Termodinâmica e Soldagem de Ligas

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MANUFATURA MECÂNICA: 
SOLDAGEM
Aula 03 – Termodinâmica da Soldagem e 
soldagem de ligas ferrosas e não ferrosas
fagner.coelho@kroton.com.br
mailto:fagner.coelho@kroton.com.br
Termodinâmica da soldagem: calor, temperatura, gases e fluxo;
Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais;
Soldagem de ligas ferrosas: visão geral introdutória;
Soldagem de ligas não ferrosas: visão geral introdutória;
U1S3 – Termodinâmica da soldagem e soldagem de ligas ferrosas e 
não ferrosas
A energia dissipada por esse arco se divide em tres partes: uma na forma de calor irradiante (na atmosfera),
uma por conveccao (no meio gasoso) e a terceira que e, de fato, usada na realizacao da soldagem. Ha,
portanto, perdas de energia (calor) no processo de soldagem, que podem ser medidas por um parametro
chamado de “eficiencia do arco” (ea), definido por:
sendo que a e e a eficiencia do arco (%); l Q e a energia liquida disponivel [W]; V e a tensao do arco [volts]; e I e
a corrente de soldagem [A].
A energia total ( T Q ) fornecida ao arco e dada por:
Ha ainda um outro parametro termodinamico chamado “aporte de energia” ou “aporte de calor”, simbolizado
pela letra H . O aporte de calor e, por definicao, a relacao entre a quantidade de energia disponivel para a
soldagem com a velocidade de avanco (ν ) do eletrodo (fonte de calor). Assim:
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não ferrosas
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Termodinâmica da soldagem: calor, temperatura, gases e fluxo;
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Termodinâmica da soldagem: calor, temperatura, gases e fluxo;
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Termodinâmica da soldagem: calor, temperatura, gases e fluxo;
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Termodinâmica da soldagem: calor, temperatura, gases e fluxo;
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Termodinâmica da soldagem: calor, temperatura, gases e fluxo;
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Termodinâmica da soldagem: calor, temperatura, gases e fluxo;
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Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais;
MIG/MAG
MIG (Metal Inert Gas)
MAG (Metal Active Gas)
GMAW (Gas Metal Arc Welding)
Arco entre peça e eletrodo consumível
Eletrodo Alimentado Continuamente
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Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais;
MIG/MAG
 Fontes corrente contínua
 Eletrodo Positivo (CC+)
 Contato elétrico deslizante
 Bico de contato
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Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais;
MIG/MAG
Metal Inert Gas - MIG
 Arame é protegido por um gás inerte, ou seja, não interage com a poça de fusão. 
 Os principais gases usados são o Argônio e o Hélio
Metal Active Gas - MAG
 Proteção por gás ativo, interage com a poça de fusão
 Gás mais utilizado –Dióxido de Carbono –CO2
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Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais;
Arame Tubular
 Também conhecida como eletrodo tubular
 Eletrodo em forma de tubo
 Arco estabelecido entre eletrodo tubular contínuo e peça
 Fluxo presente na parte interna do tubo
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Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais;
Arame Tubular
 Fluxo interno ao eletrodo
 FCAW (Flux Cored Arc Welding)
 MCAW (Metal Cored Arc Welding)
 Funções similares as do revestimento
 Estabilização do arco
 Ajuste na composição da solda
 Proteção
 Formação de escória
 Processo pode fazer uso de proteção gasosa
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Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais;
Arco Submerso
 Submerged Arc Welding (SAW)
 Arco entre peça e eletrodo metálico contínuo
 Proteção feita por material fusível granulado
 Fluxo
 Fluxo se funde na região próxima ao arco
 Protege a poça de fusão
 Gera escória
 Ajuda a estabilizar o arco
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Arco Submerso
• Arco ocorre sob camada de fluxo
• Não é visível
• Origem do nome do processo
• Fluxo deve ser continuamente alimentado
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TIG
 Soldagem a arco
 Eletrodo não consumível
 Pode se desgastar
 Proteção gasosa (gás inerte)
 Normalmente Argônio (Ar) e Hélio (He) ou mistura dos dois
 Gas Tungsten Arc Welding(GTAW)
 Tungsten Inert Gas(TIG)
 Processo tipicamente manual
 Pode-se ou não utilizar metal de adição
https://www.youtube.com/watch?v=bYlmgpLmkMA
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TIG
Vantagens
 Excelente controle da poça de fusão
 Usado para soldar a maioria dos metais
 Soldas de alta qualidade e excelente acabamento
 Exige pouca ou nenhuma limpeza após soldagem
 Permite soldagem em qualquer posição
 Boa visibilidade 
 Não gera fumos
Desvantagens
 Produtividade relativamente baixa
 Soldagem de espessuras limitadas
 Custo de consumíveis e equipamentos relativamente elevado
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Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais;
Resistance Welding (RW)
Calor para a formação da junta é gerado com a passagem de corrente elétrica
Aquecimento da região facilita a deformação localizada e união por meio da aplicação de
pressão
Corrente passa por um eletrodo
Quatro tipos de processos
• Soldagem por ponto (a)
• Soldagem por costura (b)
• Soldagem de projeção (c)
• Soldagem de topo (d)
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Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais;
Soldagem por pontos
Elevada passagem de corrente em um ponto concentrado
Junta sobreposta
Aquecimento por efeito Joule
Deformação do metal sólido que envolve o metal fundido impede a expulsão do metal
Difusão de calor para os eletrodos
Eletrodos refrigerados a água
https://www.youtube.com/watch?v=g6CS3U9WzqU
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Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais;
Soldagem por pontos
Diferentes tamanhos de eletrodos
Processo rápido
Chapas de 1,6 mm soldadas em 0,25 s
Processo utilizado em chapas de menos de 3 mm
Fabricação de juntas sobrepostas
Estanqueidade não é importante
Aplicado na fabricação de carroceria de veículos
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Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais;
Soldagem por costura
Eletrodos em forma de disco
Deslocam ao longo da junta
Frequência de pulsos quando o eletrodo se move
Pulsos se sobrepõe formando costura
https://youtu.be/jCOev_7G4FU
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Soldagem como processo de fabricação: aspectosgerais;
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Soldagem por projeção
A soldagem por projeção, que é semelhante à soldagem por pontos, ocorre em uma parte
de uma das peças, na qual existe uma projeção ou saliência obtida por meio de
estampagem ou forjamento. Esse processo é empregado em chapas finas (entre 0,5 e 3,2
mm).
https://www.youtube.com/watch?v=hDCu39wY8Bo
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Soldagem como processo de fabricação: aspectos gerais;
Soldagem por topo
A soldagem de topo, que apresenta duas variantes: por resistência e por centelhamento.
Na soldagem de topo por resistência, a união é produzida em toda a área de contato das
partes a serem soldadas. As duas partes são pressionadas uma contra a outra até que o
calor gerado pela passagem da corrente seja suficiente para que a união ocorra.
Na soldagem por centelhamento, a união é feita também em toda a área de contato entre
as partes a serem soldadas. A diferença está no fato de que as peças são previamente
energizadas, e suas faces são aproximadas até que ocorra o centelhamento. Esse processo
é repetido até que a temperatura de forjamento seja atingida. Então as faces são
pressionadas fortemente uma contra a outra, gerando uma considerável deformação
plástica, que consolida a união.
https://www.youtube.com/watch?v=-tt8gtzAE4U
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Termodinâmica da soldagem: calor, temperatura, gases e fluxo;
Gases para o processo GTAW
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Gases para o processo GMAW
Soldabilidade:
É a facilidade que os materiais têm de se unirem por meio de soldagem e de formar em uma série contínua de
soluções sólidas coesas, mantendo as propriedades mecânicas dos materiais originais.
A Soldabilidade é uma propriedade imprescindível no processo de soldagem
Pouco adianta desenvolver um novo material sem que ele possibilite alcançar boa soldabilidade.
Por isso, os processos de soldagem estão em contínua evolução.
O principal fator que afeta a soldabilidade dos materiais é a sua composição química.
Outro fator importante é a capacidade de formar a série contínua de soluções sólidas entre um metal e outro.
Assim, devemos saber como as diferentes ligas metálicas se comportam diante dos diversos processos de
soldagem.
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Soldabilidade – alta ou baixa?
● Se o material a ser soldado exigir muitos cuidados, tais como: Controle de temperatura de aquecimento e de
interpasse, ou tratamento térmico após a soldagem, por exemplo, dizemos que o material tem baixa
soldabilidade.
● Por outro lado, se o material exigir poucos cuidados, dizemos que o material tem boa soldabilidade.
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Classificações dos aços
As classificações mais comuns para os aços são:
aços carbono,
aços de baixa liga,
aços de média liga, e
aços de alta liga,
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Termodinâmica da soldagem: calor, temperatura, gases e fluxo;
Carbono Equivalente
Um carbono equivalente elevado não é indicador de que o aço não é soldável mas sim de que são necessários cuidados
cada vez maiores.
Segundo a classificação da soldabilidade do aço, quanto menor o carbono equivalente melhor suas soldabilidade. Assim, a
tendência atual é reduzir cada vez mais o teor de carbono no metal de solda e aumentar o teor de elementos de liga que,
apesar de terem um peso menor no carbono equivalente, endurecem o aço que comporá o metal de solda.
Por outro lado, o metal de base especificado para uma determinada aplicação nem sempre pode ser substituído por um aço
com teor de carbono menor e, consequentemente, com carbono equivalente menor. Nesse caso, deve ser adotadas práticas
que evitem a trinca a frio induzida por hidrogênio, como: pré-aquecimento, consumível com baixo teor de hidrogênio,
controle da temperatura interpasse, processo de soldagem que introduza pouco hidrogênio na peça, pós-aquecimento e
tratamento térmico pós-soldagem de alívio de tensões.
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Soldagem de ligas ferrosas: visão geral introdutória;
Classificação: Aços carbono/carbono-manganês:
Aços Baixo Carbono (%C < 0,20%, 0,25-1,5%Mn) 
Aços Médio Carbono (0,20-0,50%C, 0,6-1,65%Mn)
Aços Alto Carbono (%C > 0,50%, 0,3-1,0%Mn)
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Soldagem de ligas ferrosas: visão geral introdutória;
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Termodinâmica da soldagem: calor, temperatura, gases e fluxo;
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Soldagem de ligas não ferrosas: visão geral introdutória;
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Soldagem de ligas não ferrosas: visão geral introdutória;
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Soldagem de ligas não ferrosas: visão geral introdutória;
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Soldagem de ligas não ferrosas: visão geral introdutória;
U1S3 – Termodinâmica da soldagem e soldagem de ligas ferrosas 
e não ferrosas
Soldagem de ligas não ferrosas: visão geral introdutória;
U1S2 – Defeitos e Qualidade em Soldagem
1. Nos processos de soldagem a arco eletrico, alguns fatores devem ser considerados no estudo de transferencia de
calor em juntas soldadas. Dentre eles, destacamos o rendimento termico desse arco, também conhecido como
eficiencia do arco eletrico (ea), dada pela relacao: em que ea é a eficiencia do arco (%), Qi e a energia
liquida disponivel [W], V e a tensao do arco [volts] e I e a corrente de soldagem [A].
Logo, pode-se afirmar que:
I. l Q , a energia liquida disponivel, e diretamente proporcional a eficiencia (ea) do arco.
II. Em um caso extremo hipotetico, no qual a eficiencia do arco seja de 100%, a energia liquida disponivel sera igual
a energia total QT =V I .
III. A unidade de energia liquida ou total, dada em Watts, e igual ao produto da tensao (V) pela corrente ( I ).
IV. A eficiencia real do arco eletrico e sempre um valor situado no intervalo 0 ≤ ea ≤ 1,0.
V. Quanto mais eficiente for o arco eletrico, melhor sera a qualidade da solda.
Apos analise das afirmativas, assinale alternativa correta.
a) Todas as afirmativas estao corretas.
b) Apenas as afirmativas I, II e V estao corretas.
c) Apenas as afirmativas I, II, III e IV estao corretas.
d) Apenas as afirmativas I, II, III e V estao corretas.
e) Apenas as afirmativas II, IV e V estao corretas.
U1S2 – Defeitos e Qualidade em Soldagem
2. As ligas ferrosas sao basicamente os acos (com teores de carbono de ate 2,0%) e os ferros fundidos (com teores
de carbono acima de 2% e abaixo de 4,5%).
Considerando essas informacoes, analise as afirmacoes e a relacao entre elas:
I. A soldagem de ligas Fe-C (acos e ferros fundidos) e influenciada pelo teor de carbono da liga.
PORQUE
II. Alem de influenciar a dureza dos acos e ferros fundidos, o aumento do teor de carbono dificultaa soldagem das
ligas Fe-C.
Agora, marque a alternativa que contem a avaliacao correta das assercoes apresentadas:
a) A assertiva I e verdadeira, mas a assertiva II e falsa.
b) As assertivas I e II sao verdadeiras e a II complementa a I.
c) A assertiva I e falsa, mas a assertiva II e verdadeira.
d) As assertivas I e II sao falsas.
e) A assertiva I e verdadeira, mas a assertiva II nao complementa a I.
U1S2 – Defeitos e Qualidade em Soldagem
3. Os acos-ligas sao acos que se caracterizam por apresentarem elementos de liga que, alem de influenciarem a
formacao dos elementos microestruturais do aco, contribuem para elevar sua resistencia mecânica e dificultar sua
soldagem. Seja o aco ligado SAE 2317 com a seguinte composicao quimica: 0,15%C – 0,40%Mn – 0,03%P – 0,02%S
- 0,03%Si – 3,15%Ni, considere a equacao a seguir para calculo do carbono equivalente como sendo:
De acordo com os dados apresentados, e correto afirmar que:
a) O valor do CE para o aco SAE 2317 e 0,33, portanto, ele nao tem boa soldabilidade.
b) O valor do CE para o aco SAE 2317 e 0,53, portanto, ele nao e soldavel.
c) O valor do CE para o aco SAE 2317 e 0,67, portanto, exige um preaquecimento a temperaturas muito elevadas
para ser soldado.
d) O valor do CE para o aco SAE 2317 e 0,57, portanto, exige um preaquecimento a 400 oC.
e) O valor do CE para o aco SAE 2317 e 0,43, portanto, ele tem boa soldabilidade.
DÚVIDAS?