Modernização de Sistema de Soldagem por Resistência: a substituição de Ignitron por tecnologia SCR em uma linha de processamento de aço

Durante décadas, diversas linhas de processamento contínuo de aço operaram com tecnologias que, embora extremamente inovadoras em sua época, hoje representam desafios relacionados à manutenção, disponibilidade de componentes e desempenho operacional.

Este case apresenta a modernização de um sistema de acionamento de potência utilizado em um processo de soldagem por resistência elétrica para união topo a topo (splice) de bobinas de aço, substituindo uma tecnologia baseada em Ignitron por um controlador eletrônico de potência HYAMP Varixx baseado em SCRs.

Um processo crítico para a continuidade da produção

A aplicação está presente em linhas contínuas de laminação, decapagem, galvanização e corte, onde a união das extremidades de duas bobinas de aço permite que o processo siga operando sem interrupções durante a troca de material.

Essa união é realizada por meio da soldagem por resistência elétrica utilizando eletrodos em disco, também conhecidos como roletes. Como qualquer falha nessa etapa pode provocar a parada completa da linha, o controle preciso da energia aplicada durante a soldagem torna-se um fator decisivo para a produtividade e para a qualidade do processo.

O sistema original

O equipamento original havia sido instalado em 1976 e utilizava Ignitrons como elemento de chaveamento de potência.

O Ignitron é um retificador a arco de mercúrio desenvolvido por Albert Hull em 1933. Seu funcionamento baseia-se na ionização de um reservatório de mercúrio líquido localizado no cátodo, disparado por um eletrodo auxiliar denominado ignitor.

Durante décadas, essa tecnologia foi responsável pelo controle de correntes extremamente elevadas, muito antes do surgimento dos semicondutores de potência modernos. Entretanto, com o avanço da eletrônica, diversas limitações passaram a impactar sua operação.

Entre os principais desafios encontrados estavam o desgaste progressivo do ignitor, reduzindo a confiabilidade do disparo, a necessidade de manutenção envolvendo mercúrio líquido, com riscos ambientais e ocupacionais, além da logística específica para descarte conforme requisitos normativos.

Outro fator importante era a elevada sensibilidade térmica e mecânica do equipamento. O bulbo precisava permanecer na posição vertical e operar sob condições específicas de refrigeração para garantir a estabilidade da poça de mercúrio.

Além disso, o tempo de resposta e a repetibilidade dos disparos eram inferiores aos sistemas semicondutores atuais, provocando variações no ângulo de condução e, consequentemente, oscilações na energia aplicada durante a soldagem.

Somava-se a isso a dificuldade crescente de reposição dos componentes. Os bulbos originais deixaram de ser fabricados há décadas, tornando a manutenção dependente de estoques remanescentes ou equipamentos remanufaturados de procedência limitada.

Como funciona o processo de soldagem

O processo utiliza um transformador de solda do tipo step-down, responsável por converter a tensão da rede em poucos volts e correntes extremamente elevadas, da ordem de dezenas de milhares de ampères no secundário.

Essa corrente é conduzida até os eletrodos em disco, onde o aquecimento ocorre pelo efeito Joule na interface entre as chapas de aço submetidas à pressão mecânica.

O controle de potência atua no primário do transformador, regulando a corrente através do controle de ângulo de disparo ou do acionamento por trens de ciclos sincronizados à frequência da rede elétrica.

Essa precisão influencia diretamente diversos aspectos do processo, como a repetibilidade metalúrgica da solda, a estabilidade da zona termicamente afetada, a prevenção de respingos provocados por excesso de energia e a eliminação de soldas frias decorrentes de energia insuficiente.

A solução aplicada

Para modernizar o sistema foi especificado um controlador de potência HYAMP Varixx baseado em SCRs de estado sólido, com capacidade de 2.000 A, operando em configuração monofásica para o controle da alimentação primária do transformador de solda.

A substituição eliminou completamente os componentes sujeitos ao desgaste mecânico, os dispositivos que utilizavam mercúrio e toda a manutenção associada à tecnologia anterior.

O novo sistema passou a realizar disparos com precisão na escala de microssegundos, proporcionando elevada repetibilidade na energia entregue à solda em todos os ciclos da rede elétrica.

O sincronismo preciso com a passagem por zero contribuiu para reduzir distorções harmônicas, minimizar esforços elétricos sobre os componentes de potência e aumentar a estabilidade operacional do sistema.

O controlador também incorporou monitoramento de corrente RMS em malha fechada por meio de transformador de corrente, permitindo compensar automaticamente variações de impedância provocadas pelo aquecimento dos roletes ou pelo desgaste natural dos contatos ao longo da operação.

Outro diferencial importante foi a inclusão de proteções eletrônicas contra sobrecorrente, curto-circuito e falhas de disparo, atuando em tempo real para proteger tanto o equipamento quanto o processo produtivo.

Além disso, a solução passou a disponibilizar recursos de diagnóstico e telemetria, permitindo rastrear parâmetros da soldagem, apoiar auditorias de qualidade e fornecer informações para estratégias de manutenção preditiva.

Como consequência adicional, houve redução significativa do espaço ocupado pelo sistema e eliminação completa dos riscos ambientais e ocupacionais relacionados ao uso de mercúrio metálico.

Os resultados da modernização

A substituição de uma tecnologia instalada há quase cinco décadas por um sistema moderno baseado em semicondutores trouxe ganhos importantes para toda a operação.

O processo passou a operar com maior estabilidade, repetibilidade e precisão no controle da energia aplicada à solda, refletindo diretamente na qualidade metalúrgica das uniões realizadas.

Também houve aumento da confiabilidade operacional, redução das intervenções de manutenção, eliminação dos riscos associados ao mercúrio e maior disponibilidade de componentes para futuras manutenções.

Mais do que substituir um equipamento obsoleto, o projeto representou uma atualização tecnológica capaz de aumentar a disponibilidade da linha de produção, reduzir riscos operacionais e preparar o processo para muitos anos de operação com maior segurança, eficiência e confiabilidade.

Modernizar é garantir a continuidade da operação

Muitas plantas industriais ainda utilizam sistemas de potência instalados há décadas. Embora continuem em funcionamento, essas tecnologias frequentemente representam riscos relacionados à disponibilidade de peças, estabilidade do processo, segurança operacional e custos de manutenção.

A modernização realizada demonstra que é possível preservar a aplicação existente enquanto se incorpora uma nova geração de controle eletrônico, elevando significativamente a confiabilidade do processo sem alterar sua filosofia de operação.

Na Varixx, projetos como este fazem parte de uma trajetória de mais de 50 anos desenvolvendo soluções de eletrônica de potência para aplicações industriais críticas, oferecendo tecnologia, engenharia especializada e suporte para manter processos essenciais operando com máxima eficiência.