2º EE - Soldagem

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2º Exercício Escolar – Soldagem
Na solidificação de um cordão de solda, o que são epitaxia e crescimento competitivo de grãos?
A solidificação é uma transformação de fase que ocorre na passagem do estado líquido para o sólido, envolvendo alteração na estrutura cristalina. Geralmente é acompanhada por uma contração volumétrica e provoca mudança na composição química, determinando as propriedades físicas e químicas nos contornos da região soldada.
Crescimento Epitaxial 
A solda se forma pelo crescimento de grãos do metal de base que estão na interface sólido-líquido, o que assegura a continuidade metálica entre a ZF e o metal de base. Pois o crescimento de um cristal na superfície de outro cristal acompanha a estrutura reticular do cristal de apoio. Portanto, evita-se que a zona de ligação (interface ZF-ZAC) se torne uma região de concentração de tensões.
Crescimento Competitivo 
Crescimento competitivo dos grãos é o crescimento individual, aleatório e desordenado dos grãos que conferem ao metal uma desordem abrupta na região do contorno de grãos. Porém, os grãos melhor orientados em relação à direção de extração de calor tendem a crescer à frente dos demais grãos, bloqueando-os e impedindo o seu crescimento. E este fenômeno pode ser responsável por um certo grau anisotropia da ZF.
Qual a influência (como e porque) da energia de soldagem, da espessura das peças e da temperatura inicial, sobre a velocidade de resfriamento de uma junta soldada?
Espessura das Peças
Para uma mesma condição de soldagem, uma junta de maior espessura permite um escoamento mais fácil do calor por condução. Pois na soldagem, ao contrário do que ocorre com o tratamento térmico, o aquecimento é localizado. Assim, quanto mais espessa a junta, mais rapidamente esta tenderá a se resfriar durante a soldagem.
Porém, a partir de um certo valor de espessura a velocidade de resfriamento torna-se constante. Tendo em vista que para esta espessura o gradiente de temperatura torna-se tão pequeno que mesmo aumentando-se a massa de material, já não se verifica nenhuma influência na velocidade de resfriamento. A este fenômeno é atribuído o fato da velocidade de resfriamento tornar-se constante a partir de certo valor de espessura.
Temperatura Inicial
Quanto maior a temperatura de pré-aquecimento, ou temperatura inicial da peça, mais lento ocorrerá o resfriamento. Por estar a uma temperatura mais elevada, a junta demora mais tempo para poder resfriar até uma determinada temperatura devido a redução dos gradientes térmicos da operação de soldagem para uma mesma condição de soldagem. 
A influência da temperatura inicial é mais significativa em peças de pequena espessura. 
Energia de Soldagem
A velocidade de resfriamento da solda tende a diminuir com um aumento na energia de soldagem. A influência da energia de soldagem na velocidade de resfriamento é maior em espessura finas.
Explique o fenômeno da fissuração a frio, que pode ocorrer devido à soldagem em alguns tipos de aço.
O que é?
A fissuração por hidrogênio, ou trinca a frio, são descontinuidades que ocorrem algum tempo após a soldagem, o que a torna extremamente crítica. Normalmente aparecem na ZTA, podendo também ocorrer na ZF de aços de maior resistência mecânica. é consequência da ação simultânea dos seguintes fatores: 
- Presença de hidrogênio dissolvido no metal fundido; 
- Tensões residuais associadas a soldagem; 
- Microestrutura frágil (normalmente a martensita);
- Baixa temperatura (abaixo de 150°C)
O risco de fissuração é temporário, existindo enquanto o hidrogênio estiver se desprendendo da solda.
Mecanismo
Formação do hidrogênio atômico: O hidrogênio, que pode ser fornecido de diferentes fontes (revestimento orgânico dos eletrodos, ferrugem, umidade do fluxo, do revestimento do eletrodo e do ar), se decompõe na atmosfera do arco liberando hidrogênio atômico ou iônico (H+).
Saturação da solda por hidrogênio: A solda no estado líquido dissolve quantidades apreciáveis de hidrogênio, e de forma contínua na solidificação e nas modificações alotrópicas; apesar da solubilidade decrescer com a temperatura. Consequentemente, na fase final do resfriamento, solda estará super saturada em hidrogênio.
Migração do hidrogênio para a ZTA: Devido ao menos teor de carbono da solda, normalmente a temperabilidade da ZF é inferior à da ZTA, o que permite que o hidrogênio migre para esta última zona. Caso a temperabilidade na ZF seja superior ou quando a estrutura for austenítica, o hidrogênio fica retido na ZF.
Microestrutura frágil e baixa temperatura: A solda, em virtude de sua composição químicae das condições térmicas do processo, pode gerar a microestrutura martensita (que baixa a tenacidade e, quando saturada em hidrogênio é consideravelmente frágil). Então na fase final do resfriamento apresentará regiões frágeis baixa temperatura saturadas em hidrogênio, submetida a um sistema de tensões residuais, cuja intensidade é próxima do limite de escoamento da ZF. O mesmo pode ocorrer na ZTA.
Medidas Preventivas
Devem ser tomadas de acordo com as principais causas de formação de trincas:
Teor de hidrogênio: Manter a atmosfera com o menor teor de hidrogênio possível. Manter os eletrodos guardados em lugares adequados e secos, promovendo a secagem em forno nos mesmos antes de utilizá-los.
Microestrutura frágil: Tentar promover a soldagem com menor grau de restrição possível é uma excelente medida para evitar as tensões residuais, pois as tensões promovem a deformação plástica do material, que por sua vez, aumenta o número de discordâncias, que são responsáveis pelo transporte do hidrogênio para as extremidades dos entalhes. Deve-se levar em conta a ação dos esforços, como por exemplo: peso próprio, concentração de outras soldas, teste de pressão, etc.
Temperatura: Use pré-aquecimento. Após a soldagem, manter a solda numa temperatura suficiente para permitir a difusão do hidrogênio, diminuindo a sua concentração na solda. Realizar um pós-aquecimento de 2 horas a 500°C é na maioria das vezes suficiente para promover a difusão do hidrogênio, acelerando o processo de desprendimento do hidrogênio da solda.
Qual a utilidade do diagrama de Schaeffler para a soldagem dos aços inoxidáveis?
O diagrama de Schaeffler é um diagrama empírico que permite, com base na composição química, prever a microestrutura da ZF e a possível ocorrência de problemas em aços inoxidáveis. Ele não é restrito aos aços inoxidáveis austeníticos, podendo ser usado também para aços ferríticos e martensíticos.
As áreas típicas de problemas na soldagem de aços são:
- Crescimento de grão
- Trinca a frio induzida por hidrogênio
- Precipitação de fase sigma entre 600 e 950°C
- Trinca de solidificação e liquação 
Além disso, pode-se observar na parte central do diagrama, na região de coexistência de austenita e ferrita, uma área triangular que não é atingida por nenhum desses problemas. Sendo esta região, em torno de 21%Cr e 10%Ni, preferencial de composição da solda.
Para utilizar o diagrama de Schaeffler calculam-se o cromo e níquel equivalentes dos materiais utilizados – metal(is) de base e metal de adição - por meio das equações abaixo:
Colocam-se os pontos no diagrama e a partir disso, têm-se três modos de utilização do diagrama:
Soldagem autógena
1.1 Soldagem autógena de materiais similares
Basta verificar em qual das quatro regiões a composição química caiu e se existe algum problema de soldabilidade. Existindo problemas, devem-se empregar as ações corretivas. 
Soldagem autógena de materiais dissimilares
Coloca-se a composição dos dois materiais no diagrama. Os pontos são unidos com um segmento de reta e o ponto médio do segmento deve ser analisado com relação a problemas de soldabilidade.
Soldagem de um aço inoxidável com adição
Colocam-se os dois pontos no diagrama e, depois, traça-se um segmento de reta unindo esses dois pontos. Em seguida, o segmento de reta é dividido em 10 partes iguais, que representam a diluiçãodo processo de soldagem a ser empregado. Colocando-se 0% de diluição no ponto que corresponde à composição química do metal de adição e 100% no ponto da composição química do metal de base, cada uma das partes do segmento representará de 0 a 100% de diluição. Admitindo-se que o processo de soldagem a ser utilizado tem um valor de diluição média, marca-se este ponto no segmento de reta e verifica-se em qual das regiões caiu. Na prática, é comum escolher um metal de adição cuja composição química em função do processo de soldagem tenha uma diluição tal que o ponto determinado cai na quinta região, isenta de problemas.
Soldagem dissimilar entre um aço carbono e um aço inoxidável com adição. 
Primeiro calculam-se o cromo e o níquel equivalente dos dois metais de base. Em seguida, unem-se os dois pontos com um segmento de reta e marca-se o seu ponto médio, que deve ser unido ao ponto determinado pela composição química do metal de adição. O segmento de reta obtido pela união destes dois pontos deve ser dividido em 10 partes. A partir desta etapa, o procedimento é semelhante ao do caso da soldagem de um aço inoxidável com adição.