Eletrodos não consumíveis são feitos de tungstênio puro ou ligado, para processos a arco, e de grafita, para goivagem. Contudo, na literatura técnica dedicada à soldagem a arco encontram-se poucas considerações acerca da não utilização de outros materiais como emissores termiônicos. Com o desafio de contribuir para o preenchimento dessa lacuna, procurou-se justificar a inviabilidade da utilização do ferro puro na fabricação de eletrodos não consumíveis e demonstrar o potencial de emissão termiônica de eletrodos de tungstênio puro ou com tória e da grafita. Inicialmente, foram determinadas teoricamente as áreas de emissão, e os respectivos diâmetros, necessárias para soldar com 100 e 300 A em várias temperaturas. Posteriormente, foram calculadas as temperaturas máximas alcançadas por efeito Joule nesses eletrodos em seus diferentes diâmetros. A validação dos resultados se deu por confrontamento com os fenômenos observados na prática. Eletrodos não consumíveis de ferro puro mostram-se inviáveis, pois precisariam ter diâmetro excessivamente grande para emitir em níveis usuais de corrente abaixo da sua temperatura de fusão. Além disso, nesses diâmetros eles não aqueceriam por efeito Joule até a temperatura de emissão. Por outro lado, demonstrou-se que eletrodos de tungstênio puro e dopado e de grafita emitem com diâmetros reduzidos em temperaturas próximas a de fusão/sublimação e alcançam as temperaturas de emissão rapidamente por efeito Joule. Apesar das simplificações adotadas, também ficou justificada a necessidade de afiação dos eletrodos para soldagem a arco e demonstrado que a dopagem de eletrodos de W com óxidos de menor função-trabalho limita o aquecimento da ponta do eletrodo evitando sua fusão superficial.
Nonconsumable electrodes are made of tungsten and its alloys, for arc welding processes, and of graphite, for arc gouging. However, current technical literature does not give detailed explanations for not using other materials as thermionic emitters. Taking the challenge of contributing to the fulfillment of this knowledge gap, this study attempts to justify the unviable use of pure iron as a nonconsumable electrode material and to demonstrate the thermionic emission capacity of pure and thoriated tungsten and graphite electrodes. Initially, the emission areas, and the respective electrodes diameters, for welding at 100 and 300 A at several temperatures were theoretically determined. Then, the maximum temperatures reached by different diameters electrodes due to Joule effect were calculated. The outcomes validation was carried out by confronting them to the phenomena observed in practice. Nonconsumable iron electrodes showed to be unviable, because they would require extremely large diameters to emit in usual current levels below their melting temperatures. Besides, they would not be heated by Joule effect up to the emission temperature before arc extinction. On the other hand, it has been demonstrated that pure and alloyed tungsten and graphite electrodes emit with small diameters approaching their melting/sublimation temperatures and they promptly reach the emission temperatures by Joule effect. Despite the adopted simplifications, the electrodes sharpening need for arc welding was also justified, as well as it was demonstrated that the W electrode doping with lower work-function oxides limit the heating of the electrode preventing its superficial melting.
