Tecnologia e Metalurgia da soldagem ERE

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Tecnologia e Metalurgia da Soldagem
Engenharia de Materiais
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Cronograma
	Data	Carga horária	Conteúdo
	20/ago	1	Apresentação da Disciplina
	 	2	Introdução a soldagem e conceitos fundamentais /Terminologia
	 	1	Simbologia de soldagem / Segurança em Soldagem
	27/ago	4	O arco e a formação da poça de fusão
	3/set	4	O arco e a formação da poça de fusão
	10/set	2	Fontes de energia e equipamentos auxiliares
	 	2	Demonstração
	17/set	2	Revisão de conteúdo
	 	2	Avaliação
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Cronograma
	Data	Carga horária	Conteúdo
	24/set	2	Soldagem e corte oxicombustível (OFW e OFC)
	 	2	Demonstração OFW e OFC
	1/out	2	Soldagem com eletrodos revestidos (SMAW)
	 	2	Demonstração SMAW
	8/out	2	Soldagem MIG/MAG (GMAW) e com arames tubulares (FCAW)
	 	2	Demonstração GMAW e FCAW
	15/out	2	Soldagem TIG (GTAW)
	 	2	Demonstração GTAW
	22/out	1	Soldagem arco submerso (SAW)
	 	1	Demonstração SAW
	 	1	Soldagem e corte plasma (PAW e PAC)
	 	1	Demonstração PAC
	29/out	2	Soldagem por resistência (RW)
	 	2	Brasagem
	 	2	Demonstração Soldagem por resistência
	5/nov	2	Revisão de conteúdo
	 	2	Avaliação
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Cronograma
	Data	Carga horária	Conteúdo
	12/nov	4	Metalurgia da soldagem
	19/nov	4	Metalurgia da soldagem/Prática Metalografia
	26/nov	2	Tensões residuais e distorções
	 	2	Custos de soldagem e normalização
	3/dez	2	Seminário
	 	2	Avaliação
 Livro
 Apostilas
Fontes de energia para soldagem a arco
Prof. Paulo José Modenesi
Introdução a física do arco elétrico 
Prof. Paulo José Modenesi
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Material bibliográfico
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Introdução a soldagem e conceitos fundamentais
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Introdução a soldagem e conceitos fundamentais
Objetivos:
 Conceituar soldagem;
 Explicar como ocorre a formação da junta soldada;
 Apresentar a classificação dos processos de soldagem proposta pela AWS;
 Demonstrar as principais características dos processos de soldagem;
 Apresentar um histórico da soldagem moderna; 
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Métodos de união de materiais
Forças macroscópicas 
Rebitagem
Parafusagem
Forças microscópicas
Soldagem
Brasagem
Colagem
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Definição de soldagem
Processos de união de metais por fusão
Operação que visa obter união de duas ou mais peças, assegurando na junta a continuidade de propriedades físicas e químicas.
Processo de união de materiais usado para obter a coalescência (união) localizada de metais e não metais, produzida por aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem utilização de pressão e/ou metal de adição (AWS – American Welding Society)
Processo de união de materiais baseado no estabelecimento de forças de ligação química de natureza similar às atuantes nos próprios materiais, na região de ligação entre os materiais que estão sendo unidos.
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Formação da junta soldada
No interior de uma peça metálica os átomos estão cercados por um número de vizinhos a uma distância r0 onde a energia é mínima. 
Pensando dessa forma bastaria aproximar duas peças metálicas a uma distância suficientemente pequena para que se formasse uma ligação permanente.
Mas isso não ocorre. Por que?
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Formação da junta soldada
 Rugosidade superficial (da ordem de 200 camadas atômicas para superfície muito bem polida);
 Presença de óxidos, umidade, gordura e poeira na superfície.
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Formação da junta soldada
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Processo de soldagem
Processos de soldagem por DEFORMAÇÃO.
Forjamento, ultrassom, fricção, explosão.
Processos de soldagem por FUSÃO
De acordo com a fonte de energia usada podem ser classificados em subgrupos: arco elétrico, chama, feixe de elétrons, laser.
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Processos de soldagem por fusão
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Classificação dos processos de soldagem e afins segundo a AWS
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Comparação com outros processos de fabricação
A soldagem é, atualmente, o principal processo de união permanente de peças metálicas. 
Principais características da soldagem:
 Permite a montagem com segurança, rapidez e economia de material;
 Versátil (pode ser empregada em uma ampla gama de ligas e espessuras);
 Apresenta custo competitivo;
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Comparação com outros processos de fabricação
Principais características da soldagem:
 É um processo de união permanente;
 Por envolver aplicação de energia térmica e mecânica tende a gerar uma série de efeitos mecânicos (distorções e tensões residuais) e metalúrgicos (mudança na estrutura e alteração nas propriedades); 
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Breve histórico da soldagem
Pingente em ouro fabricado na Pérsia com indicações de soldagem. 
4000
1500
AC
DC
1800
Fabricação de pequenas peças de ferro por redução direta (uso extensivo da soldagem por forjamento). 
1885
1907
Evolução do processo de produção do ferro permitiu a obtenção de grandes quantidades no estado líquido (emprego da fundição ,rebitagem e parafusagem). 
Invenção do eletrodo revestido (Oskar Kjelberg) 
 
Experiências com arco elétrico (Sir Humphrey Davi) e descoberta do acetileno (Edmund Davi). 
Patente da soldagem com eletrodo de carvão e desenvolvimento da soldagem com eletrodo metálico nu. 
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Terminologia de soldagem
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Terminologia de soldagem
Objetivos:
 Definir terminologia;
 Apresentar e explicar o significado dos principais termos empregados em soldagem.
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O que é terminologia?
O que é terminologia?
Terminologia, em sentido amplo, refere-se simplesmente ao uso e estudo de termos, ou seja, especificar as palavras simples e compostas que são geralmente usadas em contextos específicos.
Fonte Wikipédia
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Terminologia
Soldagem 
Operação que visa obter a união.
Solda
Resultado da operação de soldagem.
Metal de base
Peças que estão sendo soldadas.
Metal de adição
Material adicional fornecido para formação da solda (na soldagem por fusão)
Poça de fusão
Porção líquida formada pelo metal de base e de adição durante a soldagem.
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Terminologia
Junta
Região onde as peças serão unidas por soldagem.
Tipos de junta
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Terminologia
Chanfro
Aberturas ou sulcos na superfície da peça ou peças a serem unidas e que determinam o espaço para conter a solda.
Tipos chanfro
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Terminologia
Juntas e chanfros
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Terminologia
Elementos do chanfro:
Face da raiz ou nariz (s)
Abertura da raiz, folga ou fresta (f)
Ângulo do chanfro (α)
Ângulo do bizel (β)
Raio do chanfro (r)
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Terminologia
Existem um grande número de termos para definir o formato e as características técnicas dos cordões de solda. 
Solda de topo (a) e solda de filete (b).
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Terminologia
Regiões da solda
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Terminologia
Sequência de execução:
Passe (passe de raiz, enchimento e acabamento)
Camada
Cordão (passe ou solda)
1ª camada
3ª camada
4ª camada
2ª camada
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Terminologia
Posições de soldagem
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Terminologia
Quanto a forma de execução a soldagem pode ser classificada em:
 Manual
Toda a operação realizada e controlada pelo soldador.
 Semiautomática
Controle automático da alimentação de arame e demais controles manuais realizados pelo soldador. 
 Mecanizada 
Controle automático da alimentação de arame e do deslocamento do cabeçote de soldagem. Posicionamento do equipamento e início da operação de soldagem controlados pelo soldador.
 Automática
Controle automático de todas as operações.
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Simbologia de soldagem
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Simbologia de soldagem
Objetivos:
 Definir simbologia;
 Apresentar as normas de simbologia empregadas;
 Demonstrar os símbolos empregados e seu significado;
 Correlacionar símbolos a soldas através do emprego de exemplos.
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Simbologia
O que é simbologia?
Simbologia é o estudo, a interpretação e a arte de criar símbolos.
O termo símbolo, com origem no grego σύμβολον (sýmbolon), designa um elemento representativo que está (realidade visível) em lugar de algo (realidade invisível) que tanto pode ser um objeto como um conceito ou idéia, determinada quantidade ou qualidade.
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Simbologia
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Simbologia
A simbologia de soldagem é padronizada por organismos reconhecidos internacionalmente. 
As normas de simbologia mais empregadas são:
AWS A2.4
Symbols for Welding and Nondestructive Testing
EN 22553
Welded, brazedand soldered joints. Symbolic representation on drawings
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Simbologia
A simbologia de soldagem é constituída pelos seguintes elementos:
	Linha horizontal ou linha de referência	Seta
	Símbolo básico da solda	Dimensões e outros dados
	Símbolos suplementares	
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Simbologia
Símbolos básicos: 
Indicam o tipo da solda desejado. Os símbolos são uma representação esquemática da seção transversal da solda. 
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Simbologia
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Simbologia
Dimensões :
As dimensões da solda e do chanfro (solda em chanfro) ou da perna (solda de filete) são colocados do lado esquerdo do símbolo que representa a solda.
A abertura da raiz é colocada diretamente dentro do símbolo básico da solda.
A direita da solda podem ser colocados o comprimento e a distância entre os centros do cordões, no caso de soldas intermitentes. 
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Simbologia
Símbolos suplementares:
Símbolos de acabamento:
C – rebarbamento
G – esmerilhamento
H – martelamento
M – usinagem
R – laminação
 
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Simbologia
Exemplos:
 
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Simbologia
Exemplos:
 
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Segurança e higiene em operações de soldagem e corte
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Segurança e higiene em operações de soldagem e corte
Objetivos:
 Apresentar os riscos associados as operações de soldagem;
 Apresentar a relação dos EPI’s utilizados por soldadores;
 Discriminar os principais riscos explicando suas consequências e ações de mitigação.
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Introdução 
Soldagem
Segurança do trabalho
 Avaliação dos riscos.
 Adoção de práticas com o objetivo de eliminá-los.
Operações industriais
Riscos
 Incêndio;
 Explosão;
 Choque;
 Exposição a radiação;
 Inalação de fumos e gases.
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Equipamentos de proteção individual
Soldadores devem, em função dos riscos da atividade, devem utilizar vestimenta adequada constituída por:
Avental, mangas, perneiras em couro ou outro material resistente;
Luvas em couro;
Sapatos de segurança;
Protetores auriculares;
Máscara com lente filtrante;
Óculos de segurança;
Capacete de proteção;
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Choque elétrico
Acidentes por choque elétrico são um risco sério e constante nas operações de soldagem baseadas no uso de energia elétrica (particularmente soldagem ao arco elétrico.
A gravidade de um choque não está relacionada com a tensão da fonte que o provoca, mas sim com a intensidade da corrente que passa pela vítima.
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Choque elétrico
Precauções para evitar o risco de choque:
 aterrar o equipamento;
 trabalhar em ambiente seco;
 manter as conexões elétricas limpas e bem ajustadas;
 usar cabos de dimensões corretas;
 evitar trabalhar sobre circuitos energizados;
 usar roupas, luvas e calçados secos.
No caso de acidente:
 o circuito deve ser imediatamente interrompido;
 caso não seja possível a vítima deve ser afastada com o auxílio de material isolante;
 providenciar, imediatamente, medidas de primeiros socorros. 
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Radiação do arco elétrico 
O arco elétrico é formado em gases ionizados a uma temperatura muito elevada capaz de gerar intensa radiação eletromagnética (IV, visível e UV).
A exposição a essa radiação pode causar:
 queima da retina e catarata;
 queimaduras na pele;
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Radiação do arco elétrico 
Para evitar os danos decorrentes da exposição a radiação do arco elétrico é recomendado:
 EPI’s (máscara equipada com lente filtrante, roupas adequadas);
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Radiação do arco elétrico 
Para evitar os danos decorrentes da exposição a radiação do arco elétrico é recomendado:
 EPC’s (biombos e cortinas não refletoras).
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Incêndio e explosão
c
c
c
 Ar
 Oxigênio armazenado em cilindros ou centrais . 
 Arco elétrico
 Chama
 Respingos 
 Óleos, graxas, tintas
 Estopas, panos e papéis
 Gases inflamáveis
 Vapores no interior de tanques de armazenamento
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Incêndio e explosão
Para evitar a ocorrência de incêndios e explosão é importante a adoção de algumas medidas que incluem;
 Não armazenar ou manter materiais inflamáveis próximo aos locais onde são realizadas operações de soldagem;
 Caso seja necessário executar soldagens em tanques de armazenagem de materiais inflamáveis deve-se ser realizada limpeza antes da soldagem;
 Peças sujas devem ser limpas antes da soldagem; 
 Uso de válvulas de segurança em equipamentos de solda e corte 
oxicombustível. 
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Fumos e gases
Operações de soldagem podem gerar fumos e gases prejudiciais á saúde.
 Gases de proteção empregados na soldagem, mesmo não sendo tóxicos, podem provocar asfixia em ambientes fechados; 
 Fumos e vapores metálicos resultantes de operações de soldagem podem provocar sérios danos à saúde.
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Fumos e gases
Para evitar danos decorrentes da inalação dos fumos e gases durante a soldagem deve-se:
 Realizar operações de soldagem em ambientes abertos ou dotados de sistemas que permitem renovação de ar; 
 No caso de soldagem em locais confinados devem ser utilizados equipamentos de proteção respiratória (EPI’s) e sistemas de exaustão (EPC’s).
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Outros riscos
Quedas de objetos ou ferramentas;
Queda de pessoal de grandes alturas;
Exposição a ruído excessivo;
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Introdução a física do arco elétrico
Introdução
Arco elétrico
Principal fonte de calor na soldagem por fusão
Concentração adequada de energia
Facilidade de controle
Baixo custo relativo do equipamento
Nível aceitável de riscos a saúde do operador
Fontes de energia para soldagem por fusão
A soldagem por fusão é realizada pela aplicação localizada de energia em uma parte da junta(região da(s) peça(s) onde será feita a solda) de forma a conseguir a sua fusão localizada, de preferência afetando termicamente ao mínimo o restante da(s) peça(s).
Fontes de energia para soldagem por fusão
Para ser efetiva na soldagem por fusão, a fonte deve fornecer energia a uma taxa elevada e em uma área pequena.
Potência específica ou Intensidade de uma fonte de energia
Onde:
PF : potência da fonte (quantidade de energia por tempo);
η: rendimento térmico;
A0 : área de contato entre a fonte e a peça.
No caso de fontes elétricas, como o arco, a potência gerada pode ser estimada pelo produto da tensão (U) e a corrente (I)
Fontes de energia para soldagem por fusão
Fontes de energia para soldagem por fusão
Um aumento da intensidade da fonte reduz o tempo necessário para a criação da poça de fusão e aumenta a sua penetração no metal de base.
Fontes de energia para soldagem por fusão
Descarga elétrica em gases
A Sir Humphrey Davy foi atribuída a primeira observação do arco elétrico em condições controladas. 
O arco é "uma descarga elétrica entre eletrodos em um gás ou vapor (gerado pelos eletrodos) que tem uma queda de tensão, junto ao catodo, da ordem do potencial de excitação do gás ou vapor (isto é, da ordem de 10 V) e na qual a corrente pode ter praticamente qualquer valor superior a um valor mínimo de cerca de 100 mA"
O nome arco vem da sua forma.
Descarga elétrica em gases
O limite superior de corrente em um arco elétrico não é bem definido, podendo atingir dezenas ou centenas de milhares de Amperes em certos circuitos. Na soldagem a arco, correntes acima de 1000 A são utilizadas no processo ao arco submerso, sendo, contudo, mais comuns
valores da ordem de 101 a 102 A. Correntes da ordem de 1 A ou inferiores são usadas na soldagem com microplasma.
Pressão atmosférica  temperaturas muito elevadas 
Ionização parcial de seus gases 
Íons positivos e elétrons
Responsáveis pela condução da corrente elétrica através do arco. (sendo os elétrons responsáveis por mais de
90% da corrente total).
Descarga elétrica em gases
O arco (na soldagem) normalmente ocorre entre um eletrodo cilíndrico e uma superfície .
Tronco de cone
GTAW
GMAW
O eletrodo pode ser de um material refratário como o tungstênio (eletrodo não consumível) ou de metal de menor ponto de fusão como o aço (eletrodo consumível).
Descarga elétrica em gases
Características estáticas do arco
A curva característica estática é a relação entre os valores médios de tensão (U) e corrente (i) para um valor fixo do comprimento de arco e mantidas as outras característicasdo processo inalteradas. 
Características estáticas do arco
Comportamento diferente de uma resistência comum, para a qual vale a Lei de Ohm (U = Ri, com R constante).
O aumento da tensão para pequenos valores de corrente está ligado, em parte, com a redução da temperatura dos gases do arco devido à menor quantidade de energia gerada no arco. Menores temperaturas implicam em menos ionização e, portanto, em uma maior resistência à passagem da corrente elétrica.
Características estáticas do arco
A posição e forma da curva característica dependem de inúmeros fatores como o tamanho, forma, material e temperatura dos eletrodos, composição e pressão do gás de proteção e o comprimento do arco (la). Um aumento do comprimento do arco desloca a curva característica para maiores valores de tensão
Características estáticas do arco
A relação entre U e la, para um valor fixo de corrente, é descrita razoavelmente por uma reta que não passa pela origem.
Características estáticas do arco
O cátodo (o eletrodo ligado ao pólo negativo da fonte que fornece energia elétrica para o arco) tem grande importância sobre a curva característica pois passa para o arco a maior parte dos elétrons necessários para a sua manutenção. 
Eletrodo não consumível
No processo GTAW, a adição de pequenas quantidades de óxido de metais como o tório, cério e tântalo ao eletrodo de tungstênio reduzindo a tensão do arco em cerca de 1 a 2 V. 
Eletrodo consumível
Quando o cátodo é de um metal não refratário (aço, alumínio, etc.), a maior dificuldade na produção de elétrons eleva a tensão do arco em cerca de 10 V em comparação com o caso anterior.
Características estáticas do arco
Influência da adição de Hélio, Nitrogênio e Hidrogênio ao Argônio sobre a tensão do arco. 
A composição química da atmosfera do arco influência características como a facilidade de ionização e a transferência de calor do arco para o meio ambiente.
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Características estáticas do arco
Na soldagem com eletrodo consumível, a determinação da curva característica é mais complexa. 
O comprimento do arco depende do balanço entre as taxas de alimentação e fusão do eletrodo e o formato da ponta do eletrodo é variável com a formação, crescimento e destacamento de gotas de metal líquido. 
Estudos mostram que a forma da curva característica do arco nestes processos é similar à obtida com eletrodos não consumíveis.
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Características estáticas do arco
Também possível levantar a curva característica para a máquina de soldagem. Esta é obtida, para uma dada regulagem do equipamento, variando-se o valor de uma resistência elétrica ligada ao equipamento e medindo-se os valores obtidos de corrente e tensão.
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Perfil elétrico
Em um fio metálico percorrido por um dado valor de corrente, a tensão elétrica varia uniformemente ao longo de seu comprimento (x) pois:
O mesmo não acontece ao longo do arco elétrico, existindo quedas abruptas de tensão junto aos eletrodos (ânodo e cátodo) que atingem entre 1 e 20 V. A variação da tensão ao longo do arco sugere que este pode ser dividido em, pelo menos, três regiões principais:
 Zona de Queda Catódica,
 Coluna de Plasma, e
 Zona de Queda Anódica.
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Perfil elétrico
Queda de tensão na região anódica (UA) : entre 1 e 6 V
Queda de tensão na coluna de plasma é aproximadamente proporcional a la (UCP  E.la), E: Campo elétrico 
Queda de tensão na região catódica (UC): entre 1 e 15 V
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Perfil elétrico
Com base no discutido anteriormente, a tensão no arco, para um dado valor de corrente, pode ser representada pela equação de uma reta em função de la.
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Perfil elétrico
Valores de tensão típicos no processo GTAW (eletrodo negativo Ar puro como gás de proteção). (Jackson 1960)
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Região de queda catódica
Embora o seu volume seja desprezível em comparação com o da coluna, a região catódica é extremamente importante para a existência do arco, pois ela fornece a maioria dos elétrons responsáveis pela condução da corrente no arco. 
Na soldagem com corrente alternada (CA), na qual o arco se apaga a cada mudança de polaridade dos eletrodos, os processos ocorrendo no cátodo são também importantes para a reabertura do arco.
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Região de queda catódica
A emissão de elétrons pelo cátodo é importante pois estes conduzem mais de 90% da corrente elétrica.
(Os elétrons apresentam uma mobilidade muito maior que os íons positivos devido à sua massa muito menor)
A emissão de elétrons pelo cátodo pode ocorrer por diferentes mecanismos. Em soldagem, os mais importantes são: 
 emissão termiônica, em cátodos de material refratário como o
tungstênio e o carbono.
 emissão a frio, para os outros materiais.
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Região de queda catódica
A emissão termiônica decorre, basicamente, do aquecimento do material do cátodo a uma temperatura suficientemente alta para causar a emissão (ou "vaporização") de elétrons em sua superfície por agitação térmica. 
A densidade de corrente (J) resultante do efeito termiônico pode ser estimada pela equação empírica de Richardson-Dushman:
A: constante que vale entre 6 e 7x105 A m-2K-2 para a maioria dos metais; 
T: temperatura (K);
e: carga do elétron (1,6x10-19 C); 
Ø: função-trabalho termiônica do material (eV);
K: constante de Boltzmann (1,38x10-23 J/K). 
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Região de queda catódica
A função-trabalho indica a energia requerida para um elétron escapar da superfície do sólido.
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Região de queda catódica
Para emitir elétrons por este mecanismo em quantidades adequadas para a soldagem, o cátodo deve ser aquecido a temperaturas superiores a cerca de 35000 K.
Este mecanismo é viável apenas com eletrodos de materiais refratários, em particular de tungstênio. 
Na soldagem com eletrodos consumíveis ou na soldagem GTAW com o eletrodo positivo (isto é,quando a peça é o pólo negativo), mecanismos alternativos devem operar.
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Região de queda catódica
Na soldagem com um cátodo de material não refratário com proteção gasosa e, possivelmente, com proteção de fluxo, filmes de óxido com espessura microscópica existentes na superfície do cátodo têm uma importância fundamental na emissão a "frio" de elétrons.
Esse mecanismo parece envolver a formação de campos elétricos extremamente intensos na camada de óxido pela adsorção de íons positivos, a formação de filetes condutores de corrente elétrica no óxido com a emissão de elétrons e a destruição da camada neste local e, portanto, do ponto de emissão.
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Região de queda catódica
A destruição da camada de óxido nesse processo é fundamental na soldagem de alumínio pelos processos GTAW e GMAW.
Por outro lado, quando as camadas de óxido próximas da poça de fusão são consumidas, o arco tende a se desviar para longe desta em busca de novas regiões para a emissão de elétrons e este efeito tende a reduzir a estabilidade do processo e, também, a intensidade da fonte.
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Região de queda catódica
Emissão de elétrons a frio 
10-15 V 
Emissão termiônica
2 -6V
Diferença de potencial na região de queda catódica
Tensão no arco
GMAW
20V
GTAW 
com eletrodo negativo
10V
Mais difícil
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Região de queda catódica
Aparência do arco na soldagem GTAW operando com eletrodo negativo e positivo.
“Manchas catódicas”
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Região anódica
A região anódica, embora essencial para a continuidade do arco, não é tão importante para a manutenção do arco como a zona catódica. 
O ânodo não emite íons positivos (que são criados por ionização térmica dos gases na coluna do arco) e assim, há uma maior concentração de elétrons (cargas negativas), o que causa a queda de tensão nesta região. 
A queda anódica depende de vários fatores, tendendo a se reduzir com a temperatura do ânodo e a aumentar com a sua condutividade térmica.
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Coluna de plasma
A coluna compreende praticamente todo o volume do arco, sendo constituída por partículas neutras (moléculas e átomos), íons e elétrons livres. 
Para a formação do plasma, o gás do arco deve ser aquecido a temperaturas elevadas
Agitação térmicaChoques entre os seus constituintes
Ionização
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Coluna de plasma
A energia vibracional de moléculas poliatômicas torna-se suficiente
para causar a sua ruptura ou dissociação em átomos
O elétron nas camadas mais externas pode ser expulso dos átomos quando estes se chocam em grande velocidade, ocorrendo a ionização
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Coluna de plasma
A maior ou menor facilidade de um átomo se ionizar é indicada pelo valor de seu potencial de ionização (VI para a retirada de um elétron, VII para dois elétrons, etc.)
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Coluna de plasma
Variação calculada do grau de ionização para vapores de alumínio e de
ferro e para o argônio e o hélio em função da temperatura a 1 atm de pressão.
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Coluna de plasma
Uma característica importante do arco elétrico nas condições usuais de soldagem é a sua neutralidade elétrica. Esta pode ser entendida como, para cada ponto da coluna, na presença de iguais quantidades de portadores de cargas positiva e negativa,
Outra característica é o equilíbrio térmico, isto é, a energia cinética média dos seus constituintes (átomos neutros, íons e elétrons) é basicamente a mesma. Isto ocorre pois, para pressões próximas da ambiente, o número de choques entre os diferentes constituintes do arco é suficientemente elevado para equalizar a sua energia.
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Coluna de plasma
A coluna do arco atinge temperaturas muito elevadas, da ordem das encontradas na superfície das estrelas. 
Estas temperaturas foram determinadas por métodos espectroscópicos e ficam em torno de 6.500 K na soldagem com eletrodos revestidos e atingem até 10.000 a 30.000 K na soldagem GTAW, GMAW e plasma.
Isotermas em um arco GTAW
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Coluna de plasma
O arco é um condutor, em muitos aspectos, similar aos cabos que o ligam à maquina de soldagem. 
Diferentemente destes, contudo, o arco é gasoso sendo, portanto, muito mais sensível às diferentes forças atuando sobre ele. 
Pa: pressão atmosférica;
μ0: permeabilidade magnética; 
J: densidade da corrente (I/πR2);
R: o raio do condutor.
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Coluna de plasma
Considerando-se valores de corrente usuais na soldagem, pode-se verificar que esta pressão é muito baixa (atingindo um valor entre 10-4 a 10-3 do limite de escoamento do cobre no centro do arco), sendo, assim, desprezível para condutores sólidos. 
Contudo, para o arco, um condutor gasoso, esse valor é significativo e causa diversos fenômenos como, por exemplo:
 Jato de plasma,
 Sopro magnético, e
 Transferência de metal
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Coluna de plasma
Jato de Plasma: Observa-se que, em geral, os gases são absorvidos pelo arco junto do eletrodo e impulsionados como um jato a alta velocidade (de até 102 m/s) para a peça independentemente da polaridade usada.
 Soldagem fora da posição plana
 Formato do cordão
 Estabilidade do processo
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Coluna de plasma
Sopro Magnético: O campo magnético induzido pela corrente tende a se distribuir uniformemente em torno do arco. Quando esta distribuição é perturbada, levando a uma maior concentração do campo magnético em um dos lados do arco, as forças magnéticas, que antes geravam o movimento de gases apenas no sentido do eixo do arco, passam a possuir uma componente transversal que tende a empurrar lateralmente o arco.
100
Coluna de plasma
Causas do sopro magnético:
 mudanças bruscas na direção da corrente elétrica ;
 existência de magnetismo residual na peça;
 distribuição assimétrica de material ferromagnético em torno do arco.
Como minimizar o sopro magnético:
 inclinar o eletrodo para o lado em que se dirige o arco;
 reduzir o comprimento do arco;
 balancear a saída de corrente da peça, ligando-a à fonte por mais de um cabo;
 reduzir a corrente de soldagem;
 soldar com corrente alternada, pois, com esta, o sopro magnético é sempre menor.
101
Transferência de metal de adição
A forma pela qual o metal de adição fundido se transfere para a poça de fusão influencia o nível de respingos e fumos gerados, a capacidade de se soldar fora da posição plana, o formato do cordão e a própria estabilidade do processo. 
A maior dos estudos de transferência de metal foi realizada com o processo GMAW e, assim, a maior parte das informações refere-se a este processo.
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Transferência de metal de adição
103
Transferência de metal de adição
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Transferência de metal de adição
O modo de transferência de uma dada condição de soldagem depende de fatores como:
 parâmetros elétricos do arco (tipo e valor da corrente, tensão e polaridade);
 diâmetro e composição do metal de adição; 
 tipo e composição do meio de proteção;
 comprimento do eletrodo.
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Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Existem três formas básicas de transferência:
Curto Circuito
Globular
Spray (Goticular ou aerossol)
106
Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Condições de corrente e tensão para as diferentes formas de transferência para a soldagem GMAW com um gás de proteção a base de argônio (esquemático).
107
Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Transferência por curto circuito
Ocorre na soldagem com um pequeno comprimento do arco (baixa tensão) e, mais comumente, com uma baixa corrente. Nesta forma de transferência, a ponta do eletrodo atinge periodicamente a poça de fusão, ocasionando um curto circuito e a extinção do arco.
108
Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Transferência por curto circuito
109
Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Transferência por curto circuito
Indutância
Controle da velocidade de variação da corrente . 
O correto ajuste deste controle permite obter uma corrente, durante o curto circuito, elevada o suficiente para romper o curto, contudo, sem a formação de uma quantidade excessiva de respingos.
110
Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Transferência por curto circuito
Oscilogramas de tensão e corrente. Arame: ER308 1,0mm. 
Gás: Ar+2%O2
111
Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Transferência globular
A transferência globular é caracterizada pela formação, na ponta do eletrodo, de grandes gotas de metal líquido (diâmetro superior ao do eletrodo) que se transferem sob a ação da gravidade para poça de fusão com uma baixa frequência (10-1 a 100 gotas/s). 
Utilizando argônio como gás de proteção observa-se esse tipo de transferência para baixas correntes elevadas tensões.
112
Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Transferência globular
GMAW com eletrodo negativo ou com proteção de CO2
Transferência Globular repulsiva 
(Forças de reação pela geração de vapores ou do plasma em uma pequena região da gota)
Transferência explosiva 
(o metal de adição possui materiais voláteis capazes de gerar grande quantidade de gases na gota ainda presa à ponta do eletrodo).
O material se transfere na forma de finas gotas, lançadas em diferentes direções.
113
Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Transferência globular
Oscilograma de corrente de um processo com transferência globular em: 
250ms
1,5s 
Arame ER70S6 de 1,2 mm de diâmetro. Gás: CO2.
114
Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Transferência spray (aerossol)
Mistura de proteção é rica em argônio e o eletrodo ligado ao polo positivo.
Transferência controlada pela força magnética.
Gotas são lançadas para a poça de fusão independentemente da posição de
soldagem. 
Transferência estável, com mínimas perturbações no arco e
muito poucos respingos. 
A necessidade de uma corrente relativamente alta dificulta ou inviabiliza a soldagem de chapas finas ou a soldagem fora da posição plana com
transferência spray.
115
Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Transferência spray (aerossol)
Correntede transição para diferentes combinações arame/gás de proteção.
116
Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Transferência spray (aerossol)
Oscilograma de corrente de um processo com transferência spray em:
250ms
(b) 1,5s 
Arame ER70S6 de 1,2 mm de diâmetro. Gás: Ar-25%CO2.
117
Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Transferência com corrente pulsada
No início da década de 60, pesquisadores do The Welding Institute (TWI, Inglaterra) mostraram que é possível obter uma transferência do tipo spray com o uso de uma corrente variável cujo valor médio era inferior a Ic mas que passava por picos (ou pulsos) acima de Ic.
118
Transferência de metal de adição
Transferência de metal no processo GMAW
Transferência com corrente pulsada
Parâmetro de destacamento (D)
Para arames de aço carbono de 1,2mm de diâmetro e proteção de
Ar-5%CO2, por exemplo, condições ótimas de operação na soldagem com corrente pulsada ocorrem para um valor de D igual a cerca de 500A2s.
119
Transferência de metal de adição
Outros processos de soldagem
Eletrodos Revestidos
Apresenta formas de transferência metálica similares as apresentadas anteriormente.
Esse processo se diferencia pela presença de escória e menor densidade de corrente.
Modo de transferência controlado principalmente pelo tipo de revestimento.
(altera composição e propriedades físicas do metal fundido)
Tensão superficial
120
Transferência de metal de adição
Outros processos de soldagem
Eletrodos Revestidos
Dependendo do grau de desoxidação do metal fundido e da presença de componentes voláteis, gases podem ser gerados na ponta do eletrodo 
Transferência explosiva
Cavidade na ponta do eletrodo ajuda a direcionar o metal de adição.
121
Transferência de metal de adição
Outros processos de soldagem
Arco submerso
A observação da transferência de metal é difícil.
De modo similar a soldagem GMAW
O modo de transferência depende da polaridade do eletrodo. 
(mais regular para a soldagem com eletrodo positivo).
Diâmetro das gotas se reduz com o aumento da corrente de soldagem. 
De modo similar a soldagem SMAW 
As características da escória formada influenciam de forma importante o tipo de transferência. 
O arco ocorre dentro de uma cavidade de fluxo fundido que pode periodicamente se fechar para voltar a se formar logo em seguida. 
A transferência pode ocorrer através do arco ou as gotas podem colidir com a parede de fluxo e se transferir através desta.
122
Transferência de metal de adição
Outros processos de soldagem
Arames tubulares
Fluxo fica localizado no interior da parte metálica do arame, sendo esta a responsável pela condução da maior parte da corrente elétrica até o arco. 
Este ocorre externamente ao fluxo e, assim, as condições para a fusão do fluxo são menos favoráveis do que em outros processos.
123
Transferência de metal de adição
Outros processos de soldagem
Arames tubulares
Como na soldagem SMAW e SAW, a forma de transferência depende particularmente das características do fluxo
(a) "metal cored“ (b) rutílico (c) básico (d) autoprotegido
124
Transferência de metal de adição
Teorias para a Transferência de Metal na Soldagem GMAW
A teoria mais difundida para o estudo da transferência de metal é baseada no equilíbrio estático das forças atuando na ponta fundida do eletrodo.
Gravidade (Fg)
Tensão superficial (Fγ)
Força eletromagnética (Fem)
Força de arraste pela passagem de gases (Fa)
Força de reação à jatos de vapores ou ao jato de plasma (Fv)
125
Transferência de metal de adição
Teorias para a Transferência de Metal na Soldagem GMAW
Destacamento da gota
126
Velocidade de fusão do arame
Na soldagem a arco com eletrodo consumível, para o processo funcionar de forma adequada:
Velocidade média de fusão do eletrodo = Velocidade de alimentação 
Nos processos GMAW, FCAW e SAW com transferência de metal sem curto circuito, pode-se considerar que um estado estacionário é atingido: 
Comprimento do eletrodo → constante.
Por outro lado, na soldagem com eletrodos revestidos, o comprimento do eletrodo diminui continuamente com o seu consumo.
127
Velocidade de fusão do arame
Na soldagem a arco, a fusão do arame depende principalmente de seu aquecimento pelo arco e por efeito Joule .
Considerando estas duas fontes de aquecimento do arame, pode-se
mostrar que a velocidade de fusão deste pode ser representada, para os processos GMAW, FCAW e SAW, pela equação:
w : velocidade de fusão (em mm/s ou m/min), 
α e β: coeficientes ligados ao aquecimento do eletrodo pelo arco e por efeito Joule
s: comprimento do eletrodo (“stickout”) 
imed e irms: valores médio e quadrático da corrente de soldagem.
α e βpara aços carbono
128
Velocidade de fusão do arame
Curvas típicas de w para o processo GMAW com arames de diferentes materiais e bitolas.
129
Velocidade de fusão do arame
A fusão do eletrodo pode ser alternativamente descrita em termos de massa de arame por unidade de tempo (taxa de fusão, wm). A passagem de w para wm é simples quando se conhece a densidade (ρ) e o diâmetro (d) do arame.
A taxa de deposição (zm) relaciona-se com a de alimentação por:
onde  é a eficiência de deposição ( < 1)
130
Velocidade de fusão do arame
Taxas de deposição para alguns processos de soldagem
131
Variáveis de soldagem a arco
Introdução 
 Nível de corrente,
 Tipo de corrente (corrente contínua com o eletrodo positivo, CC+, ou negativo, CC-, e corrente alternada, CA),
 Tensão de operação,
 Comprimento do arco,
 Velocidade de deslocamento,
 Velocidade de alimentação de metal de adição,
 Composição e diâmetro do eletrodo,
 Comprimento do eletrodo (“stickout”),
 Distância do ponto de tomada de corrente à peça,
 Ângulo da tocha, ou eletrodo, em relação à peça,
 Tipo de gás de proteção ou de fluxo (ou de revestimento).
Existem ainda variáveis específicas para cada um dos processos.
132
Variáveis de soldagem a arco
Introdução
A seleção das variáveis de soldagem depende : 
disponibilidade de equipamentos e materiais, 
considerações geométricas (espessura dos componentes, tipo de junta, posição de soldagem e facilidade de acesso), 
metalúrgicas (tipo de material de base e sua sensibilidade ao ciclo térmico e às deformações associadas ao processo de soldagem),
econômicas, 
a necessidade de se garantir uma estabilidade adequada para o processo e de se reduzir a chance de formação de descontinuidades (mordeduras, inclusões de escória, falta de fusão, etc.) no cordão.
133
Variáveis de soldagem a arco
Introdução
A seleção das condições de soldagem é complicada pela inter-relação entre as variáveis de processo, sendo, em geral, difícil alterar uma variável mantendo as demais fixas.
Relação entre tensão e corrente no processo SAW (CC+)
134
Variáveis de soldagem a arco
Introdução
Faixa de corrente para diferentes tipos de eletrodos e diâmetros 
135
Variáveis de soldagem a arco
Efeito da corrente e tensão do arco: um modelo
Modelo da distribuição de energia na região do arco.
O arco é um eficiente transdutor de energia no qual a energia elétrica é convertida quase que totalmente em calor. A energia dissipada no arco é obtida multiplicando-se a tensão pela corrente de soldagem.
Dissipação de calor no arco
136
Variáveis de soldagem a arco
Efeito da corrente e tensão do arco: um modelo
Onde QRQ é o calor gerado por unidade de tempo na região de queda junto à peça e Ao é a área de contato entre o arco e a peça.
A potência específica do arco pode ser definida como:
137
Variáveis de soldagem a arco
Efeito da corrente e tensão do arco: um modelo
Na soldagem com eletrodo consumível, o eletrodo é comumente ligado ao polo positivo da máquina de soldagem (CC+).
Neste caso, a região de queda catódica fica junto da peça e a quantidade de energia que poderá difundir pela peça (QC) será igual à energia gerada pela passagem dos elétrons pela região de queda(QV) menos a energia necessária para a emissão dos elétrons (Qɸ) e a energia necessária para o aquecimento destes até a temperatura da coluna do arco (QT) .
138
Variáveis de soldagem a arco
Efeito da corrente e tensão do arco: um modelo
Na região de queda anódica
Na soldagem CC+ esta energia está associada com o aquecimento e fusão do eletrodo.
139
Variáveis de soldagem a arco
Efeito da corrente e tensão do arco: um modelo
Na coluna do arco, o calor gerado pela queda de energia na coluna, E.la.I é perdido principalmente na direção radial (Qr):
140
Variáveis de soldagem a arco
Efeito da corrente e tensão do arco: um modelo
Corrente de soldagem  
Quantidade de calor transferido para a peça (QC)  
Variável fundamental para determinar a quantidade de fusão no metal de base e penetração da solda.
Por outro lado, tensão tem um menor efeito na penetração pois variações desta causam maiores efeitos na coluna do arco cujo calor gerado é transmitido principalmente na direção radial.
141
Variáveis de soldagem a arco
Efeito da corrente e tensão do arco: um modelo
Relação entre a tensão do arco e a largura e área do contato do arco com a peça.
142
Variáveis de soldagem a arco
Efeito da corrente e tensão do arco: um modelo
Balanço térmico em um arco GMAW com proteção a base de argônio (E  800 V/m), I = 100 A, la de 4 mm, CC+
143
Variáveis de soldagem a arco
Efeito da corrente e tensão do arco: um modelo
Na soldagem GTAW CC- a emissão de elétrons no eletrodo de tungstênio ocorre por efeito termiônico (UC  6 V). Neste caso, a quantidade de calor gerado no eletrodo é muito menor, o que justifica a preferência por esta polaridade no processo GTAW (menor aquecimento e, portanto, menor desgaste do eletrodo).
144
Variáveis de soldagem a arco
Variáveis da soldagem e seu efeito
Segundo Jones (1978), pode-se dividir as variáveis de um processo de soldagem a arco em quatro grupos básicos:
 Variáveis pré-determinadas:
 - Tipo e espessura do metal de base,
 - Propriedades requeridas para o metal de solda e região afetada pelo calor.
(Estes fatores são estabelecidos ainda em fase de projeto, com pouca chance de serem alterados posteriormente).
145
Variáveis de soldagem a arco
Variáveis da soldagem e seu efeito
 Variáveis de fundo:
 - Processo(s) de soldagem,
 - Tipo(s) de equipamento, 
 - Técnica básica de soldagem,
 - Projeto da junta, 
 - Tipo de eletrodo, fluxo, gás, etc,
 - Diâmetro do eletrodo.
(Estas variáveis são decididas na fase inicial de produção e, em alguns casos, são determinadas em função da disponibilidade de equipamentos e materiais)
146
Variáveis de soldagem a arco
Variáveis da soldagem e seu efeito
 Variáveis secundárias:
 - Stickout do eletrodo (quando for o caso),
 - Posicionamento do eletrodo (ou tocha) em relação à peça.
 Variáveis primárias:
 - Corrente (tipo e valor),
 - Tensão,
 - Velocidade de soldagem.
Os dois últimos grupos são particularmente importantes pois estas variáveis (principalmente as primárias) são estabelecidas por último na elaboração de um procedimento de soldagem.
147
Variáveis de soldagem a arco
Variáveis da soldagem e seu efeito
Características geométricas de um cordão de solda
148
Variáveis de soldagem a arco
Variáveis da soldagem e seu efeito
149
Variáveis de soldagem a arco
Variáveis da soldagem e seu efeito
150
Variáveis de soldagem a arco
Variáveis da soldagem e seu efeito
151
Variáveis de soldagem a arco
Variáveis da soldagem e seu efeito
Representação da seção transversal de cordões de solda depositados por SAW em chapas de aço carbono mostrando a influência da corrente, tensão e velocidade de soldagem no formato do cordão (adaptado do AWS Welding Handbook Vol. 1).
152
Variáveis de soldagem a arco
Variáveis da soldagem e seu efeito
Efeito do ângulo de deslocamento sobre a forma do cordão de solda.
153
154
Fontes de energia e equipamentos auxiliares
Introdução
A soldagem a arco exige um equipamento (fonte de energia ou máquina de soldagem) especialmente projetado para esta aplicação e capaz de fornecer tensões e corrente cujos valores se situam, em geral, entre 10 e 40V e entre 10 e 1200A,
Máquinas convencionais
Tecnologia básica vem das décadas de 1950 e 60 (ou antes)
Máquinas "eletrônicas", ou modernas 
Desenvolvimento mais recente (décadas de 1970, 80, 90 e 2000).
155
Introdução
GMAW
GTAW
156
Requisitos Básicos das Fontes
 Produzir saídas de corrente e tensão nos valores desejados e com características adequadas para o processo de soldagem;
 Permitir o ajuste destes valores de corrente e/ou tensão para aplicações específicas;
 Variar a corrente e tensão durante a operação de acordo com os requerimentos do processo de soldagem e aplicação.
157
Fontes convencionais
Fontes de soldagem podem:
Usar a energia elétrica fornecida pela rede de alimentação para 
produzir uma saída adequada para a soldagem.
Converter alguma outra forma de energia para gerar a energia elétrica para a soldagem.
158
Fontes convencionais
Características estáticas
Características estáticas se relacionam aos valores médios de corrente e tensão de saída da fonte determinados, em geral, pela aplicação de uma carga resistiva.
Corrente constante (CI) Tensão Constante (CV) 
159
Fontes convencionais
Características estáticas
Tensão em vazio (U0) 
Corrente de curto-circuito (ICC) 
“Slope”
160
Fontes convencionais
Características estáticas
Corrente constante (CI) Tensão Constante (CV) 
161
Fontes convencionais
Características dinâmicas
Características dinâmicas de uma fonte envolvem as variações transientes de corrente e tensão associadas com as diversas mudanças que ocorrer durante o processo de soldagem.
Intervalos de tempo muito curtos (10-3 s).
Caracterização mais difícil do que as características estáticas.
Importante na:
Abertura do arco.
Durante mudanças rápidas de comprimento do arco.
Durante a transferência de metal através do arco.
Durante a extinção e reabertura do arco a cada meio ciclo de corrente. (corrente alternada)
162
Fontes convencionais
Características dinâmicas
São afetadas por:
Dispositivos para armazenamento temporário de energia como bancos de capacitores ou bobinas de indutância.
Controles retroalimentados em sistemas regulados automaticamente.
 Mudanças dinâmicas no formato e na frequência de saída da fonte.
163
Fontes convencionais
Características dinâmicas 
Indutância
Baixa indutância
Alta indutância
164
Fontes convencionais
Ciclo de trabalho
Intervalo de teste: 10 minutos
165
Fontes convencionais
Ciclo de trabalho
Como estimar o ciclo de trabalho para diferentes intensidades de corrente:
166
Fontes convencionais
Classificação das fontes convencionais
167
Fontes convencionais
Construção e método de controle de fontes convencionais estáticas
168
Fontes convencionais
Construção e método de controle de fontes convencionais estáticas
Transformador
Retificador
169
Fontes convencionais
Construção e método de controle de fontes convencionais estáticas
As formas mais comuns de ajuste de saída empregadas são:
• Transformadores com "tap";
• Bobina móvel;
• Núcleo de ferro móvel;
• Reator de núcleo móvel;
• Amplificador magnético.
170
Fontes convencionais
Construção e método de controle de fontes convencionais estáticas
Transformadores com "tap“:
171
Fontes convencionais
Construção e método de controle de fontes convencionais estáticas
Bobina móvel
Mínimo Máximo
172
Fontes convencionais
Construção e método de controle de fontes convencionais estáticas
Núcleo móvel
Reator variável
173
Fontes convencionais
Construção e método de controle de fontes convencionais estáticas
Amplificador magnético ou reator saturável
174
Fontes convencionais
Fonte tipo gerador
175
Fontes eletrônicas
Fontes convencionaisestáticas (dependem de sistemas mecânicos ou elétricos para o controle e ajuste de sua saída. 
Formato fixo de sua curva característica.
Velocidade de resposta baixa (da ordem de 10-1 s).
Difícil interação com sistemas digitais de controle. 
A partir de 1960 novos conceitos foram introduzidos (emprego de dispositivos eletrônicos)
176
Fontes eletrônicas
177
Fontes eletrônicas
 Desempenho superior, isto é, apresentam resposta dinâmica e reprodutibilidade muito superiores às fontes convencionais.
 Funções múltiplas:elevada velocidade de resposta, juntamente com as características de funcionamento dos tipos mais modernos de fonte permitem simular, em uma única fonte, diferentes curvas características.
 Conexão mais fácil com equipamentos periféricos e capacidade de ser programada: O controle eletrônico permite que a fonte troque sinais com sensores externos, microprocessadores internos, computadores, robôs;
 Redução de peso e dimensões;
 Maior custo e manutenção mais complexa.
178
Fontes eletrônicas
- Fontes tiristorizadas
- Fontes transistorizadas
	em série (Series regulators)
	chaveadas no secundário (Choppers)
	inversoras (Inverters) ou chaveadas no primário
179
Fontes eletrônicas
Fontes tiristorizadas
Retificadores controlados de silício
180
Fontes eletrônicas
Fontes transistorizadas analógicas
O transistor é um dispositivo eletrônico cuja saída é controlada através do ajuste de uma pequena corrente passando através de uma de suas conexões (a “base”). O seu funcionamento pode ser explicado através de um sistema hidráulico análogo no qual a passagem de água no duto principal é controlada por uma válvula acionada por uma pequena vazão de água em um duto secundário (a base).
181
Fontes eletrônicas
Fontes transistorizadas analógicas
182
Fontes eletrônicas
Fontes transistorizadas chaveadas
Nas fontes chaveadas, os transistores trabalham como chaves que são abertas e fechadas a uma elevada velocidade. Desta forma, a saída da fonte é controlada pela razão dos tempos em que os transistores permanecem abertos ou fechados
Modulação da frequência.
Controle da largura do pulso.
183
Fontes eletrônicas
Fontes transistorizadas chaveadas
184
Fontes eletrônicas
Fontes inversoras
185
Fontes eletrônicas
Fontes inversoras
186
Fontes eletrônicas
Fontes híbridas
Uma tendência recente tem sido a combinação dos tipos de fonte acima descritos de modo a aumentar o desempenho das fontes de energia a um menor custo.
187
Fontes eletrônicas
Comparação entre os diferentes tipos de fontes
188
Processos de soldagem e corte
Processos de soldagem
Soldagem a gás 
(Oxi Fuel Welding)
Fundamentos 
Soldagem por fusão
Fonte de calor  reação química (chama)
Compreende um grupo de processos de soldagem que utiliza o calor produzido por uma chama de um gás combustível e oxigênio para fundir o metal de base e, se usado, o metal de adição.
Fundamentos
 Excelente controle sobre a entrada de calor e as peças que estão sendo soldadas;
 Equipamento de baixo custo que também pode ser empregado em outras operações;
 Indicado na soldagem de chapas finas, tubos de pequenos diâmetros e em soldagens de reparo;
 Empregado na soldagem de aços e na maioria dos metais não ferrosos.
Equipamentos
Equipamentos
Maçarico
Equipamentos
Maçarico
Média pressão → misturador Baixa pressão → injetor
Equipamentos
Maçarico
Tipos de bicos
Tabela I
Equipamentos
Regulador de pressão
Dois estágios
Três estágios
Mangueiras
Consumíveis
Gases combustível e comburente
Consumíveis
Metais de adição 
E, R ou ER
AWS A5.2 R45, R60, R65, R100...
AWS A5.15 RCl
AWS A5.9 ER308, ER316...
Consumíveis
Fundentes
São materiais fusíveis, na forma de pó, granulado ou em pasta, usados na soldagem a gás para formar escória, melhorar a molhabilidade e fluidez da poça de fusão.
Técnica operatória
Chama oxi-acetilênica
Reação primária (dardo)
C2H2 + O2 → 2CO + H2 + Calor
Reação secundária (penacho)
4CO + 2H2 + 3O2 → 4CO2 + 2H2O + Calor
Técnica operatória
Tipos de chama:
Acetilênica (a)
Redutora ou carburante (b) 
Neutra (c)
Oxidante (d)
Técnica operatória
Técnica operatória
Soldagem à ré ou direita
Soldagem à frente ou esquerda
Aplicações industriais
Corte a gás 
(Oxi Fuel Cutting)
Processos de corte
Representam a operação inversa à realizada na soldagem, ou seja, separação de materiais.
Os processos de corte podem ser separados em dois grupos:
Corte térmico
Baseado na aplicação localizada de calor na peça.
Corte à frio 
Baseado na deformação localizada de material.
Fundamentos
É o processo no qual o corte é obtido pela reação do oxigênio puro com o metal, a alta temperatura. Esta alta temperatura é conseguida com uma chama oxigênio-gás combustível
As reações do ferro com o oxigênio a altas temperaturas são:
2Fe + O2 → 4FeO + 534kJ
3Fe + 2O2 → Fe3O4 + 1120kJ
4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 + 1650kJ
Fundamentos
Equipamentos
Equipamentos
Equipamentos
Consumíveis
Os consumíveis no corte a gás são:
 Oxigênio;
Deve ser de alta pureza (superior a 99,5%). Um decréscimo de 1% nessa pureza pode resultar em uma redução de até 15% na velocidade de corte e um aumento de até 25% no consumo de oxigênio. Pureza inferior a 95% implica na extinção do corte.
 Gás combustível;
 Acetileno, propano, propileno, butano, metano, GLP e gás natural. 
 Fluxos e pós.
Técnica operatória
O corte a gás é realizado nas seguintes etapas:
 Regulagem da chama de pré aquecimento (geralmente neutra);
 Pré aquecimento da região de início do corte;
 Acionamento da válvula de oxigênio;
 Início do movimento de translação.
A velocidade de deslocamento do maçarico é função do material e de sua espessura. A figura apresenta o efeito da velocidade de corte no acabamento.
Técnica operatória
Figura 4
Soldagem com eletrodos revestidos
(Shield Metal Arc Welding)
Fundamentos
Soldagem com eletrodos revestidos
Soldagem por fusão
Fonte de calor  arco elétrico
É um processo no qual a coalescência (fusão) dos metais é obtida pelo aquecimento desses com um arco estabelecido entre um eletrodo metálico revestido e a peça que está sendo soldada.
Fundamentos
Fundamentos
Fundamentos
O eletrodo revestido é constituído por uma vareta metálica, “alma”, coberta por uma mistura de diversos materiais numa camada denominada revestimento. 
As principais funções do revestimento são:
 estabilizar o arco elétrico
 ajustar a composição química do cordão;
 proteger a poça de fusão do contato com a atmosfera;
 conferir características operacionais, metalúrgicas e mecânicas o eletrodo e a solda.
Fundamentos
 Processo muito versátil (quanto ao tipo de ligas soldáveis, características operacionais, mecânicas e metalúrgicas do metal de solda);
 Custo relativamente baixo;
 Simplicidade dos equipamentos;
 Possibilidade uso em locais de difícil acesso ou abertos;
 Baixa produtividade (taxa de deposição e fator de ocupação);
 Requer maior habilidade do soldador;
 Necessidade de cuidados especiais no manuseio dos eletrodos;
 Geração de grandes volumes de gases e fumos.
Equipamentos
Fonte:
 Transformador, retificador ou gerador.
 Corrente constante.
 Ciclo de trabalho
Equipamentos
Porta eletrodo:
Cabos:
Três fatores devem ser
considerados na escolha 
dos cabos.
 corrente de soldagem;
 ciclo de trabalho;
 comprimento dos cabos.
Equipamentos
Consumíveis
O eletrodo revestido é constituído por uma alma metálica com diâmetro entre 1,5 a 8mm de diâmetro e comprimento entre 25 e 45 cm revestido. Além das funções já citadas, o revestimento serve ainda para:
 realizar/possibilitar reações de refino metalúrgico;
 formar uma camada de escória protetora;
 facilitar a remoção de escória e controlar suas propriedades físicas e químicas;
 facilitar a soldagem em diversas posições;
 dissolveróxidos contaminações na superfície da solda;
 reduzir o nível de respingos e fumos;
 diminuir a velocidade de resfriamento da solda;
 possibilitar o uso de diferentes tipos de corrente e polaridade;
 aumentar a taxa de deposição.
Consumíveis
Existe no mercado um grande número de tipos de eletrodos. Para racionalizar o mercado os eletrodos são classificados de acordo com sistemas propostos por diferentes sociedades.
Consumíveis
O revestimento dos eletrodos é constituído diversos compostos como, por exemplo:
 Celulose 
 Carbonatos
 Dióxido de titânio
 Ferro ligas
 Pó de ferro
 Argilas
 Fluoreto de cálcio
 Silicatos 
 Óxidos de ferro e manganês
Consumíveis
De acordo com a formulação do revestimento os eletrodos podem ser:
 Oxidantes
 Óxidos e ferro e manganês.
 Ácidos
 Óxidos de ferro, manganês e sílica.
 Rutílicos
 Dióxido de titânio (TiO2). Fácil soldabilidade.
 Básicos
 Calcário (CaCO3) e Fluorita (CaF2). Alta responsabilidade.
 Celulósicos
 Celulose. Grande penetração
Consumíveis
Consumíveis
Consumíveis
Armazenagem
Embalagem fechada e controle de umidade e temperatura
Forno de ressecagem
Estufa de conservação
Estufa do soldador
Soldagem
Limitado número de vezes.
Técnica operatória
Variáveis operatórias:
Tipo do eletrodo		Tipo, polaridade e intensidade
Diâmetro do eletrodo	da corrente.
 						
					Tensão e comprimento do arco.
					Velocidade de soldagem.
					Técnica de manipulação do eletrodo.
					Sequência de deposição e soldagem.
Técnica operatória
CC- : Corrente contínua polaridade direta (negativa)
CC+ : Corrente contínua polaridade inversa (positiva)
CA : Corrente alternada
Fonte
Fonte
e-
e-
Técnica operatória
Técnica operatória
Abertura do arco:
Procedimento para início da deposição:
237
Técnica operatória
Durante a execução da solda deverão ser realizados três movimentos principais:
 movimento de mergulho;
 movimento de translação;
 movimento de tecimento.
Técnica operatória
Além dos movimentos é importante a manutenção de um correto posicionamento do eletrodo com relação a junta. O posicionamento correto deve:
 evitar que escória flua à frente da poça de fusão;
 controlar a repartição do calor nas peças;
 facilitar a observação da poça de fusão;
 minimizar o efeito do sopro magnético.
Técnica operatória
Posição plana
Posição horizontal
Técnica operatória
Posição vertical
Soldagem de filete (mesma espessura - a e espessuras diferentes -b)
Aplicações industriais
Soldagem TIG
(GasTungsten Arc Welding)
Fundamentos
Soldagem TIG
Soldagem por fusão
Fonte de calor  arco elétrico
É um processo no qual a união é obtida pelo aquecimento dos materiais por um arco estabelecido entre um eletrodo não consumível de tungstênio e a peça.
Fundamentos
Fundamentos
Fundamentos
 Excelente controle da energia transferida para a peça devido ao controle independente da fonte de calor e da adição de metal de enchimento. Isso torna o processo adequado a soldagem de peças de pequena espessura e, aliado à eficiente proteção contra contaminação, permite a soldagem de metais de difícil soldabilidade;
 Não há grande geração de fumos;
 Custo de equipamentos e consumíveis é relativamente alto quando comparado a soldagem com eletrodos revestido;
 Produz soldas com ótima aparência/acabamento que exigem pouca ou nenhuma limpeza após a operação;
 A operação é normalmente manual e pode ser feita em qualquer posição embora a mecanização é fácil de ser implementada;
Fundamentos
 Aplicável à maioria dos metais e suas ligas, numa ampla faixa de espessuras;
 Devido ao alto custo é empregado principalmente na soldagem de metais não ferrosos e aços inoxidáveis, peças de pequena espessura e passe de raiz em soldas de tubulação.
Equipamentos
Equipamentos
Fonte de energia:
Do tipo corrente constante (a mesma empregada na soldagem com eletrodos revestidos).
Apesar de serem fontes similares às empregadas na soldagem com eletrodos, geralmente são equipadas com mais recursos.
A corrente de soldagem pode ser contínua (CC), alternada (CA) ou pulsada.
Tocha:
Equipamentos
Cabos
 Posicionadores Alimentadores de arame
Consumíveis
 Gases de proteção
 Varetas/arames (metal de adição)
Consumíveis
Gases de proteção
Os principais gases utilizados são o He. e o Ar ou misturas desses
Grau de pureza mínimo de 99,99% e umidade controlada.
	Característica	Argônio	Hélio
	Estabilidade de arco	↑	↓
	Consumo	↓	↑
	Tensões de arco	↓	↑
	Custo	↓	↑
	Penetração	↓	↑
	Facilidade de abertura de arco	↑	↓
	Remoção dos óxidos (corrente alternada)	↑	↓
	Velocidade de soldagem	↓	↑
Consumíveis
Gases de proteção
Gases de proteção e tipos de corrente empregados na soldagem de diferentes ligas.
Consumíveis
Varetas e arames
A escolha do metal de adição é feita em função da liga metálica que se deseja soldar. Geralmente é utilizado um metal de adição com composição química similar ao metal de base.
O diâmetro da vareta/arame depende: 
 da espessura a ser soldada;
 da quantidade de material a ser depositado;
 dos parâmetros de soldagem
Consumíveis
Varetas e arames
Especificação AWS 
Eletrodos
São fabricados de tungstênio puro ou ligas de tungstênio sinterizadas.
Eletrodos
Técnica operatória
Tipo de corrente e polaridade
Aplicações industriais
É um processo versátil quanto as ligas e faixas de espessuras soldáveis. 
Apresenta baixa produtividade e alto custo.
Permite excelente controle do calor cedido à peça.
São empregados em:
 soldagem de ligas que apresentam difícil soldabilidade, 
 união de tubos em aço inoxidável, 
 soldagem de alumínio, magnésio e titânio utilizadas em setores como o aeroespacial; 
 passes de raiz em aços carbono.
Soldagem MIG/MAG
(Gas Metal Arc Welding)
Fundamentos
Soldagem Metal Inert Gas/Metal Active Gas
Soldagem por fusão
Fonte de calor  arco elétrico
É um processo no qual a união é obtida pelo aquecimento dos materiais por um arco estabelecido entre um eletrodo metálico contínuo e a peça. A proteção do arco e da região da solda é feita por um gás ou mistura de gases inertes ou ativos.
Fundamentos
Fundamentos
Ensaios Mecânicos
Fundamentos
 Pode ser empregado em uma ampla gama de espessuras em metais ferrosos e não ferrosos;
 O processo MAG é empregado somente na soldagem de metais ferrosos (CO2 ou misturas desse gás são empregadas;
 O processo MIG é empregado na soldagem tanto de metais ferrosos quanto não ferrosos como: alumínio, cobre, magnésio, níquel e suas ligas;
 É utilizado tanto em fabricação quanto em manutenção de equipamentos;
Fundamentos
 Apresenta, em comparação a soldagem SMAW, as seguintes vantagens: alta taxa de deposição e fator de ocupação, grande versatilidade quanto ao tipo de material e espessuras aplicáveis, ausência da operação de remoção de escória e menor habilidade do soldador;
 É mais sensível a variação dos parâmetros de soldagem;
 Equipamentos mais caros e que necessitam de maior frequência de manutenção;
Fundamentos
Globular
Spray
Controlada (pulsada)
Curto circuito
Equipamentos
O equipamento para soldagem GMAW é constituído por:
 Fonte de energia
 Alimentador de arame
 Tocha
 Fonte de gás de proteção
 Cabos
 Mangueiras
 Dispositivos auxiliares, posicionadores e sistemas de movimento da tocha.
Equipamentos
Fonte de energia
Há duas maneiras de conseguir que a velocidade de consumo (fusão) do eletrodo seja, em média, igual a velocidade de alimentação de arame de modo que o comprimento do arco se mantenha constante.
Fonte do tipo corrente constante X Fonte do tipo tensão constante 
Velocidade de fusão aproximadamente constante com um alimentador de arame com velocidade de alimentação variável controlada pelo equipamento de modo a manter o comprimento do arco estável.
Alimentador de arame com velocidade de alimentação constante. A manutenção do comprimentodo arco estável é obtida a partir da variação da corrente de soldagem.
Equipamentos
Alimentador de arame
Equipamentos
Tocha
Consumíveis
Os consumíveis da soldagem GMAW são:
 Arame eletrodo
 Gases
 Anti respingo
Consumíveis
Especificações AWS para arames destinados a soldagem GMAW.
Consumíveis
Classificação dos arames de acordo com as especificações AWS A5.18 e A5.28.
Consumíveis
Propriedades mecânicas do metal de solda.
Consumíveis
Composição química do arame ou do metal de solda.
Consumíveis
Os gases podem ser inertes ou ativos ou, ainda, misturas destes.
O gás influencia:
 as características do arco;
 a transferência metálica;
 o perfil do cordão (penetração, largura, reforço);
 velocidade máxima de soldagem;
 tendência ao aparecimento de mordedura;
 custo da operação.
Consumíveis
Gases e misturas usados na soldagem GMAW.
Consumíveis
O gás de proteção influencia o perfil do cordão de solda produzido.
A figura abaixo ilustra os perfis obtidos a partir da soldagem com diferentes gases de proteção.
Técnica operatória
As principais variáveis são: tensão, corrente (tipo, intensidade e polaridade), velocidade de deslocamento, vazão da gás,diâmetro e comprimento energizado do arame.
Aplicações 
Soldagem com arames tubulares
(Flux Cored Arc Welding)
Fundamentos
Soldagem com arames tubulares
Soldagem por fusão
Fonte de calor  arco elétrico
É um processo no qual a união é obtida pelo aquecimento dos materiais por um arco estabelecido entre um eletrodo metálico contínuo tubular e a peça. A proteção do arco e da região da solda é feita pelo fluxo interno do arame e pode ser suplementada por uma fonte de gás externa.
Fundamentos
Como tudo começou...
Soldagem MIG/MAG
Altas taxas de deposição
(produtividade)
Limitada gama de composições químicas
Fundamentos
Arame tubular autoprotegido
Fundamentos
 Processo similar ao GMAW com relação aos equipamentos e princípios de funcionamento;
 Semelhante ao processo SMAW no ponto de vista metalúrgico;
 Como visto anteriormente acumula as vantagens de ambos os processos;
Equipamentos
Semelhante aos empregados na soldagem GMAW
Fontes do tipo tensão constante e, em alguns casos, do tipo corrente constante.
Consumíveis
Os consumíveis do processo FCAW são:
 Arames tubulares
	
 Gases de proteção
	Soldagem com gás de proteção externo	
	Metal cored (fluxo metálico)	
	Flux cored (fluxo não metálico)	Rutílico
		Básico
	Soldagem sem gás de proteção externo	
	Autoprotegido	
Consumíveis
Especificações AWS para arames tubulares
Consumíveis
Classificação de arames tubulares segundo a especificação
AWS A5.20
Consumíveis
Consumíveis
Tipos de fechamento dos arames 
tubulares
(Classificação proposta pelo IIW)
Consumíveis
Consumíveis
Técnica operatória
São empregadas as mesmas técnicas da soldagem GMAW com pequenas variações.
O processo pode ser otimizado para três situações:
Alta produção (utiliza-se maior stickout)
Alta velocidade de soldagem
Soldagem fora de posição
Aplicações industriais
Soldagem arco submerso 
(Submerged Arc Welding)
Fundamentos
Soldagem SAW
Soldagem por fusão
Fonte de calor  arco elétrico
É um processo no qual a união é obtida pelo aquecimento dos materiais por um arco estabelecido entre um eletrodo metálico contínuo e a peça. O arco é protegido por uma camada de material fusível granulado (fluxo) que é colocado sobre a peça.
Fundamentos
Fundamentos
Fundamentos
 A adição de metal de solda é realizada pelo próprio eletrodo;
 A operação normalmente é mecanizada;
 O fluxo se funde durante a soldagem formando a escória que cobre o cordão. A parte não fundida do fluxo pode ser reutilizada;
 Como o arco não é visível não há necessidade de utilizar dispositivos de proteção contra a radiação emitida pelo arco;
 Processo estável e suave com pouca geração de respingo e fumos. 
 Cordões de solda com excelente acabamento;
 Limitado a soldagem nas posições plana e horizontal.
Fundamentos
Equipamentos
O equipamento para a soldagem SAW é constituído por:
 fonte de energia;
 cabeçote de soldagem; 
	tocha de soldagem
	alimentador de arame
	dispositivo para alimentação do fluxo
 sistema de controle;
 cabos elétricos;
 dispositivos para deslocamento da tocha ou da peça.
Equipamentos
Equipamentos
Fonte de energia
 Transformador (CA) ou retificador (CC)
 Tipo tensão constante
 Capacidade de 400 a 1500A a 100%.
Equipamentos
Cabeçote de soldagem			Sistema de controle
Equipamentos
Dispositivos de manipulação
Equipamentos
O processo de soldagem SAW permite variações para aplicações específicas como:
 Soldagem com múltiplos arames;
 Soldagem com elevado “stickout”;
 Soldagem em chanfro estreito;
 Soldagem com eletrodo na forma de fita;
 Soldagem com adição de pó metálico.
Equipamentos
Soldagem com eletrodo na forma de fita
Equipamentos
Soldagem com múltiplos arames
Consumíveis
Os consumíveis utilizados na soldagem SAW são :
 Eletrodos (arames sólidos e tubulares e fitas);
 Fluxos. 
A combinação desses determina, juntamente com o metal de base e o procedimento de soldagem, as propriedades mecânicas do cordão de solda. 
Consumíveis
Fluxos 
São compostos por: 
 Óxidos;
 Minerais;
 Ferro ligas.
Quanto ao processo de fabricação podem ser classificados em:
 Aglomerados 
 Fundidos
Consumíveis
Fabricação dos fluxos
Fluxos fundidos
As matérias primas são fundidas em fornos elétricos e, posteriormente, a carga do forno é derramada e resfriada em água ou coquilha solidificando-se. Quando necessário é realizada britagem, moagem e peneiramento.
Fluxos aglomerados
Consumíveis
Fabricação dos fluxos
Os fluxos são podem ser classificados quanto às características químicas em:
 Ácidos
 Básicos
 Neutros
Consumíveis
Fabricação dos fluxos
Os fluxos são podem ser quanto a sua influência na composição química do metal de solda:
 Ativos (adição de Si e Mn)
 Neutros (compensação de elementos desoxidantes - Si e Mn)
 Ligados (adição de elementos de liga – Cr, Ni, Mo, Nb, V, ...).
Consumíveis
A combinação fluxo e arame é classificada de acordo com as seguintes especificações AWS:
Consumíveis
Técnica operatória
As principais variáveis operacionais do processo SAW são:
Valor e tipo de corrente
Tipo de fluxo e distribuição das partículas
Tensão
Velocidade de soldagem
Diâmetro do eletrodo
Extensão do eletrodo
Tipo do eletrodo
Largura e profundidade da camada de fluxo
318
Técnica operatória
Valores de corrente de soldagem em função do diâmetro do arame
Técnica operatória
Parâmetros de soldagem de juntas de topo sem chanfro em aço
Parâmetros de soldagem de filete horizontal em aço
319
Aplicações industriais
320
Soldagem a plasma
(Plasma Arc Welding )
Fundamentos
Soldagem PAW
Soldagem por fusão
Fonte de calor  arco elétrico
É um processo no qual a união é obtida pelo aquecimento dos materiais por um arco estabelecido entre um eletrodo não consumível e a peça. O arco se diferencia do processo TIG por estar restringido por um bocal constritor. São empregados dois gases que podem ser iguais ou diferentes (gás de plasma e de proteção).
Fundamentos
Fundamentos
Existem duas variantes do processo:
Arco transferido 
(melhor para soldagem de peças condutoras)
Arco não transferido 
(usado com se deseja minimizar a energia de soldagem) 
Fundamentos
 Pode ser realizada de maneira manual ou mecanizada;
 Não é muito influenciado pela distância entre a tocha e a peça;
 Processo estável e de alta intensidade; 
 Equipamento empregado mais complexo que o empregado em outros processos;
 Permite excelente controle da fonte de calor;
 Empregável na maioria dos metais e muitos materiais não metálicos;
Equipamentos
O equipamento para soldagem a plasma consiste em:
Fonte de energia
Tocha
Fonte de gases
Sistemade controle
Equipamentos
Fonte de energia
 Fonte do tipo corrente constante
 Capacidade de fornecer corrente entre 100 e 500A.
 Fonte para soldagem microplasma fornecem correntes a partir de 0,1A;
 Como as tensões de trabalho são mais altas os equipamentos são específicos para esse processo; 
Equipamentos
Tocha
A configuração dos bocais constritores podem variar. 
Consumíveis
Os consumíveis utilizados na soldagem a plasma são:
Gás de plasma
Gás de proteção
Metais de adição
Consumíveis
Gás de plasma
O gás de plasma deve ser inerte em relação ao eletrodo e as partes da tocha de soldagem para evitar sua contaminação e rápida deterioração.
Os mais utilizados são:
Argônio
Hélio
Nitrogênio
Misturas destes.
Consumíveis
Gás de plasma
Consumíveis
Gás de proteção
Na soldagem em baixas correntes normalmente é empregado o mesmo gás para plasma e proteção.
Geralmente, como gás de proteção, é empregado o CO2.
Consumíveis
Metal de adição
Os metais de adição são os mesmos empregados na soldagem TIG e MIG/MAG.
São fornecidos em varetas ou arames bobinados.
Eletrodos
Os eletrodos de tungstênio empregados na soldagem a plasma são os mesmos utilizados na soldagem TIG. Podem ser de tungstênio puro ou ligados e são cobertos pela especificação AWS A5.12.
Técnica operatória
Existem duas técnicas de soldagem:
Keyhole
Por fusão
(empregada em soldagem manual com fluxos de gás de plasma e correntes mais baixas)
Técnica operatória
Faixa de espessura para as diferentes técnicas.
Os principais parâmetros de soldagem são:
Corrente de soldagem
Diâmetro do orifício do bocal
Vazão do gás de plasma
Velocidade de soldagem
Técnica operatória
Parâmetros de soldagem
Técnica operatória
O efeito da corrente no cordão de solda é semelhante ao que ocorre nos outros processos de soldagem a arco.
Tipo de corrente: CC- ou CA
Tochas para soldagem possuem maiores orifícios que tochas para corte. 
Diâmetro do orifício↑ Penetração do cordão de solda ↑
Vazão do gás de plasma ↑ Penetração do cordão de solda ↑
O efeito da velocidade de soldagem é mesmo dos outros processos de soldagem.
Aplicações industriais
Pode ser empregada em qualquer posição, velocidade elevada e, em geral, com menor energia de soldagem e maior razão penetração/largura do cordão.
Indicado em aplicações onde se deseja alta produtividade ou precisão.
A estabilidade do arco permite a soldagem usando baixas correntes adequada a soldagem de peças em pequena espessura.
Corte a plasma
(Plasma Arc Cutting)
Fundamentos
Possui o mesmo principio de funcionamento da soldagem a plasma.
Foi introduzido em 1955 na substituição de outros processos de corte. Principalmente no corte de não ferrosos e aços inoxidáveis 
O jato de plasma funde e expulsa o metal de base com grande eficiência.
Pode ser realizado manualmente ou de maneira mecanizada no corte de peças com espessura de 3 a 40mm.
Fundamentos
Pode ser empregado um ou mais gases.
No corte com mais um gás o nitrogênio geralmente é o gás de plasma.
Gás de proteção (CO2 , mistura Argônio-Hidrogênio)
É comum o emprego de ar comprimido como gás de plasma no corte manual de aços.
Equipamentos 
O equipamento destinado ao corte plasma é constituído por:
Fonte de energia
Tocha de corte
Fonte de gases e água
Unidade de controle
Equipamentos 
Fonte de energia
 Apresentam maior tensão em vazio em comparação as fontes destinadas a soldagem (120-400V).
 Corrente de saída de 70 a 1000A.
Equipamentos 
Tocha
Consumíveis
Os consumíveis empregados no corte plasma são os gases.
O gás ou mistura gasosa utilizada varia em função do material cortado.
Bicos, eletrodos e outros componentes da tocha, apesar de sofrerem desgaste, não são consumíveis.
Técnica operatória
As principais variáveis do corte plasma são:
Corrente
Velocidade de corte
Fluxo de gás
Distância bocal peça
Outros parâmetros importantes:
Tipo de tocha e diâmetro e disposição dos orifícios
348
Técnica operatória
Parâmetros de corte
Aplicações industriais
Pode ser empregado na maioria dos metais comerciais.
Qualidade de corte
Oxicorte < Plasma < Laser
Soldagem por resistência
Fundamentos
Compreende o grupo de processos nos quais a união de peças metálicas é produzida em superfícies sobrepostas ou em contato topo a topo, pelo calor gerado na junta através de resistência à passagem de uma corrente elétrica (efeito Joule) e pela aplicação de pressão, podendo ocorrer uma certa quantidade de fusão na interface.
Fundamentos
Fundamentos
Soldagem por pontos (RSW)
Soldagem por costura (RSEW)
Soldagem por projeção (RPW)
Soldagem topo a topo por resistência (UW)
Fundamentos
Soldagem topo a topo por centelhamento (FW)
Soldagem por resistência a alta frequência (HFRW)
Fundamentos
Faixa de parâmetros de soldagem para alguns tipos de materiais
O calor gerado pela passagem da corrente elétrica é dado por:
Equipamentos
O equipamento para soldagem por resistência apresenta três sistemas básicos:
Elétrico
Mecânico
Controle
Equipamentos
Sistema Elétrico
Energia direta
Máquinas de corrente alternada
(transformador monofásico)
 capacidade limitada pois causam desbalanceamento da rede.
 baixo fator de potência devido a alta indutância do transformador.
Energia indireta
Máquinas de corrente contínua
(banco de capacitores)
 alta capacidade
 menor consumo em kVA
Equipamentos
Sistema Elétrico
Eletrodos
Condução da corrente e transmissão da força mecânica.
Produzidos em ligas com elevada condutividade térmica e elétrica.
Resistentes a deformação e ao desgaste mesmo em temperaturas elevadas.
Cu-Cr Cu-Cr-Zn Cu-Cd Cu-Be
(tratadas termicamente)
Equipamentos
Sistema Elétrico
Eletrodos
Sistema de resfriamento
do eletrodo
Equipamentos
Sistema Mecânico
Desenho esquemático de equipamento para soldagem por pontos/projeção
Equipamento para soldagem por costura
Técnica operatória
Principais variáveis
Corrente elétrica
Resistência elétrica do circuito de soldagem
Tempo
Eletrodos (força aplicada, forma e preparação)
Técnica operatória
Técnica operatória
Fatores que influenciam a qualidade da solda:
 Espaçamento entre os eletrodos 
 Condições dos materiais
 Uniformidade dos pontos de solda
 Presença de rebarbas e ondulações
 Corrente
 Tempo
 Pressão
Técnica operatória
Onde:	R = Resistividade;
	F = Ponto de fusão;
	kt = Condutividade térmica; 
W < 0,25		péssima
0,25 < W < 0,75	ruim
0,75 < W < 2		boa
2 < W			excelente
Aço carbono - W > 10
Alumínio - W ~ 1-2
}
Técnica operatória
Técnica operatória
Brasagem
Fundamentos
Abrange o grupo de processos de união que produz coalescência dos metais pelo aquecimento a um temperatura adequada e pelo uso de metal de adição que tem um ponto de fusão abaixo da temperatura “solidus” do metal de base.
Ponto de fusão > 450°C	Brasagem forte
Ponto de fusão < 450°C	Brasagem fraca
Solda brasagem (MIG-Brazing)
Fundamentos
O metal de adição preenche a junta por ação capilar.
É imprescindível que a superfície do metal de base esteja limpa. Essa limpeza pode ser feita mecânica ou quimicamente.
Fluxos são usados para promover limpeza química da superfície.
A brasagem pode ser realizada em atmosfera ativa, inerte ou sob vácuo.
Fundamentos
Simulação de uma brasagem (E. B. Webb III and J. J. Hoyt, 2008). 
Exemplo de uma brasagem em um evaporador.
Microestrutura de uma junta de cobre brasada com o metal de adição P81 (Cu-Zn-Ni-P). 
Fundamentos
Aspecto metalográfico de uma junta brasada de Cobre 122(CuDHP) e metal de adição BCuP-5 . 
Fundamentos
Classificação dos processos de brasagem quanto ao método de aquecimento:
Por chama
Em forno
Fundamentos
Classificação dos processos de brasagem quanto ao método de aquecimento:
Por indução
Por resistência
Fundamentos
Classificação dos processos de brasagem quanto ao método de aquecimento:
Por imersãoPor infravermelho
Consumíveis
Os consumíveis utilizados na brasagem são:
Metal de adição
Fluxos
Atmosfera
Consumíveis
Metal de adição
A escolha do metal de adição para uma determinada operação de brasagem é crítica para se obter um junta com características adequadas.
Na escolha são considerados:
Metal de base
Método de aquecimento
Desenho da junta
Proteção
Consumíveis
Metal de adição
Um fator importante é o intervalo de fusão da liga.
Metais puros e ligas eutéticas possuem temperatura de fusão bem definida.
Consumíveis
Metal de adição
A distância percorrida pelo metal de adição em juntas horizontais e verticais é dada por:
Consumíveis
Metal de adição
Metais de adição
para brasagem
Consumíveis
Metal de adição
Metais de adição 
recomendados para 
brasagem.
381
Consumíveis
Metal de adição
Metais de adição para solda brasagem.
Consumíveis
Metal de adição
Metais de adição para 
brasagem fraca.
Consumíveis
Fluxos
As sustâncias mais usadas como fluxo em brasagem são:
 Boratos
Na, K e Li. Para uso acima de 760°C. Boa capacidade de dissolução do óxidos e boa proteção contra oxidação.
 Fluorboratos
Na e K. Melhor capacidade de dissolução dos óxidos e maior fluidez que os boratos. Usados em materiais para uso em temperaturas elevadas. 
Consumíveis
Fluxos
As sustâncias mais usadas como fluxo em brasagem são:
 
 Fluoretos
Na, K e Li. São muito ativos aumentando o efeito da capilaridade.. Utilizados especialmente em alumínio e suas ligas. Produzem fumos tóxicos. Tem fraca proteção contra oxidação 
 Cloretos
Tem propriedades e aplicações idênticas aos fluoretos embora sejam menos eficazes.
 Ácido bórico calcinado
Constitui a base de muitos fluxos. É um bom agente de limpeza, reduz viscosidade dos fluxos e facilita a remoção dos resíduos do fluxo.
Consumíveis
Fluxos
Consumíveis
Atmosferas
Consumíveis
Atmosferas
Na solda brasagem o gás de proteção mais usado é o argônio.
Técnica operatória
Uma brasagem com qualidade aceitável depende, além da adoção de um procedimento adequado, do projeto da junta.
O tipo de junta depende da composição do metal de base, metal de adição, condições de serviço, processo de brasagem, quantidade das peças, etc... 
Apenas dois tipos de junta são usadas em brasagem:
 Sobreposta
Topo
Técnica operatória
Técnica operatória
O espaçamento entre as peças tem grande influência sobre as propriedades mecânicas.
Técnica operatória
Espaçamento recomendado para diferentes tipos de metal de adição.
Aplicações industriais
 Junção de metais dissimilares;
 União de peças de pequena espessura;
 União de materiais tratados termicamente;
 União metal-cerâmica.
MIG-brazing
 União de chapas galvanizadas;
 Chapas finas de aço inoxidável.
Fundamentos da Metalurgia da Soldagem
Introdução
Soldagem
Aplicação de calor localizada e/ou deformação plástica.
Alterações, nem sempre desejáveis, nas propriedades 
dos materiais.
Metalurgia da soldagem
Introdução
Breve discussão sobre metalurgia física.
Quais ligas metálicas?
Aços
Os conceitos podem ser aplicados a outros metais e suas ligas
Metalurgia física dos aços
Relação estrutura-propriedades
 Propriedades 
 Estrutura
 Composição 
 química 
 Processamento 
 do material (história)
Metalurgia física dos aços
Relação estrutura-propriedades
Soldagem
Variações de temperatura e deformação plástica.
Pode ser considerada um tratamento termomecânico
Mudanças na estrutura
Mudanças nas propriedades
Podem comprometer o desempenho em serviço do material soldado. 
Metalurgia física dos aços
Níveis estruturais
O termo estrutura pode compreender desde detalhes grosseiros (macroestrutura) até detalhes da organização interna dos átomos (estrutura eletrônica). 
A metalurgia física se interessa principalmente pelo arranjo dos átomos que compõe as diversas fases do material (estrutura cristalina) e pelo arranjo dessas fases (microestrutura).
Metalurgia física dos aços
Níveis estruturais
Metalurgia física dos aços
Níveis estruturais
Metalurgia física dos aços
Definição e classificação dos aços
Aços são ligas de ferro com teor de carbono até 2,1% em peso. Outros elementos químicos podem estar presentes em decorrência do processo de fabricação ou adicionados com o objetivo de obter propriedades específicas.
Quanto a composição química os aços podem ser classificados em:
 Aços baixa liga (ate 5% de elementos de liga);
 Aços média liga (de 5 a 10% de elemento de liga);
 Aços alta liga (acima de 10% de elemento de liga).
 
Metalurgia física dos aços
Importância dos aços
Os aços compreendem o grupo de ligas mais usadas pelo homem.
Abundância das matérias primas
Facilidade de refino
Baixo custo
Vasta gama de propriedades 
(composições químicas e tratamentos termomecânicos)
Metalurgia física dos aços
Microestrutura dos aços
Para o estudo do efeito da soldagem nos aços é necessário conhecimento prévio da sua microestrutura e de como essa pode ser alterada por tratamentos térmicos.
Uma ferramenta interessante para entendimento das fases presentes em um aço e para uma primeira análise da formação de sua microestrutura em condições de resfriamento lento é o diagrama de equilíbrio Ferro-Carbono.
 
Aplicável a aços carbono quando a temperatura é mantida constante ou varia lentamente.
Metalurgia física dos aços
Microestrutura dos aços
Fases e estrutura do aço resfriado lentamente
Austenita (Ƴ) – CFC
Ferrita (α) - CCC
Cementita (Fe3C) - Ortorrômbica
Metalurgia física dos aços
Microestrutura dos aços
Fases metaestáveis e diagramas de transformação
Velocidade de resfriamento
Temperatura de transformação da austenita
Mobilidade atômica
Metalurgia física dos aços
Microestrutura dos aços
Fases metaestáveis e diagramas de transformação
Metalurgia física dos aços
Fases metaestáveis e diagrama de transformação
A microestrutura formada em função da velocidade de resfriamento pode ser obtida através de diagramas de transformação para o aço. 
Esses diagramas são obtidos experimentalmente para transformações a temperaturas constantes (Diagramas TTT) ou transformações durante resfriamento contínuo (Diagramas TRC) e mostram a evolução da microestrutura em função da temperatura e do tempo.
Embora tenham sido desenvolvidos originalmente para transformações após austenitização a baixas temperaturas já existem diagramas aplicáveis a soldagem
Metalurgia física dos aços
Fases metaestáveis e diagrama de transformação
Diagrama TRC esquemático
Metalurgia física dos aços
Elementos de liga
A adição balanceada de elementos de liga permite obtenção de uma variedade de tipos de aço com diferentes propriedades
(mecânicas, químicas,magnéticas, elétricas e térmicas). 
Eles atuam em dois aspectos :
Termodinâmico : alterando a estabilidade de fases ou formando novas fases
Cinético : alterando a velocidade de transformação de fases
Metalurgia física dos aços
Elementos de liga
Termodinâmico
Ni  estabilizante da austenita.
Nb, V e Ti – reagem fortemente com carbono formando carbonetos que possuem grande estabilidade 
(não se dissolvem na austenita a temperaturas em torno de 1000°C).
Cinético
Alteração da velocidade de transformação da austenita (temperabilidade).
Metalurgia física dos aços
Mecanismos de aumento de resistência mecânica
A resistência mecânica de aços pode variar de 100 a cerca de 2000MPa.
Diferentes mecanismos podem promover o aumento da resistência mecânica:
Deformação à frio
Formação de solução sólida
Formação de constituintes mais resistentes
Endurecimento por precipitação
Refino de grão
Melhoria simultânea de
ductilidade e tenacidade
Fluxo de calor
Na maioria dos processos de soldagem a junta precisa ser aquecida a uma temperatura adequada.
Soldagem por fusão 
O fluxo de calor em soldagem pode ser divididoem duas etapas básicas:
1° fornecimento de calor a junta 
2° dissipação deste calor pela peça.
Fonte de calor
2.000°C a 20.000°C 
8x108W/m2 
Fusão localizada
Gradiente térmico
102 – 103 °C/mm
Taxas de resfriamento
até 103 °C/s
Fluxo de calor
O parâmetro empregado para caracterizar a primeira etapa (fornecimento de calor a junta) é o aporte térmico ou “heat input”.
Fluxo de calor
Na segunda etapa, a dissipação do calor ocorre principalmente por condução, na peça, das regiões aquecidas para outras regiões do material. A evolução da temperatura pode ser calculada teórica e experimentalmente.
Ciclo térmico de soldagem
 
Fluxo de calor
Ciclo térmico de soldagem
 Temperatura de pico (Tp)
Temperatura máxima atingida no ponto.
Diminui a medida que se afasta do centro 
da solda. Pode ser estimada (soldas em um único passe e penetração total) por:
Onde:
c: calor específico
: densidade
h: espessura da peça
H: energia de soldagem 
T0: temperatura inicial 
Tf: temperatura de fusão 
Fluxo de calor
Ciclo térmico de soldagem
 Tempo de permanência (tc)
Tempo que o ponto é submetido a uma 
temperatura mínima (Tc – temperatura crítica) 
necessária a ocorrência de transformações
microestruturais e ou de propriedades significativas.
 Velocidade de resfriamento (ф)
Obtida pela derivada (ou inclinação) em uma determinada temperatura 
ou pelo tempo necessário para ir de T1 a T2 (t1/2). Na soldagem de 
aços essas temperaturas normalmente são 800 e 500°C.
Fluxo de calor
Curvas esquemáticas de partição
Representa a temperatura de pico em função da distância do centro da solda (na direção perpendicular) para diferentes energias de soldagem .
Fluxo de calor
Os ciclos térmicos de soldagem e a partição térmica dependem de diversas variáveis:
 Tipo de metal de base (condutibilidade térmica);
 Geometria da junta;
 
 Espessura da junta (a dissipação do calor aumenta com a espessura até um limite):
Fluxo de calor
Os ciclos térmicos de soldagem e a partição térmica dependem de diversas variáveis:
 Energia de soldagem e temperatura inicial da peça.
Energia de soldagem 
Temperatura inicial da peça 
Velocidade de resfriamento 
Macroestrutura das soldas por fusão
A curva esquemática de partição permite definir, para uma solda por fusão, três regiões básicas:
A - Zona fundida (ZF)	
B - Zona termicamente afetada (ZTA)
C - Metal de base (MB)
Macroestrutura das soldas por fusão
O ciclo térmico influencia de forma importante as reações e alterações estruturais que ocorrem em uma dada região do material devido ao processo de soldagem. 
Macroestrutura das soldas por fusão
A figura apresenta esquematicamente as reações e alterações esperadas na soldagem a arco de um aço carbono para um ponto situado na zona fundida.
Características da zona fundida
Características da poça de fusão
Nos processos de soldagem por fusão a zona fundida pode ser formada nas mais diversas condições. 
Na soldagem a arco com eletrodo consumível o metal é transferido para poça de fusão na forma de gotas a temperaturas muito elevadas (acima de 2000°C).
Características da zona fundida
Características da poça de fusão
Topo da poça de fusão:
 altas temperaturas ;
 intensa interação do metal fundido com os gases e escória (absorção de gases, redução de óxidos, transferência de oxigênio para o metal, transferência de elementos de liga e impurezas do metal fundido para a escória, volatilização de alguns elementos);
Parte posterior da poça de fusão: 
 temperaturas mais baixas (solidificação)
Características da zona fundida
Características da poça de fusão
A composição química da ZF depende da intensidade dessas interações.
A participação relativa do metal de base e de adição na formação da ZF é conhecida como coeficiente de diluição ou, simplesmente, diluição. 
A diluição pode ser medida em macrografias da seção transversal de soldas. 
Características da zona fundida
Características da poça de fusão
Na região posterior da poça de fusão é observado queda na temperatura. Isso faz com que diversas reações ocorram em sentido contrário. 
 O metal pode ficar supersaturado de gases
 (hidrogênio e nitrogênio).
 Evolução desses gases 
 
 Formação de porosidade
Características da zona fundida
Características da poça de fusão
Redução na solubilidade do oxigênio
Reação do oxigênio com outros elementos formando:
Gases
C+0CO(g) (Resulta em porosidade)
 Sólidos ou líquidos
(Quando capturado pela frente de solidificação resulta em inclusões)
Características da zona fundida
Características da poça de fusão
A extensão das reações depende
 também das características 
químicas da escória que está em 
contato com o metal líquido.
Na soldagem pelo processo SAW 
o teor de oxigênio na solda tende a 
diminuir com o aumento da 
quantidade de óxidos básicos na 
escória.
Solidificação da poça de fusão
A solidificação se inicia na parte posterior da poça de fusão
O processo de solidificação determina diversas características macro e microestruturais do cordão → influencia sobre as propriedades e comportamento da solda. 
Características da zona fundida
Em um lingote ou peça fundida são observadas três regiões distintas:
 Zona colunar
 Zona coquilhada
 Zona central
Solidificação da poça de fusão
Características da zona fundida
Em uma solda o metal líquido em contato com o metal de base (parede do molde) não é superresfriado. 
Não é observada a zona coquilhada.
Como as peças fundidas em geral, a zona fundida é caracterizada por uma estrutura primária de grãos colunares e grosseiros que pode conferir menor tenacidade ao material.
Características da zona fundida 
Formação da estrutura secundária
Após a sua solidificação, a ZF pode ainda sofrer alterações até o resfriamento final a temperatura ambiente. 
 Crescimento de grão;
 Formação de carbonetos, nitretos e outras fases intermetálicas;
 Transformações de fase.
Características da zona fundida 
Formação da estrutura secundária
Na soldagem em vários passes a microestrutura é ainda mais complexa pois cada passe pode afetar os passes anteriores.
Regiões podem ser reaustenitizadas e sofrerem novas transformações durante o resfriamento. 
Características da zona termicamente afetada
As características da ZTA dependem, fundamentalmente, do tipo de metal de base, processo e procedimento de soldagem.
Metais não transformáveis (cobre e alumínio):
 Crescimento de grão caso o material esteja recozido;
 Caso o material esteja encruado, além de uma região de crescimento de grão adjacente à ZF, ocorrerá uma região recristalizada um pouco mais afastada.
Metais transformáveis (aços carbono e baixa liga):
 ZTA mais complexa.
Características da zona termicamente afetada
Regiões da ZTA em aços carbono e baixa liga:
(A)
Região de crescimento de grão
(B) 
Região de refino de grão
(C) 
Região intercrítica
Características da zona termicamente afetada
Região de crescimento de grão
Região mais próxima da solda 
1200°C < Temperatura < Temperatura de fusão
Estrutura grosseira
Os constituintes formados dependerão do:
Teor de carbono e elementos de liga
Tamanho de grão austenítico
Velocidade de resfriamento
Região mais problemática da ZTA
Características da zona termicamente afetada
Região de refino de grão
900°C < Temperatura < 1200°C
Não é, na prática, uma região problemática da ZTA.
Características da zona termicamente afetada
Região intercrítica
727°C < Temperatura < Linha A3
Transformação parcial de fase
Há possibilidade de formação de constituintes de elevada dureza e baixa tenacidade.
Descontinuidades comuns em soldas
Descontinuidades são, em soldagem, interrupções ou violações na estrutura típica ou esperada de uma junta soldada.
Defeito 
= 
Descontinuidade inaceitável segundo critérios estabelecidos por normas/especificações
Segundo o livro Welding Inspection da AWSexistem três categorias básicas de descontinuidades:
Dimensionais
Estruturais
Propriedades inadequadas
Descontinuidades comuns em soldas
Descontinuidades dimensionais
São descontinuidades nas dimensões e forma dos cordões
Distorção:
Contração transversal
Contração longitudinal
Distorção angular
Descontinuidades comuns em soldas
Descontinuidades dimensionais
Dimensão incorreta
Perfil incorreto:
Formato incorreto da junta: (desalinhamento)
Descontinuidades comuns em soldas
Descontinuidades estruturais
São descontinuidades na micro e macroestrutura da solda associadas a falta ou presença de material estranho em quantidades apreciáveis.
Porosidade:
(a) Distribuída
(b) Agrupada
(c) Alinhada
(d) Vermicular
Descontinuidades comuns em soldas
Descontinuidades estruturais
Inclusão de escória:
Inclusão de tungstênio
Falta de fusão:
Descontinuidades comuns em soldas
Descontinuidades estruturais
Falta de penetração:
Mordedura:
Descontinuidades comuns em soldas
Descontinuidades estruturais
Trincas:
São consideradas as 
Descontinuidades mais graves 
em soldagem. 
Descontinuidades comuns em soldas
Descontinuidades estruturais
Trincas:
Vários mecanismos são responsáveis pela formação de trincas em soldas:
 Fissuração na solidificação
Formato do cordão
Formação de filmes de material 
líquido segregado 
entre os contornos 
de grão.
Descontinuidades comuns em soldas
Descontinuidades estruturais
Continuação (mecanismos de formação)
 Fissuração pelo hidrogênio
	Presença de hidrogênio
	Microestrutura sensível
	Elevada solicitação mecânica
	Temperatura
CE < 0,40 Material pouco sensível
CE > 0,60 Material muito sensível
Descontinuidades comuns em soldas
Propriedades inadequadas
Propriedades mecânicas:
Limites de resistência, escoamento, ductilidade, dureza, resistência ao impacto.
Propriedades químicas:
Resistência à corrosão
Tensões residuais e distorções em soldagem
Introdução 
Soldagem (por fusão)
Aplicação de calor localizado
 Região aquecida Temperatura mais baixa
 Dilatação			 Dificulta a dilatação
Resultado:
Tensões internas (Tensões residuais)
Deformações permanentes (Distorções)
Deformações elásticas e plásticas durante a soldagem
Introdução 
Tensões residuais
São aquelas que permanecem na peça após a remoção das solicitações externas.
Uma das principais causas de seu aparecimento é a ocorrência de deformação plástica não uniforme decorrentes de efeitos mecânicos (Esmerilhamento, jateamento,...) ou térmicos.
Pode resultar também de transformações de fase.
Introdução 
Tensões residuais
Estão presentes na ausência de solicitações externas
 Tensões residuais = nulo
Perturbação do equilíbrio (corte de parte da peça) resulta em redistribuição das tensões para restauração do mesmo 
Introdução 
Tensões residuais
Consequências das tensões residuais em soldas:
 Formação de trincas;
 Maior propensão para desenvolvimento de fadiga e fratura frágil;
 Perda de estabilidade dimensional.
Desenvolvimento de tensões residuais em juntas soldadas
Volume ocupado pelo metal de adição: 
no estado líquido;
(b) à temperatura ambiente. 
Desenvolvimento de tensões residuais em soldas
Tensões residuais associadas a ocorrência de deformação plástica não uniforme por efeitos térmicos.
Aumento das dimensões em função da variação da temperatura:
	Aquecimento / resfriamento	Variação dimensional	Consequências
	Uniforme	Sem restrições	Sem efeitos mecânicos importantes
	Localizado 
(Não uniforme)	Com restrições	Tensões residuais e/ou distorções
Desenvolvimento de tensões residuais em soldas
Desenvolvimento de tensões residuais em soldas
Desenvolvimento de tensões residuais em soldas
Determinação das Tensões Residuais pode ser feita através de métodos:
Destrutivos
Extensômetros elétricos
Não destrutivos
Difração de Raios-X
O desenvolvimento das Tensões Residuais pode ser simulado por técnicas numéricas:
Elementos Finitos
Consequências das Tensões Residuais
Variação da tensão em função de carregamento estático de tração:
Tensão residual + Tensão de Tração
Se limite de escoamento é atingido, há deformação plástica e as tensões residuais são reduzidas após o carregamento.
Consequências das Tensões Residuais
Variação da tensão em função de carregamento estático de tração:
 Tensões residuais afetam de forma significativa apenas fenômenos que ocorrem com tensões aplicadas relativamente baixas (inferior ao limite de escoamento do material). Fratura frágil, fragilização pelo hidrogênio e corrosão sob tensão;
 Em estruturas submetidas a carregamento, quanto maior o carregamento, menor o efeito das tensões residuais;
 Se a estrutura é carregada além do seu limite de escoamento,o efeito das tensões residuais se torna desprezível;
 métodos que utilizam solicitação mecânica podem ser usados para diminuir as tensões residuais de componentes soldados.
Consequências das Tensões Residuais
Comportamento em fadiga
Tensão residual de compressão
Redução da chance de iniciação de trincas por fadiga
Tensão residual de tração
Possível efeito negativo sobre o desempenho quanto à fadiga
Consequências das Tensões Residuais
Fratura Frágil
Estruturas soldadas são propensas a fratura frágil porque:
 São monolíticas;
 A região da solda apresenta variações microestruturais como, por exemplo, crescimento de grão (em estruturas CCC esse fator reduz a tenacidade);
 A região da solda tende a apresentar diversas descontinuidades que podem atuar como concentradores de tensão e pontos para iniciação da fratura;
 Tensões residuais elevadas estão presentes na região da solda.
Consequências das Tensões Residuais
Fratura Frágil
Esse tipo de fratura é favorecido por diversos fatores presentes em estruturas soldadas como:
Baixa temperatura
Elevadas taxas de deformação
Espessura do componente
Presença de concentradores de tensão
Microestrutura de baixa tenacidade
Para minimizar o risco em componentes soldados:
Tratamentos térmicos para alívio de tensão e/ou refino da microestrutura.
Consequências das Tensões Residuais
Formação de trincas em soldas
Trincas são frequentemente formadas em soldas devido a:
Presença de solicitações (tensões de tração);
Incapacidade do material de acomodar as solicitações.
A fragilização da região da solda pode ocorrer através:
Formação de filmes líquidos nos contornos de grão
Crescimento de grão
Presença de hidrogênio
Precipitação
Consequências das Tensões Residuais
Corrosão sob tensão
Em ambientes agressivos, trincas de corrosão podem se desenvolver de forma acelerada devido a presença de tensões de tração.
Em aços carbono e baixa liga esse fenômeno é desencadeado na presença de hidróxidos e sulfeto de hidrogênio.
Consequências das Tensões Residuais
Instabilidade dimensional
Componentes soldados, quando submetidos a operações de remoção de material (usinagem) pode ter o equilíbrio de forças perturbado.
A restauração desse ocorre através de distorções.
Distorções
Definição
Desvios permanentes de forma e/ou dimensões resultantes das deformações plásticas que ocorrem devido as tensões transientes desenvolvidas durante a soldagem.
Devido as tensões residuais as peças podem sofrer distorção adicional após a retirada dos dispositivos de fixação. 
Distorções
Evolução da deflexão longitudinal de uma barra pelo calor da soldagem
Distorções
Contração transversal
Contração longitudinal
Distorção angular
Flexão em relação à linha neutra
Distorções
Contração transversal
Soldas de topo em aço carbono ou baixa liga
Aw:área da seção transversal da solda
t: espessura das chapas
f: abertura da raiz do chanfro
Distorções
Contração longitudinal
Inferior que a contração transversal mas resulta em efeitos importantes.
Dobramento
 Flexão de peças com soldas feitas fora de sua linha neutra
Distorção por flambagem (enrugamento) de chapas finas
Controle das tensões residuaisRedução do nível de tensões residuais em uma junta soldada
Redução do calor fornecido à junta
Redução do peso de metal depositado
Seleção de processos com maior eficiência térmica
Uso de metal de adição com menor resistência permissível
Redução de vínculos externos
Controle das tensões residuais
	Procedimento		Descrição	Características	Limitações
	Mecânicos	Martelamento	Martelamento do metal depositado e suas adjacências durante ou após a soldagem	Método simples,
pode causar refino de grão.	Inadequado para materiais de baixa ductilidade.
		Encruamento	A junta soldada é deformada plasticamente pela aplicação de tração	Bastante eficiente para tanques esféricos e tubulações.	Inadequado para estruturas complicadas pela dificuldade de aplicar tensões uniformes.
		Vibração	Vibrações são aplicadas na estrutura causando ressonância de baixa frequência que ocasiona deformação plástica parcial da estrutura e alívio de tensões.	Operação simples.	Inadequado para chapas grossas ou grandes estruturas. O alívio de tensões não é uniforme.
Controle das tensões residuais
	Procedimento		Descrição	Características	Limitações
	Térmicos	Recozimento para alívio de tensões	Aquecimento entre 600 e 700°C (aços ferríticos) e 900°C (austeníticos) seguido de resfriamento lento. Pode ser local ou total.	Muito utilizado e bastante eficiente.	Inaplicável pra grandes estruturas e difícil de ser executado em campo. Custo elevado.
		Recozimento a alta temperatura	Aquecimento entre 900 e 950°C (aços ferríticos) seguido de resfriamento lento. Pode ser local ou total.	Pode eliminar completamente as tensões residuais.	Inaplicável pra grandes estruturas e difícil de ser executado em campo. Custo elevado.
		Alívio de tensões a baixas temperaturas	Aquecimento local da solda a 150-200°C em uma largura total de 60 a 130mm.	Adequado para grandes estruturas.	O alívio de tensões é parcial.
Controle das distorções
No projeto de juntas soldadas:
 projetar estruturas com o menor quantidade possível de soldas;
 usar chanfros que necessitem da deposição de pouco metal de adição;
 usar chanfros simétricos;
 posicionar soldas junto da linha neutra da peça ou em posições simétricas em relação a esta;
 especificar o menor tamanho possível das soldas compatível com as solicitações existentes ou usar a soldagem intermitente;
 
Controle das distorções
Na fabricação
 estimar a distorção que ocorrerá na estrutura e posicionar as peças de forma a compensar essa distorção; 
 colocar peças na sua posição correta e utilizar dispositivos de fixação e técnicas para minimizar a distorção;
 usar sequências de deposição de cordões de solda que minimizem a distorção;
 
Controle das distorções
Após a soldagem (correção da distorção)
 remoção a quente
	
	- aquecimento localizado;
	- aquecimento uniforme e pressão mecânica.
	
 remoção a frio
	
	- calandragem;
	- prensagem;
	- martelamento.
Normalização
Introdução
Regras e regulamentos
Controlar as atividades humanas
Evitar acidentes que afetem resultem em perdas materiais, vidas e danos ao meio ambiente.
Introdução
Introdução
Normas em soldagem
ASME Boiler and Pressure Vessel Code
API STD 1104 Standard for Welding Pipelines and Facilities
AWS D1.1 Structural Welding Code
DNV Rules of Design, Construction and Inspection of Offshore Structures
Especificações de diferentes associações (ISO, AWS, BS, DIN, NF, ABNT, ABS, LR, DNV, GL) 
Registro e Qualificação de Procedimento e de Pessoal
RQP ou RQPS Registro de Qualificação do Procedimento de Soldagem
Registro e Qualificação de Procedimento e de Pessoal
EPS Especificação do Procedimento de Soldagem
Registro e Qualificação de Procedimento e de Pessoal
RTQS Registro de Teste de Qualificação do Soldador
Registro e Qualificação de Procedimento e de Pessoal
Qualificação de procedimentos de soldagem e soldadores fazem parte do sistema de garantia da qualidade em soldagem. 
Tal controle é realizado em diferentes etapas:
Antes da soldagem
Análise de projeto, controle de fornecedores e de recepção de material, qualificação de procedimento e soldadores, calibração e manutenção de equipamentos
Durante a soldagem
Controle de materiais usados, da preparação, montagem e ponteamento e da execução da soldagem.
Após soldagem
END e Ensaios Mecânicos.
100
.
.
t
k
F
R
W
=
puro
cobre
material
t
k
k
k
=