureparo do lado oposto do filete de solda formado pelo passe de soldageminicial. Uma vez que a formação de goiva de apoio tenha sido completada,um passe de soldagem adicional é conduzido para garantir penetração ade-quada e uma presença de filete posterior. O método e o aparelho da presen-te invenção são um processo de formação de um passe de raiz do lado deinclinação aberto de uma junta de raiz aberta, enquanto estabelecendo umfilete posterior reforçado. O processo de etapa única é elaborado para elimi-nar o custo de materiais e do tempo envolvidos na execução de múltiplasetapas para a formação de filete de raiz. A capacidade de soldar de um ladotambém elimina a necessidade de descolamento da chapa pesada ou decondução de técnicas de formação de goiva de filete de apoio, para garantirpenetração integral. O processo de soldagem elimina ainda a necessidadepara o uso de sistemas de apoio de juntas de solda, tais como tiras de apoioou sistemas de apoio similares. Em algumas operações de soldagem, aschapas metálicas não podem ser movimentadas ou giradas. Em outras ope-rações de soldagem, tal como na soldagem de tubos, o tamanho do tubo émuito pequeno para uso de chapas de apoio e/ou proporcionar acesso aolado oposto do passe de raiz. O processo e o aparelho de soldagem da pre-sente invenção podem ser usados para obtenção de uma operação de sol-dagem do lado inclinado de uma junta em uma peça de trabalho e produzirpenetração lateral na área de raiz imediata, enquanto estabelecendo umacabeça de apoio reforçada. O processo e o aparelho de soldagem produzemfiletes de solda mais uniformes no lado posterior das chapas metálicas. Umgás de proteção, tal como uma mistura de dióxido de carbono e argônio, e ouso de um eletrodo ExxC-XX (por exemplo, E70C6M, etc.) ou um eletrododotado de núcleo metálico consumível similar pode ser usado para formar ofilete de raiz de acordo com a presente invenção. Como pode-se considerar,outros gases de proteção e/ou outros tipos de composições de eletrodosdotados de núcleos metálicos podem ser usados. O processo e o aparelhode soldagem da presente invenção podem formar um filete de solda em umaraiz aberta, em uma variedade de ângulos de soldagem (por exemplo, verti-cal ascendente, vertical descendente, etc.).

Em um exemplo não-limitante do processo e do aparelho de sol-dagem da invenção, as figuras 7 e 8 ilustram a formação de uma solda deraiz aberta formada entre duas chapas metálicas. A figura 7 ilustra um supor-te de soldagem 300, usado para sustentar duas chapas de aço inclinadas Wem uma configuração de solda de raiz aberta. As chapas foram orientadasde modo que ambas foram sustentadas a um ângulo em torno de 30e deuma inclinação vertical ou em torno de 120Q do piso, como indicado pelo ân-gulo β. Como pode-se considerar, outros ângulos de inclinação podem serusados. As chapas metálicas foram orientadas de modo que o alinhamentodelas ficasse dentro de cerca de ± 1 mm. Como pode-se considerar, outrosparâmetros de alinhamento de chapas pode ser usado. As chapas metálicaseram chapas de aço-carbono, tendo uma espessura de cerca de 10 mm,como indicado pela espessura b na figura 8. As chapas metálicas foramtambém espaçadas em torno de 1 - 5 mm entre elas, como indicado peloespaçamento "a", mostrado na figura 8. Como pode-se considerar, outrasespessuras de chapas metálicas, outro espaçamento das chapas, e/ou ou-tras composições (por exemplo, aço inoxidável, aço de baixo teor de carbo-no, vários aços-liga, etc.) podem ser usados. Como pode-se considerar, as espessuras das chapas das duas chapas metálicas podem ser iguais ou di-ferentes. O ângulo de inclinação era de cerca de 50-, como indicado peloângulo θ na figura 8. Como pode-se considerar, outros ângulos podem serusados. Como ilustrado na figura 8, o ângulo de inclinação não inclui um debase. Como pode-se considerar, outros ângulos de inclinação ou nenhum ângulo de inclinação pode ser usado. Como pode-se considerar, o vão deveincluir uma base. Um maçarico de solda T foi usado para formar o filete desolda. Em uma configuração não-limitante, um soldador de robô Fanuc LR-Mate 200iL, equipado com uma fonte de energia Lincoln Power Wave455/STT e um alimentador de arame Lincoln Power Feed 10R foram usados para proporcionar a energia de soldagem para o eletrodo dotado de núcleometálico consumível e movimentar o eletrodo na raiz aberta entre as chapasmetálicas. Como pode-se considerar, outros tipos de soldadores em curto-circuito e/ou alimentadores de arames podem ser usados. O maçarico T éposicionado a um ângulo em torno de 100e relativo às chapas metálicas W, como indicado pelo ângulo a. Como pode-se considerar, outros ângulos po-dem ser usados. Como pode-se considerar, outros sistemas de deslocamen-to mecanizados podem ser usados, e/ou uma disposição semi-automáticapode ser usada para formar um filete de raiz (por exemplo, costuradores,costuras laterais, interceptadores de tubos, outros tipos de braços de robô, etc.). O eletrodo dotado de núcleo metálico usado para formar o filete de raizfoi um de 1,6 mm (1/16 polegadas) Lincoln Metalshield MC-706, que nãoincluiu substancialmente quaisquer agentes formadores de escória. Comopode-se considerar, outros tipos de eletrodos dotados de núcleos metálicosconsumíveis, tendo pouco ou nenhum agente formador de escória, podem ser usados. O gás de proteção, usado durante o processo de soldagem, foide cerca de 82% em volume de argônio e cerca de 18% em volume de dió-xido de carbono. Como pode-se considerar, outras razões de mistura de ga-ses podem ser usados, e/ou outros ou gases de proteção adicionais podemser usados. A Tabela A abaixo ilustra os parâmetros de soldagem usadospara formar filetes de solda bem-sucedidos em tamanhos de vão entre 1 - 5mm. Como pode-se considerar, outras larguras de vão podem ser usadas.Como pode-se considerar, outros parâmetros de soldagem podem ser usa-dos para formar um filete de raiz bem-sucedido.

TABELA A

Tamanho de vão 1 mm 2 mm 3 mm 4 mm 5 mm <table>table see original document page 30</column></row><table><table>table see original document page 31</column></row><table>

Como estabelecido acima, os filetes de solda bem-sucedidosforam formados nas velocidades de deslocamento variáveis e com diferenteslarguras de vão e alinhamentos de chapas. O filete de raiz formado apresen-tou uma boa aparência de filete e reforço de filete posterior. Os filetes de raizformados também tinham um bom perfil de penetração.

Desse modo, pode-se notar que os objetos apresentados acima,entre aqueles evidentes da descrição precedente, são atingidos eficiente-mente, e, por sua vez, certas variações podem ser feitas nas construçõesapresentadas, sem que se afaste dos espírito e âmbito da invenção, tendo-se a intenção de que toda a matéria contida na descrição acima e apresen-tada nos desenhos em anexo deve ser interpretada em um sentido ilustrativoe não-limitante. A invenção foi descrita com referência a uma concretizaçãopreferida. Modificações e alterações vão ficar evidentes àqueles versados natécnica por leitura e entendimento da discussão detalhada da invenção pro-porcionada no presente relatório descritivo. Essa invenção é intencionadapara incluir todas essas modificações e alterações, desde que se enquadremno âmbito da presente invenção. Deve-se também entender que as reivindi-cações apresentadas a seguir cobrem todos os aspectos genéricos e espe-cíficos da invenção, descrita no presente relatório descritivo e em todas asindicações do âmbito da invenção, que, como uma questão de linguagemdevem ser mencionadas como estando dentro deles.

Claims

1. Processo de formação de um filete de raiz em um vão entreas extremidades espaçadas de pelo menos um objeto a soldar, o dito vãoincluindo uma raiz aberta, o dito processo compreendendo:a) selecionar um eletrodo dotado de núcleo metálico, o dito ele-trodo dotado de núcleo metálico incluindo uma bainha metálica e materiaisde núcleo, o dito material de núcleo incluindo menos do que uma maioria dopercentual em peso do agente formador de escória;b) avançar o dito eletrodo dotado de núcleo metálico a uma de-terminada taxa de alimentação de arame no sentido da dita raiz aberta, parasoldar as ditas extremidades entre si por enchimento pelo menos parcial dadita raiz aberta, em um primeiro passe de solda;c) criar uma corrente de soldagem com uma forma de onda decurto-circuito controlada, a dita forma de onda de curto-circuito incluindo umasucessão de ciclos de soldagem, cada um deles tendo uma parte curto-circuito e uma parte arco de plasma;d) movimentar o dito eletrodo dotado de núcleo metálico ao lon-go da dita raiz aberta, na medida em que a dita corrente de soldagem é pas-sada pelo dito eletrodo dotado de núcleo metálico, para fundir o eletrodo do-tado de núcleo metálico e transferir o eletrodo dotado de núcleo metálico emfusão para as ditas extremidades na dita raiz aberta, para formar um filete deraiz, o dito filete de raiz tendo uma superfície superior que inclui pouca ounenhuma escória; ee) aplicar um gás de proteção, para proteger, pelo menos parci-almente, o metal em fusão na dita raiz aberta da atmosfera.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual a dita raizaberta é formada pelas extremidades espaçadas de dois tubos.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual a dita raizaberta é formada pelas extremidades espaçadas de duas chapas metálicas.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual a dita eta-pa de avançar o dito eletrodo dotado de núcleo metálico selecionado enchesubstancialmente a dita raiz aberta, no dito primeiro passe de solda.

5. Processo de acordo com a reivindicação 2, no qual a dita eta-pa de avançar o dito eletrodo dotado de núcleo metálico selecionado enchesubstancialmente a dita raiz aberta, no dito primeiro passe de solda.

6. Processo de acordo com a reivindicação 3, no qual a dita eta-pa de avançar o dito eletrodo dotado de núcleo metálico selecionado enchesubstancialmente a dita raiz aberta, no dito primeiro passe de solda.

7. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual a dita par-te arco de plasma inclui um segmento de reforço de plasma e um segmentode corrente de fundo.

8. Processo de acordo com a reivindicação 1, incluindo a etapade aplicar pelo menos uma camada adicional de metal de solda no dito vão,após a dita raiz aberta ter sido enchida pelo menos parcialmente.

9. Processo de acordo com a reivindicação 5, incluindo a etapade aplicar pelo menos uma camada adicional de metal de solda no dito vão,após a dita raiz aberta ter sido enchida pelo menos parcialmente.

10. Processo de acordo com a reivindicação 6, incluindo a etapade aplicar pelo menos uma camada adicional de metal de solda no dito vão,após a dita raiz aberta ter sido enchida pelo menos parcialmente.

11. Processo de acordo com a reivindicação 8, no qual a ditaforma de onda da dita corrente, para aplicar pelo menos uma camada adi-cional de metal de solda no dito vão, é diferente da forma de onda da ditacorrente para encher, pelo menos parcialmente, a dita raiz aberta em umprimeiro passe de solda.

12. Processo de acordo com a reivindicação 9, no qual a ditaforma de onda da dita corrente, para aplicar pelo menos uma camada adi-cional de metal de solda no dito vão, é diferente da forma de onda da ditacorrente para encher, pelo menos parcialmente, a dita raiz aberta em umprimeiro passe de solda.

13. Processo de acordo com a reivindicação 10, no qual a ditaforma de onda da dita corrente, para aplicar pelo menos uma camada adi-cional de metal de solda no dito vão, é diferente da forma de onda da ditacorrente para encher, pelo menos parcialmente, a dita raiz aberta em umprimeiro passe de solda.

14. Processo de acordo com a reivindicação 11, no qual a ditaforma de onda da dita corrente, para encher, pelo menos parcialmente, adita raiz aberta, em um primeiro passe de solda, inclui uma forma de ondaSTT, e a dita forma de onda da dita corrente, para aplicar pelo menos umacamada adicional de metal de solda no dito vão, não é uma forma de ondaSTT.

15. Processo de acordo com a reivindicação 12, no qual a ditaforma de onda da dita corrente, para encher, pelo menos parcialmente, adita raiz aberta, em um primeiro passe de solda, inclui uma forma de ondaSTT, e a dita forma de onda da dita corrente, para aplicar pelo menos umacamada adicional de metal de solda no dito vão, não é uma forma de ondaSTT.

16. Processo de acordo com a reivindicação 13, no qual a ditaforma de onda da dita corrente, para encher, pelo menos parcialmente, adita raiz aberta, em um primeiro passe de solda, inclui uma forma de ondaSTT, e a dita forma de onda da dita corrente, para aplicar pelo menos umacamada adicional de metal de solda no dito vão, não é uma forma de ondaSTT.

17. Processo de acordo com a reivindicação 8, no qual o ditoeletrodo dotado de núcleo metálico consumível, para aplicar pelo menosuma camada adicional de metal de solda no dito vão, é igual ao eletrodo do-tado de núcleo metálico consumível para encher, pelo menos parcialmente,a dita raiz aberta.

18. Processo de acordo com a reivindicação 15, no qual o ditoeletrodo dotado de núcleo metálico consumível, para aplicar pelo menosuma camada adicional de metal de solda no dito vão, é igual ao eletrodo do-tado de núcleo metálico consumível para encher, pelo menos parcialmente,a dita raiz aberta.

19. Processo de acordo com a reivindicação 16, no qual o ditoeletrodo dotado de núcleo metálico consumível, para aplicar pelo menosuma camada adicional de metal de solda no dito vão, é igual ao eletrodo do-tado de núcleo metálico consumível para encher, pelo menos parcialmente,a dita raiz aberta.

20. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual o ditomaterial de núcleo inclui menos de cerca de 2 por cento em peso de agenteformador de escória por peso total do dito eletrodo.

21. Processo de acordo com a reivindicação 18, no qual o ditomaterial de núcleo inclui menos de cerca de 2 por cento em peso de agenteformador de escória por peso total do dito eletrodo.

22. Processo de acordo com a reivindicação 19, no qual o ditomaterial de núcleo inclui menos de cerca de 2 por cento em peso de agenteformador de escória por peso total do dito eletrodo.

23. Processo de acordo com a reivindicação 20, no qual o ditomaterial de núcleo inclui menos de cerca de 1 por cento em peso de agenteformador de escória por peso total do dito eletrodo.

24. Processo de acordo com a reivindicação 23, no qual o ditomaterial de núcleo inclui menos de cerca de 0,5 por cento em peso de agen-te formador de escória por peso total do dito eletrodo.

25. Processo de acordo com a reivindicação 24, no qual o ditomaterial de núcleo não inclui substancialmente qualquer agente formador deescória.

26. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual o ditogás de proteção inclui dióxido de carbono, argônio, hélio, oxigênio ou suascombinações.

27. Processo de acordo com a reivindicação 26, no qual o ditogás de proteção inclui cerca de 10 - 30 por cento em peso de dióxido de car-bono e cerca de 60 - 90 por cento em peso de argônio.

28. Processo de acordo com a reivindicação 27, no qual o ditogás de proteção inclui cerca de 18 - 20 por cento em peso de dióxido de car-bono e cerca de 80 - 82 por cento em peso de argônio.

29. Processo de acordo com a reivindicação 21, no qual o ditogás de proteção inclui cerca de 10 - 30 por cento em peso de dióxido de car-bono e cerca de 60 - 90 por cento em peso de argônio.

30. Processo de acordo com a reivindicação 22, no qual o ditogás de proteção inclui cerca de 10 - 30 por cento em peso de dióxido de car-bono e cerca de 60 - 90 por cento em peso de argônio.

31. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual o ditomaterial de núcleo inclui cerca de 0,5 - 50 por cento em peso de agentes deliga.

32. Processo de acordo com a reivindicação 31, no qual o ditomaterial de núcleo inclui cerca de 1 - 30 por cento em peso de agentes deliga.

33. Processo de acordo com a reivindicação 29, no qual o ditomaterial de núcleo inclui cerca de 1 - 30 por cento em peso de agentes deliga.

34. Processo de acordo com a reivindicação 30, no qual o ditomaterial de núcleo inclui cerca de 1 - 30 por cento em peso de agentes deliga.

35. Processo de acordo com a reivindicação 1, incluindo a etapade alinhamento das ditas extremidades espaçadas por uso de uma disposi-ção de alinhamento, as ditas bordas das ditas extremidades espaçadas des-locadas por menos de cerca de ± 5 mm.

36. Processo de acordo com a reivindicação 35, no qual as ditasbordas das ditas extremidades espaçadas são deslocadas por até cerca de± 4 mm.

37. Processo de acordo com a reivindicação 36, no qual as ditasbordas das ditas extremidades espaçadas são deslocadas por até cerca de±2 mm.

38. Processo de acordo com a reivindicação 37, no qual as ditasbordas das ditas extremidades espaçadas são deslocadas por até cerca de± 1 mm.

39. Processo de acordo com a reivindicação 33, no qual as ditasbordas das ditas extremidades espaçadas são deslocadas por até cerca de± 1 mm.

40. Processo de acordo com a reivindicação 35, no qual as ditasbordas das ditas extremidades espaçadas são deslocadas por até cerca de± 1 mm.

41. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual as ditasextremidades espaçadas formam a dita raiz aberta de pelo menos cerca de-0,5 mm.

42. Processo de acordo com a reivindicação 41, no qual as ditasextremidades espaçadas formam a dita raiz aberta de pelo menos cerca de-0.7 mm.

43. Processo de acordo com a reivindicação 42, no qual as ditasextremidades espaçadas formam a dita raiz aberta de pelo menos cerca de-1 mm.

44. Processo de acordo com a reivindicação 41, no qual as ditasextremidades espaçadas formam a dita raiz aberta de menos que cerca de-10 mm.

45. Processo de acordo com a reivindicação 44, no qual as ditasextremidades espaçadas formam a dita raiz aberta de até cerca de 5 mm.

46. Processo de acordo com a reivindicação 37, no qual as ditasextremidades espaçadas formam a dita raiz aberta de cerca de 0,7 - 5 mm.

47. Processo de acordo com a reivindicação 40, no qual as ditasextremidades espaçadas formam a dita raiz aberta de cerca de 0,7 - 5 mm.

48. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual o ditoeletrodo dotado de núcleo metálico é um eletrodo ExxC-XX.

49. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual uma ra-zão de tamanhos de um diâmetro do dito eletrodo dotado de núcleo metálicopara uma largura do dito vão da dita raiz aberta é pelo menos cerca de 0,1 : 1.

50. Processo de acordo com a reivindicação 49, no qual umarazão de tamanhos de um diâmetro do dito eletrodo dotado de núcleo metá-lico para uma largura do dito vão da dita raiz aberta é pelo menos cerca de-0,1 -2:1.

51. Processo de acordo com a reivindicação 50, no qual umarazão de tamanhos de um diâmetro do dito eletrodo dotado de núcleo metá-lico para uma largura do dito vão da dita raiz aberta é pelo menos cerca de 0,25-1,4: 1.

52. Processo de acordo com a reivindicação 51, no qual umarazão de tamanhos de um diâmetro do dito eletrodo dotado de núcleo metá-lico para uma largura do dito vão da dita raiz aberta é pelo menos cerca de 0,25-0,75 : 1.

53. Processo de acordo com a reivindicação 46, no qual umarazão de tamanhos de um diâmetro do dito eletrodo dotado de núcleo metá-lico para uma largura do dito vão da dita raiz aberta é pelo menos cerca de 0,25- 1,4:1.

54. Processo de acordo com a reivindicação 47, no qual umarazão de tamanhos de um diâmetro do dito eletrodo dotado de núcleo metá-lico para uma largura do dito vão da dita raiz aberta é pelo menos cerca de 0,25-1,4: 1.

55. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual uma ra-zão de tamanhos de uma espessura da dita bainha metálica do dito eletrododotado de núcleo metálico para um diâmetro do dito eletrodo dotado de nú-cleo metálico é cerca de 0,9 : 1.

56. Processo de acordo com a reivindicação 55, no qual umarazão de tamanhos de uma espessura da dita bainha metálica do dito eletro-do dotado de núcleo metálico para um diâmetro do dito eletrodo dotado denúcleo metálico é cerca de 0,2 - 0,8 : 1.

57. Processo de acordo com a reivindicação 53, no qual umarazão de tamanhos de uma espessura da dita bainha metálica do dito eletro-do dotado de núcleo metálico para um diâmetro do dito eletrodo dotado denúcleo metálico é cerca de 0,2 - 0,8 : 1.

58. Processo de acordo com a reivindicação 54, no qual umarazão de tamanhos de uma espessura da dita bainha metálica do dito eletro-do dotado de núcleo metálico para um diâmetro do dito eletrodo dotado denúcleo metálico é cerca de 0,2 - 0,8 :1.

59. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual a ditataxa de alimentação de arame é variável.

60. Processo de acordo com a reivindicação 57, no qual a ditataxa de alimentação de arame é variável.

61. Processo de acordo com a reivindicação 58, no qual a ditataxa de alimentação de arame é variável.

62. Processo de formação de um filete de raiz em um vão entreas extremidades espaçadas de pelo menos um objeto a soldar, o dito vãoincluindo uma raiz aberta, o dito processo compreendendo:a) selecionar um eletrodo dotado de núcleo metálico, o dito ele-trodo dotado de núcleo metálico incluindo uma bainha metálica e materiaisde núcleo, o dito material de núcleo incluindo menos do que do cerca de 0,5por cento em peso, por peso total do dito eletrodo o dito eletrodo dotado denúcleo metálico tendo uma razão de tamanho de um diâmetro a uma largurado dito vão da dita abertura de raiz de cerca de 0,1-2:1;;b) avançar o dito eletrodo dotado de núcleo metálico a uma de-terminada taxa de alimentação de arame no sentido da dita raiz aberta, parasoldar as ditas extremidades entre si por enchimento substancial da dita raizaberta, em um primeiro passe de solda, a dita raiz aberta tendo um tamanhode vão de cerca de 1 - 6 mm, as ditas extremidades espaçadas deslocadaspor menos do que cerca de ± 3 mm;c) criar uma corrente de soldagem que inclui uma forma de ondaSTT;d) movimentar o dito eletrodo dotado de núcleo metálico ao lon-go da dita raiz aberta, na medida em que a dita corrente de soldagem é pas-sada pelo dito eletrodo dotado de núcleo metálico, para fundir o eletrodo do-tado de núcleo metálico e transferir o eletrodo dotado de núcleo metálico emfusão para as ditas extremidades na dita raiz aberta, para formar um filete deraiz, o dito filete de raiz tendo uma superfície superior que inclui pouca ounenhuma escória; ee) aplicar um gás de proteção, para proteger, pelo menos parci-almente, o metal em fusão na dita raiz aberta da atmosfera, o dito gás deproteção incluindo argônio, dióxido de carbono, hélio, oxigênio ou suas com-binações.

63. Processo de acordo com a reivindicação 62, incluindo a eta-pa de aplicação de pelo menos uma camada adicional de metal de solda nodito vão, após a dita raiz aberta ter sido substancialmente cheia.

64. Processo de acordo com a reivindicação 63, no qual a ditaforma de onda da dita corrente, para aplicar pelo menos uma camada adi-cional de metal de solda no dito vão, é diferente da forma de onda da ditacorrente para encher substancialmente a dita raiz aberta em um primeiropasse de solda.

65. Processo de acordo com a reivindicação 64, no qual a ditaforma de onda da dita corrente para aplicar pelo menos uma camada adicio-nal de metal de solda no dito vão não é uma forma de onda STT.

66. Processo de acordo com a reivindicação 65, no qual o ditoeletrodo dotado de núcleo metálico consumível, para aplicar pelo menosuma camada adicional de metal de solda no dito vão, é igual ao eletrodo do-tado de núcleo metálico consumível para encher, pelo menos parcialmente,a dita raiz aberta.

67. Processo de acordo com a reivindicação 62, no qual a ditataxa de alimentação de arame é variável.

68. Processo de acordo com a reivindicação 66, no qual a ditataxa de alimentação de arame é variável.

69. Aparelho para formar um filete de raiz em um vão entre asextremidades espaçadas de pelo menos um objeto a soldar, o dito vão inclu-indo uma raiz aberta, o dito aparelho compreendendo:a) um eletrodo dotado de núcleo metálico que inclui uma bainhametálica e materiais de núcleo, o dito material de núcleo incluindo menos doque cerca de 0,5 por cento em peso de um agente formador de escória empeso total do dito eletrodo, o dito eletrodo dotado de núcleo metálico tendouma razão de tamanhos de um diâmetro para uma largura do dito vão dadita raiz aberta de cerca de 0,1 - 2 : 1;b) um alimentador de arame para avançar o dito eletrodo dotadode núcleo metálico a uma determinada taxa de alimentação de arame, nosentido da dita raiz aberta para soldar as ditas extremidades entre si, porenchimento substancial da dita raiz aberta em um primeiro passe de solda, adita raiz aberta tendo um tamanho de vão de cerca de 1 - 6 mm, as ditasextremidades espaçadas deslocadas por menos de cerca de ± 3 mm;c) uma fonte de energia e um circuito de soldagem para criaruma corrente de soldagem, que inclui uma forma de onda STT;d) um sistema de deslocamento mecanizado para movimentarum maçarico de soldagem e o dito eletrodo dotado de núcleo metálico aolongo da dita raiz aberta, na medida em que a dita corrente de soldagem épassada pelo dito eletrodo dotado de núcleo metálico, para fundir o eletrododotado de núcleo metálico e transferir o eletrodo dotado de núcleo metálicopara as ditas extremidades na dita raiz aberta, para formar um filete de raiz,o dito filete de raiz tendo uma superfície superior que inclui pouca ou ne-nhuma escória; ee) um gás de proteção que é dirigido à dita raiz aberta, para pro-teger, pelo menos parcialmente, o dito metal em fusão na dita raiz aberta daatmosfera, o dito gás de proteção incluindo argônio, dióxido de carbono, hé-lio, oxigênio ou suas combinações.