Soldagem de Revestimento Inox em Aço SAE 4130

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Recebido em 25/08/2014, texto final em 14/01/2015.
DOI: http://dx.doi.org/10.1590/0104-9224/SI1904.07
Soldag. Insp. São Paulo, Vol. 19, Nº. 04, p.343-352, Out/Dez 2014
Avaliação Metalúrgica da Soldagem de Revestimento Inox Austenítico Sobre Aço SAE 4130
(Metalurgical Evaluation of Austenitic Stainless Surfacing Welding Over SAE 4130 Steel)
Márcio de Souza Elias1, Ronaldo Paranhos2
1IFF-Instituto Federal Fluminense. Macaé, RJ, Brasil. mselias@iff.edu.br.
2UENF-CCT-LAMAV, Campos dos Goytacazes, RJ, Brasil. paranhos@uenf.br.
Resumo
O objetivo deste trabalho foi realizar uma avaliação metalúrgica da soldagem de revestimento inox austenítico sobre a área de 
selagem de tubos de Riser fabricados em aço SAE 4130. O estudo foi dividido em duas etapas. A primeira etapa teve como objetivo a 
determinação da taxa de diluição e taxa de deposição para os níveis máximo e mínimo de energia de soldagem conforme procedimentos 
de soldagem (EPS) com os processos TIG e ER. A seguir, foi feita análise e estudo com o diagrama de Schaeffler para identificar os 
consumíveis de solda mais adequados, conforme critérios de qualidade estabelecidos. Este estudo identificou o metal de adição 312 
para a primeira camada, o 309 e 308 para a segunda. Todos usando o nível máximo de energia de soldagem e o processo de soldagem 
ER, com benefícios à produtividade. A segunda etapa teve como objetivo a validação dos resultados empíricos encontrados na 1ª etapa, 
com a execução de soldas de revestimento com duas camadas cada, e a caracterização metalúrgica das juntas soldadas por ensaios 
mecânicos e análise microestrutural por MO e MEV. Os resultados dos ensaios mecânicos e da microestrutura foram considerados 
satisfatórios, atendendo os critérios de qualidade adotados. Foi observada uma microestrutura austeno-ferritica com teor de ferrita 
delta entre 10 a 15 % nas duas camadas do revestimento. O eletrodo 312 assumiu posição de destaque na aplicação da 1ª camada 
da solda de revestimento sobre o aço SAE 4130, em função do seu maior teor de ferrita delta e cromo, evitando a formação de trincas 
a quente. Para a segunda camada, tanto o 309 como o 308 podem ser usados. Todas as soldas foram feitas com elevada energia de 
soldagem, garantindo o aumento da produtividade, sem alteração significativa nas características físicas e mecânicas. 
Palavras-chaves: Soldagem de revestimento, microestrutura, ferrita delta, diagrama de Schaeffler.
Abstract: The objective of this study was to make a metallurgical evaluation of the austenitic stainless surfacing welding on the sealing 
area of the riser tubes made of SAE 4130 steel. The study was divided into two steps. The first step aims to determine the dilution rate 
and deposition rate for the minimum and maximum levels of heat input according to the WPS for TIG and SMAW processes, followed 
by analysis and study on the Schaeffler diagram in order to identify the welding consumable best suited to attend the stablished quality 
criteria. This study identified the electrode 312 as the filler material for the first layer, and the electrodes 309 and 308 for the second 
layer. Both using the maximum heat input of the WPS and the SMAW process, with benefits to productivity. The second step has as 
objective the validation of the empirical results found in the 1st step, with the execution of surfacing welds with two layers each, and 
the metallurgical characterization of the welded joints by mechanical testing and microstructural analysis by optical and electronic 
microscopy. The results of mechanical testing and microstructure were considered satisfactory, filling the adopted quality criteria. An 
austenitic-ferritic microstructure with delta ferrite content between 10 and 15 % was observed for both layers of the surfacing. The 
electrode 312 assumed a prominent position in the application of the 1st layer of the surfacing weld over the SAE 4130 steel, according 
to its higher content of delta ferrite and chromium, avoiding hot cracks formation. For the second layer, both the 309 and 308 may 
be used. All welds were made with high heat input, ensuring increased productivity, without significant change in the physical and 
mechanical characteristics.
 
Keywords: Surfacing welding, microstructure, delta ferrite, Schaeffler diagram.
1. Introdução
Devido a sua elevada resistência à corrosão, os revestimentos 
de aço inoxidável sobre o aço carbono são amplamente utilizados 
em diversos equipamentos industriais. Em muitos casos, estes 
materiais, por estarem submetidos a severas condições de serviço 
em ambientes agressivos, sofrem desgastes, necessitando muitas 
vezes de reparo e manutenção com metal de solda inoxidável 
[1-3].
A soldagem de revestimento das áreas de interesses em Riser 
de aço SAE 4130 com aço inoxidável é muito comum na indústria 
do petróleo. Os Risers são acoplados uns aos outros, por meio de 
caixa e pino localizados nas suas extremidades. Este acoplamento 
ou conexão precisa ser eficiente e seguro, e deve prevenir a 
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Márcio de Souza Elias, Ronaldo Paranhos
possibilidade de corrosão. Portanto, esta região do Riser recebe 
um revestimento inox, sendo esta é a forma de assegurar a não 
ocorrência de possíveis vazamentos na sua utilização devido aos 
efeitos da corrosão. O propósito é revestir de solda a superfície 
interna do tubo de Riser de completação, mais especificamente sua 
área de selagem. Este tipo de revestimento inox é caracterizado 
por apresentar propriedades químicas, físicas e mecânicas que 
aumentam a vida útil do Riser em serviço [4,5]. 
Devido à grande dissimilaridade entre metal base e o metal 
de adição, problemas de ordem metalúrgica são reportados 
na aplicação da primeira camada de solda [5]. Os autores 
vivenciaram aplicação que utilizava o eletrodo 309 na primeira 
camada e 316 na segunda, onde era comum o aparecimento 
de trincas na primeira camada do revestimento. Estas estão 
relacionadas durante a solidificação do metal de solda e da 
microestrutura final obtida. Assim, a correta especificação de 
consumíveis e a compreensão desses fenômenos metalúrgicos 
são importantes na aplicação da soldagem de revestimento 
inoxidável. 
O objetivo deste trabalho é realizar estudos metalúrgicos, 
para se definir entre os consumíveis 308, 309 e 312 quais melhor 
se aplicam na deposição da primeira e da segunda camada do 
revestimento sobre os Risers de aço SAE 4130. Primeiramente, 
avaliando de forma empírica com o auxilio do diagrama de 
Schaeffler para a seleção dos consumíveis e, após a soldagem, 
caracterizando as propriedades físicas e microestrutura do 
revestimento. 
2. Materiais e Métodos
Foi usado o aço SAE 4130 de 16 mm de espessura e diâmetro 
305 mm, proveniente de um tubo Riser utilizado na completação 
de poços de petróleo. Os metais de adição a serem avaliados 
são, segundo a norma AWS 5.4 [6], os eletrodos 308, 309 e 312. 
A composição química desses consumíveis e do metal base é 
mostrada na Tabela 1. 
A sequência das etapas de preparação e obtenção de amostras 
se iniciou na preparação do MB por usinagem para retirada do 
revestimento antigo. Em seguida, a superfície foi avaliada por 
liquido penetrante. A soldagem foi realizada com auxilio de um 
rolo virador que movimenta o tubo, permitindo que a solda seja 
realizada na posição plana (1G), o que facilita a operação. O 
pré-aquecimento e a temperatura entre-passes foi de 250°C, com 
objetivo de evitar formação de fases frágeis e endurecimento do 
MB, aço SAE 4130.
As soldas foram do tipo “cordão sob circunferência tubular”, 
consistindo na deposição de uma ou duas camadas com vários 
cordões de solda adjacentes em cada camada sob a circunferência 
interna do tubo Riser, mais especificamente na sua área de 
selagem. Foi adotado um fator de 30% de sobreposição nos 
cordões de solda subsequentes ao primeiro. 
Foram usados dois níveis de energia de soldagem, conforme 
valores mínimos e máximos dos parâmetrosde soldagem 
estabelecidos nas EPS (Especificação de Procedimento de 
Soldagem) do processo de revestimento, utilizando os processos 
Tabela 1. Especificação da composição química do MB e dos metais de adição.
Material C Cr Ni Mo Mn Si P S Cu Nb Ta
308 0,08 18,0-21,5 9,0-11,0 0,75 1,0 0,9 0,03 0,04 0,75 n/a n/a
309 0,14 22,0-25,0 12,0-14,0 0,75 1,0 0,9 0,03 0,04 0,75 n/a n/a
312 0,15 28,0-32,0 8,0-10,5 0,75 1,0 0,9 0,03 0,04 0,75 n/a n/a
SAE 4130 0,30 0,80-1,10 ---- 0,20 0,5 0,25 0,03 0,04 ---- ---- ----
 
Tabela 2. Parâmetros de soldagem e níveis de energia para revestimento inox.
Processos de Soldagem
Eletrodo Revestido (ER) TIG
Material
Parâmetros
E1
Limite mínimo 
da energia de 
soldagem.
E2
Limite máximo 
da energia de 
soldagem.
T1
Limite mínimo 
da energia de 
soldagem.
T2
Limite máximo 
da energia de 
soldagem.
Energia nominal de soldagem (J/mm) 667 1249 641 870
Energia de soldagem (J/mm) 534 999 417 566
Tipo de corrente CC- CC- CC- CC-
Corrente (A) 115 175 101 137
Tensão (V) 26 32 18 28
Velocidade de soldagem (mm/min) 269 269 170 170
Rendimento térmico do processo de soldagem (r) 0,7 - 0,9 0,7 - 0,9 0,5 - 0,8 0,5 - 0,8
Vazão Gás de Proteção (l/min) ----- ----- 13 17
* pré-aquecimento de 250°C 
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Tabela 3. Resultados da taxa de diluição nas macrografias das amostras de revestimento inox.
Obs: (a) Média das médias para nível de energia máxima, ER e TIG: 33,5 %; Média das médias para nível de energia mínima, ER e 
TIG: 15,2 %.
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Avaliação Metalúrgica da Soldagem de Revestimento Inox Austenítico Sobre Aço SAE 4130
eletrodo revestido e TIG, conforme a Tabela 2. A medição 
de corrente e tensão de soldagem foi feita por um alicate 
volt-amperímetro. O tempo de soldagem foi medido por um 
cronômetro digital.
Na primeira etapa, o objetivo foi prever os metais de adição 
e procedimentos de soldagem. Foi depositado um cordão de 
solda com os parâmetros e processos de soldagem (TIG e ER) 
da tabela 2, usando o eletrodo tipo 309 para ambos os processos. 
Após soldagem, foram preparadas duas macrografias para cada 
uma das condições de soldagem e a seguir:
* Cálculo da taxa de diluição: Usando as macrografias, calcu-
lando a relação de áreas do depósito. Obtido para os parâme-
tros de soldagem (máximos e mínimos) de cada processo.
* Cálculo da taxa de deposição: as chapas foram pesadas antes 
e após a soldagem. A diferença de peso, dividido pelo tempo 
de soldagem, que foi cronometrado, permitiu calcular a taxa 
de deposição.
* Estudo e interpretação no Diagrama de Schaeffler: O propósito 
é definir dentre os consumíveis propostos (308, 309 e 312) 
quais melhor se aplicam com relação à microestrutura do 
substrato final de cada uma das duas camadas de revestimento. 
Os seguintes critérios foram adotados: 
a) A composição química da zona fundida da primeira e da 
segunda camada deve:
I. Não estar no campo de microestrutura 100% austenítica, para 
evitar a formação de trincas a quente; 
II. Não estar no campo austenita mais martensita (para evitar a 
presença de fases duras e trinca a frio) 
II. Conter no mínimo 5% de ferrita δ, para evitar a formação de 
trincas de solidificação; porém não ultrapassar 20% de ferrita δ, 
para evitar fragilidade por excesso de ferrita δ.
b) Atingir a maior taxa de deposição, de forma a obter máxima 
produtividade.
c) A composição química final da segunda camada da zona 
fundida deve conter um mínimo de 8,0% Ni e 16,0% Cr; e um 
máximo de 0,18% C, de forma a atender a norma API-6A [7].
A Segunda Etapa teve como objetivo a validação dos resul-
tados empíricos encontrados na 1ª etapa. Os eletrodos e proce-
dimentos selecionados foram usados para caracterização meta-
lúrgica. Após soldagem, foram realizados os seguintes ensaios:
- Perfil de dureza vickers com carga de 200g em intervalos de 
0,5 mm a partir da superfície do revestimento em direção ao 
MB, com 20 pontos de medição; 
- Ensaio de dobramento com corpo de prova de 200 x 25 mm, 
do tipo três pontos com espaçamento de 100 mm e punção de 10 
mm de diâmetro. O ângulo de dobramento foi de 90°; 
- Quantificação de ferrita δ por meio do ferritoscópio Fischer 
modelo MP30, com 4 medições em cada camada do revestimento 
para cada corpo de prova soldado; 
- Preparação metalográfica, incluindo corte, lixamento úmido 
com lixas de 100 a 800 mesh, polimento com alumina e ataque 
químico com o reagente marble. 
- Microscopia ótica (MO) e eletrônica de varredura (MEV), com 
o objetivo de analisar as fases presentes no MB, ZTA e ZF. O 
EDS foi utilizado para obter a composição química da região 
dendrítica e interdendrítica da ZF.
3. Resultados e Discussão
A primeira etapa: A figura 1 mostra exemplos das macrografias 
obtidas e a tabela 3 mostra os resultados obtidos para a taxa de 
diluição.
A tabela 3 permite comparar a taxa de diluição para os dois 
processos de soldagem e os dois níveis de energia (máximo e 
(a) Amostra ER2 (b) Amostra ER3 (c) Amostra TIG1 (d) Amostra TIG4
Figura 1. Macrografias do cordão sobre a chapa, para cálculo da diluição. Ataque Nital 10%.
(Eletrodo Revestido – Nível de Energia Máximo)
1º Cordão de solda
ER1 30,0% Média
31,5%ER2 33,0%
(Eletrodo Revestido – Nível de Energia Mínimo)
1º Cordão de solda
ER3 17,0% Média
16,0%ER4 15,0%
(TIG – Nível de Energia Máximo)
1º Cordão de solda
TIG1 36,0% Média
35,5%TIG2 35,0%
(TIG – Nível de Energia Mínimo)
1º Cordão de solda
TIG3 15,0% Média
14,5%TIG4 14,0%
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mínimo), com as seguintes observações:
- para o nível máximo de energia, em ambos os processos de 
soldagem, ER (999 J/mm) e TIG (566 J/mm) a taxa de diluição 
foi relativamente constante. De fato, a taxa de diluição para as 
amostras ER1 (30%) e ER2 (33%) é próxima de TIG1 (36%) e 
TIG2 (35%).
- para o nível mínimo de energia em ambos os processos de 
soldagem, ER (534 J/mm) e TIG (417 J/mm) a taxa de diluição 
também foi relativamente constante. De fato, a taxa de diluição 
para as amostras ER3 (17%) e ER4 (15%) é próxima de TIG3 
(15%) e TIG4 (14%).
Estes resultados mostram que quando se altera o processo 
(ER ou TIG) mesmo com níveis de energia de soldagem 
distintos, as taxas de diluição foram mantidas similares em seus 
respectivos níveis máximo e mínimo de energia de soldagem. 
Este fato comprova uma coerência na definição dos parâmetros 
de soldagem estabelecidos nas EPS da Tabela 3. Dessa forma, 
uma mudança no processo de soldagem pouco alterou os 
resultados da taxa de diluição. 
A variação de energia de soldagem (máximo e mínimo) se 
deu principalmente pelo aumento da corrente e tensão conforme 
pode ser verificado na Tabela 2. De fato, a velocidade angular 
de soldagem, imposta por meio dos rolos giratórios, foi mantida 
constante para o processo ER (269 mm/min) e para o TIG (170 
mm/min).
Para facilitar o estudo pelo diagrama de Schaeffler, será 
usada a média das médias da taxa de diluição, veja tabela 3. 
Para energia máxima, ponto A, diluição de 33,5% e para energia 
mínima, ponto C, diluição de 15,2%. O estudo será feito para a 
deposição da primeira camada de revestimento sobre o aço SAE 
4130 e para a deposição da segunda camada de revestimento 
sobre o metal de solda.
O cálculo da Taxa de Deposição (TD) é mostrado na Tabela 
4. Verifica-se que a taxa de deposição é maior para o maior nível 
de energia, bem como o processo ER apresenta valores superiores 
que o processo TIG. Portanto, deve-se escolher, quando possível, 
usar o processo ER no nivel de energia máximo, que apresentará 
maior produtividade na soldagem de revestimento.
Tabela 4. Cálculo da taxa de deposição (TD).
 Processo de Soldagem ER TIG
Diâmetro do eletrodo 4 mm 3,2 mm
Energia de soldagem MAX MIN MAX MIN
Corrente(a) 175 115 137 101
Tensão(v) 32 26 28 18
Peso antes soldagem (g) 1110 1145 1190 1170
Peso após soldagem (g) 1160 1185 1220 1200
Tempo de soldagem(s) 94 107 116 151
Taxa de Deposição (kg/h) 1,91 1,35 0,93 0,72
Deposição da 1ª Camada de Revestimento sobre o SAE 
4130: o diagrama de Schaeffler, figura 2, mostra o ponto MB 
(SAE 4130), que foi unido por uma reta a cada um dos eletrodos 
308, 309 e 312. Também sobre a reta estão os pontos A e C 
referentes às taxas de diluição. As seguintes observações podem 
ser feitas a partir da figura 2:
a) O eletrodo 308 com nível mínimo de diluição (ponto C) cai 
no campo A+F com valor inferior a 5% de ferrita δ, susceptível 
a apresentar trincas de solidificação [8]. Em todo o intervalo 
entre os pontos A e C há a possibilidade do metal de solda estar 
no campo totalmente austenítico. O nível máximo de diluição 
(ponto A) cai no campo austenita mais martensita (A+M), onde 
o cordão de solda pode apresentar valores de dureza elevados 
[9]. Pode-se concluir que o eletrodo 308, na faixa de diluição 
analisada, não atende aos critérios estabelecidos neste trabalho. 
b) O eletrodo 309 com nível mínimo de diluição (ponto C’) cai 
no campo A+F entre 5 a 10% de ferrita δ, sem restrição quanto a 
seu uso. Já o nível máximo de diluição (ponto A’) cai no campo 
totalmente austenítico, sujeito a trincas de solidificação devido 
à ausência de ferrita δ [9]. Portanto, apesar de factível o uso 
do eletrodo 309 na primeira camada do revestimento, a diluição 
deve ser menor que cerca de 18%, para evitar um metal de solda 
totalmente austenitico, sujeito a trincas de solidificação.
c) O eletrodo 312 tanto com nível mínimo e máximo de diluição 
(pontos A’’ e C’’) cai no campo A+F entre cerca de 10% a 20% de 
ferrita δ, que permite utilizar qualquer valor na faixa de energia 
de soldagem estudada, atendendo os requisitos estabelecidos. O 
eletrodo 312 torna-se boa alternativa para a primeira camada de 
revestimento sobre o aço SAE 4130. Este se solidifica com uma 
estrutura austeno-ferrítica, com um maior teor de ferrita δ na 
solda [10], devido ao maior teor de Ni e Cr, evitando que o metal 
de solda se torne sensível ao aparecimento de trincas a quente 
durante a solidificação [11-13]. 
Com base na discussão acima, foi escolhido o eletrodo 312 
no nível de energia de soldagem máximo (Ponto A”, figura 2) 
para ser avaliado pelo diagrama de Shaeffler na deposição da 
segunda camada de revestimento.
Deposição da 2ª Camada de Revestimento sobre o Metal 
de Solda 312: o diagrama de Schaeffler, figura 3, mostra o 
ponto escolhido acima, agora identificado como MS, que foi 
novamente unido por uma reta a cada um dos eletrodos 308, 309 
e 312. Também sobre a reta estão os pontos A e C referentes às 
taxas de diluição. As seguintes observações podem ser feitas a 
partir da figura 3:
a) Os eletrodos 308 e 309 na 2ª camada apresentam resultados 
parecidos. Ambos apresentam os pontos de diluição mínima 
e máxima no campo A+F na faixa de 5% a 10 % de ferrita δ, 
atendendo todos os critérios estabelecidos. Portanto, pode-se 
concluir que tanto o eletrodo 308 como o 309 são alternativas 
adequadas para a deposição da segunda camada sobre a primeira 
camada de 312, independente do nível de energia (máximo ou 
mínimo) a ser utilizado.
b) O eletrodo 312 na 2ª camada: os pontos de diluição mínima 
e máxima caem no campo A+F na faixa de 20% a 40 % de ferrita 
δ, não atendendo ao critério estabelecido de 20% máximo de 
ferrita δ. Assim, o eletrodo 312 não é uma boa alternativa para a 
segunda camada do revestimento.
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Avaliação Metalúrgica da Soldagem de Revestimento Inox Austenítico Sobre Aço SAE 4130
Figura 2. Diagrama de Schaeffler para deposição da primeira 
camada de revestimento sobre o MB 4130. Metal de Adição 
308, 309 e 312.
Figura 3. Diagrama de Schaeffler para deposição da segunda 
camada de revestimento sobre o MS 312. Metal de Adição 308, 
309 e 312.
Tabela 5. Especificação para soldagem.
Processo: Eletrodo Revestido
Corpo-de-prova
Parâmetros
Cp-1 (1ª Camada - 312)
Cp-2 (1ª Camada - 312 e 2ª Camada - 308)
Cp-3 (1ª Camada - 312 e 2ª Camada - 309)
Tipo de corrente CC-
Corrente (A) 175
Tensão (V) 32
Velocidade de soldagem (mm/min) 269
Rendimento térmico do processo de soldagem (r) 0,8
pré-aquecimento (°C) 250
Energia nominal de soldagem (J/mm) 1249
Energia de soldagem (J/mm) 999
Como conclusões desta 1ª etapa, a análise pelo diagrama 
de Schaeffler mostra que: o processo ER pode ser usado em 
todos os casos na condição de energia de soldagem máxima; a 
primeira camada do revestimento deve ser feita com o eletrodo 
312; a segunda camada pode ser feita tanto com o eletrodo 308 
como com o 309.
A 2ª etapa tem o objetivo de validar os resultados empíricos 
obtidos na 1ª etapa. A tabela 5 apresenta detalhes da EPS, todos 
utilizando o processo ER no nível de energia de soldagem 
máximo. Foram aplicados 4 cordões de solda em cada camada 
de revestimento, com um fator de sobreposição de 30%. Os 
seguintes corpos-de-prova foram soldados para caracterização 
metalúrgica: Cp-1: deposição apenas da primeira camada com 
eletrodo 312; Cp-2: eletrodo 312 na primeira camada e eletrodo 
308 na segunda camada; Cp-3: eletrodo 312 na primeira camada 
e 309 na segunda camada. 
As macrografias são mostradas na figura 4, onde pode ser 
observado o metal base e os cordões de solda da 1ª e 2ª camada 
do revestimento de cada corpo-de-prova. Não foram verificadas 
descontinuidades. A espessura total do revestimento com duas 
camadas foi de 6 mm para o Cp-2 e 7,5 mm para o Cp-3. Ambas 
apresentaram espessura do revestimento superior a 5 mm após 
a deposição da segunda camada, atendendo assim ao critério 
previsto no trabalho.
(a) Cp-1 (b) Cp-2 (c) Cp-3
Figura 4. Macrografias das juntas soldadas: (a) Cp-1; ( b) Cp-2 ; (c) Cp-3.
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(a) (b) (c) 
Figura 5. Gráficos do perfil de dureza (HV0,2). (a) Cp-1; (b) Cp-2; e (c) Cp-3
(a) (b) 
Figura 6. Corpos de prova de dobramento após ensaio. (a) Cp-2; (b) Cp-3.
Os resultados do ensaio de dureza Vickers são mostrados 
na figura 5. O maior valor individual de dureza obtido foi de 
285 HV na 1ª camada do CP3, abaixo do valor máximo de 350 
HV previsto pela norma Norsok [14]. O mesmo ocorreu na ZTA 
e MB, indicando que o pré-aquecimento foi eficaz em evitar 
regiões duras no aço SAE 4130. Os resultados de dureza foram 
considerados satisfatórios. 
Os ensaios de dobramento foram realizados até o ângulo de 
90º e apresentaram boa ductilidade, como mostrado na figura 
6. Não foram observadas descontinuidades na superfície dos 
cordões de solda. Os corpos de prova Cp-2 e Cp-3 apresentaram 
descontinuidades de cerca de 1,5 mm na lateral da amostra. 
Porém, estas estão localizadas na ligação do metal de adição com 
o metal base, que foram atribuídas à dissimilaridade dos metais e 
às diferenças nas suas propriedades [15]. A norma API 1104 [16] 
aceita descontinuidades até 3 mm. Desta forma, os resultados de 
dobramento foram considerados como satisfatórios.
A tabela 6 mostra os resultados de ferrita δ na zona fundida 
(ZF), onde foi incluída uma coluna com os resultados previstos 
pelo diagrama de Schaeffler na 1ª Etapa. Estes são coerentes com 
os valores medidos pelo ferritoscopio. Os resultados de ferrita δ 
obtidos atendem ao critério de aceitação estabelecido, pois estão 
compreendidos entre 5 e 20%, valor máximo permitido pela 
Norsok [14]. Com um teor de ferrita δ entre 5 e 10%, a solda 
apresenta boa resistência a trincas durante a solidificação, sendo 
considerada o mais adequado para as aplicações gerais destes 
materiais [17].
Tabela 6. Medição de ferrita δ pelo ferritoscópio e previsto pelo diagrama de Schaeffler.
Ferritoscópio Schaeffler
Corpo de prova Camada 1º ponto 2º ponto 3º ponto 4º ponto Media Valor Empírico 
Cp-1 1ª Camada 12,60 15,60 16,50 14,50 14,80 10,50
Cp-2
1ª Camada 11,30 11,60 --- --- 11,45 10,50
2ª Camada --- --- 11,90 11,40 11,65 8,00
Cp-3
1ª Camada 10,80 12,90 --- --- 11,85 10,50
2ª Camada --- --- 9,40 10,40 9,90 11,00
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Avaliação Metalúrgica da Soldagem de Revestimento Inox Austenítico Sobre Aço SAE 4130
A caracterização da microestrutura por MO, MEV e EDS 
foram realizadas no MB, na ZTA e na ZF da 1ª camada com o 
312 e na ZF da 2ª camada para os Cp-2 e Cp3.
A figura 7 mostra a microestrutura do MB, da ZTA e da zona 
de ligação. O MB, aço SAE 4130, apresenta microestrutura 
típica de aço hipoeutetóide, composta de ferrita e perlita. A ZTA 
e a zona de ligação, que sofreram influência dos ciclos térmicos 
da soldagem, apresentam crescimento no tamanho de grãos. Na 
zona de ligação se observa degradação da perlita. A redução 
dos valores de dureza na ZTA (figura 5) foi atribuída ao maior 
tamanho de grão. O pré-aquecimento usado promoveu redução 
na velocidade de resfriamento, evitando na ZTA a formação de 
fases duras [18-20].
(a) (b) 
Figura 8. ZF da 1ª camada com 312. Reagente Marble. (a) Cp-1, MEV, 500x; (b) Cp-2, MO, 500x. 
A figura 8 mostra a microestrutura da ZF da 1ª camada com 
312, para o Cp-1 (a) e Cp-2 (b), Esta é constituída de austenita e 
ferrita δ. A ferrita δ apresenta morfologia vermicular e laminar, 
e compatível com o teor medido pelo ferritoscópio na tabela 6, 
de 14,80% para o Cp-1 e 11,45% para o Cp-2. 
A figura 9 mostra a microestrutura do revestimento do 
Cp-2. A figura 9 (a) mostra a zona de ligação da 1º camada 
de 312 (esq) com a 2º camada de 308 (dir), onde se observa 
que as dendritas crescem com orientação similar nas duas 
camadas. Como cada cordão foi depositado no mesmo sentido, 
a orientação cristalográfica das dendritas tende a se manter 
inalterada entre os diversos cordões [21]. A figura 9 (b) mostra 
que a ZF da 2º camada de 308 é constituida de austenita e ferrita 
δ. Qualitativamente, a fração de ferrita δ está de acordo com o 
teor de 11,65 % medido pelo ferritoscopio, tabela 6. Ao observar 
as figuras 9 (a) e (b), constata-se a similaridade no teor de ferrita 
δ comparando as analises qualitativa e quantitativa. De fato, 
o teor de ferrita δ na zona fundida de todos os Cp’s ficaram 
próximos de cerca de 10 à 15%, reduzindo a probabilidade das 
zonas fundidas serem suscetiveis à fissuração a quente devido à 
presença de ferrita δ [8].
A figura 10 mostra a microestrutura do revestimento do Cp-
3. A figura 10 (a) mostra a zona de ligação da 1º camada de 
312 (esq) e 2º camada de 309 (dir), onde também se observa 
que as dendritas crescem com orientação similar nas duas 
camadas [21]. A figura 10 (b) mostra a ZF da 1ª camada de 312, 
constituida de austenita e ferrita δ, similares às obtidas na figura 
8 para o Cp-1 e Cp-2. A fração de ferrita δ está de acordo com 
o teor de 11,85 % medido pelo ferritoscopio, tabela 6. A figura 
10 (c) mostra a ZF da 2ª camada de 309, também constituída de 
austenita e ferrita δ, cuja concentração é compatível com o teor 
de 9,90 % medido pelo ferritoscópio, tabela 6. 
Figura 7. Cp-1. Microestrutura do MB (direita), ZTA, zona de 
ligação e ZF primeira camada (esquerda). MEV. 300x.
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(a) (b) 
Figura 9. Cp-2: Microestrutura da ZF obtida do por MO. Reagente Marble. (a) zona de ligação da 1º camada de 312 (esq.) e 2º camada 
de 308 (dir.). 300x ; (b) 2º camada de 308. 500x.
(a) (b) (c) 
Figura 10. Cp-3: Microestrutura da ZF obtida por MO. (a) zona de ligação da 1º camada de 312 (esq.) e 2º camada de 309 (dir.), 300x 
; (b) 1º camada de 312. 500x ; (c) 2º camada de 309, 500x.
(a) (b) (c) 
Figura 11. Cp-2: Imagem e gráficos obtidos em MEV e EDS. (a) Microestrutura da ZF da 2ª camada de 308, 1000x; (b) composição 
química da região ferritica e (c) composição química da região austenitica.
Elemento % em 
peso
Si 1.06
Cr 27.80
Fe 61.32
Ni 7.20
Elemento % em 
peso
Si 1.11
Cr 23.79
Fe 63.06
Ni 10.61
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As figuras 11 e 12 mostram a microestrutura obtida por MEV 
e a microanálise por EDS para mapear a variação de composição 
química das regiões ferritica e austenitica do revestimento. 
Referem-se à 2ª camada com eletrodo 308 (Cp-2, figura 11) e 
2ª camada com eletrodo 309 (Cp-3, figura 12). Observa-se que 
em ambos ocorre uma redução do teor de Cr e um aumento do 
teor de Ni entre as regiões ferritica e austenitica. Essa diferença 
de concentração do centro das dendritas (austenita) para a região 
interdendritica (ferrita) é causada pela diferença de solubilidade 
entre as fases liquida e solida. Esta característica tem efeito 
direto no tempo de homogeneização e determina as propriedades 
mecânicas e de corrosão, além do seu desempenho em serviço 
[22]. 
Os resultados obtidos neste trabalho para a soldagem de 
revestimento inox austenitico sobre o aço SAE 4130, permitem 
as considerações a seguir. 
Na soldagem da 1ª camada, o eletrodo 309 pode ser usado, 
como indicado na literatura [23]. Porém, o nível de energia 
– e de diluição – deve ser mantido baixo, devido ao risco de 
trincas a quente. Já o eletrodo 312 pode ser usado com maior 
segurança, mesmo com maior nível de energia, o que garante 
maior produtividade. Com o eletrodo 312 na 1ª camada, os 
teores de Creqv e Nieqv são muito próximos aos do eletrodo 308.
Na soldagem da 2ª camada, tanto o eletrodo 308 como o 
309 podem ser usados, mesmo com maior nível de energia, ou 
seja, maior produtividade. Porém, o eletrodo 308 tende a ter 
menor custo que o 309, devido aos menores teores de Cr e Ni do 
eletrodo 308 [6]. 
Desta forma, o trabalho conclui que a soldagem da 1ª 
camada com eletrodo 312 e a segunda camada com 308 permite 
a melhor produtividade e menor custo, atendendo aos critérios 
de qualidade estabelecidos, incluindo requisitos da norma API-
6A [7].
4. Conclusões
A avaliação metalúrgica da soldagem de revestimento 
inox austenítico sobre aço SAE 4130 utilizado em raisers, pode-
se concluir que:
(a) (b) (c) 
Figura 12. Cp-3: Imagem e gráficos obtidos em MEV e EDS. (a) Microestrutura da ZF da 2ª camada de 309, 2000x; (b) EDS 
mostrando composição química da região ferritica e (c) EDS mostrando omposição química da região austenitica.
Avaliação Metalúrgica da Soldagem de Revestimento Inox Austenítico Sobre Aço SAE 4130
- As EPS’s para os processos TIG e ER produziram taxa de 
diluição semelhante para o nível de energia máximo (33,5 %) e 
para o nível de energia mínimo (15,2 %). Porém, o processo ER 
possui maior taxa de deposição.
- O eletrodo 312 pode ser usado na 1ª camada do revestimento 
com nível de energia máximo, enquanto que o eletrodo 309 
somente pode ser usado com segurança no nivel de energia 
mínimo. 
- Ambos os eletrodos 308 e 309 podem ser usados na aplicação 
da 2ª camada sobre a 1ª camada depositada com eletrodo 312, 
usando nível de energia máxima.
- A soldagem da 1ª camada com eletrodo 312 e a 2ª camada 
com eletrodo 308 obtém a melhor produtividade e o menor 
custo, atendendo aos critérios de qualidade estabelecidos.
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Elemento % em peso
Si 1.17
Cr 20.42
Fe 66.57
Ni 8.86
Mn 1.12
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