42700023 Metalurgia da soldagem

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Metalurgia da Soldagem 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. MSc. Carlos Abreu Filho 
2008 
 
 
 
 
Texto base do curso da disciplina Metalurgia da Soldagem integrante da grade curricular do curso de 
Técnico em Mecânica do CEFET-PA 
2 
 
I INTRODUÇÃO 
 
O principal objetivo a ser alcançado com o estudo da Metalurgia da soldagem é 
entendimento dos fenômenos físico-químico e metalúrgicos responsáveis pela ocorrência de defeitos 
e sua relação de dependência com os procedimentos de soldagem. Esta condição é acompanhada 
da premissa na qual é estabelecido que a qualidade de uma junta soldada não deve ser avaliada 
exclusivamente pelo aspecto visual do cordão de solda 
Na grande maioria dos casos, os defeitos originários de processos de soldagem, quando 
não ligados diretamente a falhas do processo (parâmetros desregulados), têm relação direta com os 
fenômenos influenciados diretamente pelo calor de soldagem. A ação do calor, mais ou menos 
intensa, dependendo de particularidades do processo, é a principal responsável pela ocorrência de 
fenômenos físico-químicos como fusão, vaporização e solidificação, assim como, de transformações 
metalúrgicas no estado líquido e sólido. 
Embora as ocorrências de “defeitos” de soldagem possam ser eliminadas ou pelo menos 
reduzidas a níveis aceitáveis. Deve ser considerado que em condições de soldagem “em campo” ou 
fora das condições ideais de laboratórios, é praticamente impossível a produção de juntas soldadas 
isenta de defeitos, entretanto, quando a incidência de defeitos não excede determinado nível, na 
maioria das vezes estabelecido em normas técnicas, a ocorrência não implica necessariamente na 
impossibilidade de uso da junta soldada. 
O texto apresentado tem por objetivo auxiliar o aluno do curso técnico na aprendizagem 
dos fundamentos da metalurgia da soldagem, sendo os assuntos abordados com a profundidade 
necessária, tendo o autor consciência da natureza multidisciplinar da matéria e das dificuldades 
encontradas por alunos de cursos técnicos para o entendimento de assuntos abordados 
freqüentemente em publicações destinadas a alunos de nível superior. 
Finalmente a essência deste trabalho ressume-se a uma revisão bibliográfica baseada 
em trabalhos publicados sobre o assunto por diversos autores, onde os principais objetivos foram o 
estabelecimento de uma seqüência lógica de apresentação que facilitasse a aprendizagem e 
principalmente, conforme citado anteriormente, tornar o assunto acessível a alunos do curso técnico 
de nível médio. 
 
3 
 
2 – Geometria da junta soldada 
 
Ao contrário do que muitos pensam uma junta soldada não é constituída unicamente 
pelo que se convencionou chamar de cordão de solda. Do ponto de vista da metalurgia da soldagem, 
qualquer região na qual em decorrência dos efeitos da soldagem tenham ocorrido consideráveis 
alterações em suas condições iniciais, é constituinte da junta soldada. A figura 1 apresentada a seguir 
indica de forma esquemática as diferentes regiões que constituem uma junta soldada. 
 
 
 
Figura 1 – Regiões da junta soldada. 
 
 
As principais particularidades relacionadas às regiões indicadas são: 
1 – Metal de base – É a região constituinte da junta soldada que não sofreu qualquer 
alteração em suas características físicas, químicas ou metalúrgicas, ou seja, o material utilizado para 
a construção da estrutura metálica, nesta região, não sofreu qualquer influência do processo de 
soldagem. 
2 – Zona termicamente afetada – Nesta região, de grande interesse no campo da 
metalurgia da soldagem, embora a temperatura de processamento não tenha sido suficiente para 
modificar o estado físico dos materiais envolvidos, ocorrem importantes transformações metalúrgicas 
no estado sólido, ou seja, são registradas importantes alterações nas propriedades iniciais dos 
materiais utilizados na construção metálica. 
4 
 
Entre as transformações citadas encontram-se principalmente o crescimento de grãos 
(aços e outros), dissolução ou coalescimento de precipitados (ligas de alumínio cobre), e o 
recozimento (ligas alumínio magnésio). 
3 – Zona fundida – É a região na qual a temperatura de processamento é suficiente para 
fundir os materiais envolvidos, ou seja, parte de metal de base juntamente com parte do metal de 
adição passam para a forma líquida formando a denominada poça de fusão. 
Nesta região, diversos fenômenos ligados a metalurgia física manifestam-se 
simultaneamente, dando origem a uma série de transformações, não só de origem metalúrgica, como 
também química e física. A forma como ocorre à solidificação da zona fundida após o resfriamento da 
região tem grande influência na qualidade final da junta soldada. Um dos principais aspectos a serem 
considerados é a morfologia (forma geral) dos grãos metálicos resultantes, esta vai ter influência 
direta na susceptibilidade a defeitos, assim como no comportamento mecânico da junta soldada. 
A massa metálica resultante na zona fundida é denominada de metal de solda. É 
constituída de parte de metal de base e parte de metal de adição. A relação entre as quantidades 
presentes destes elementos no metal de solda é definida pela grandeza denominada de diluição. 
A diluição é a quantidade percentual de metal de base que entra na composição do 
metal de solda, podendo variar desde valores muito baixos, como na solda brasagem, chegando a 
100% no caso da soldagem autógena (sem metal de adição). 
A figura 2 ilustra esta condição considerando um esquema de uma seção transversal de 
uma junta soldada. 
 
 
Figura 2 – Diluição da junta soldada 
 
Em linguagem matemática a diluição pode ser apresentada como: 
 Diluição (%) = área A / áreas A + B 
 
5 
 
O controle da diluição em uma junta soldada é um importante fator a ser considerado no 
controle de alguns defeitos de soldagem, conforme será abordado posteriormente. 
 
De maneira geral, estes são os principais pontos a serem considerados com relação às 
regiões que constituem uma junta soldada. Alguns autores fazem referência à zona de ligação, que é 
a região que separa a zona fundida da zona termicamente afetada, tendo, portanto, características 
das duas regiões. Deve ser ressaltado que em algumas condições práticas nem sempre é tarefa fácil 
identificar o início e fim de cada região, havendo em alguns casos a necessidade de recorrer a alguns 
ensaios, como por exemplo, o de microdureza. 
 
 
3 – Influência térmica na soldagem 
 
A quantidade de calor ou energia térmica inserida em uma junta soldada é sem duvida o 
principal fator a ser controlado visando reduzir a possibilidade de ocorrência de defeitos na soldagem, 
desta forma, é interessante entender como o calor é gerado a partir das fontes de energia utilizadas 
nos processos de soldagem por fusão. 
 
3.1 – Energia na soldagem 
Define-se a energia nominal de soldagem como a quantidade de energia térmica inserida 
na junta soldada por unidade linear de cordão de solda. A energia de soldagem também é conhecida 
como aporte de calor, ou aporte térmico sendo comum a utilização do termo na língua inglesa “heat 
input” (calor de entrada). O cálculo da energia nominal de soldagem pode ser expresso através da 
relação (1) 
 
Apt � �/� (1) 
 
Onde: 
P – É a potência da fonte de soldagem; 
� – É a velocidade de soldagem 
6 
 
Considerando as unidades no sistema internacional, a potência é dada em Watt (W); a 
velocidade de soldagem em m/s e o aporte térmico nominal em J/m (Joule/metro). 
Para os processos de soldagem que utilizam como fonte de calor o arco elétrico, o 
aportetérmico nominal é dado por: 
 
 Apt � � � � �� (2) 
 
Onde: 
 � – É a tensão de soldagem em Volts (V); 
 � – É a intensidade de corrente em Ampers (A); 
 � - É a velocidade de soldagem em m/min. 
Para o cálculo do aporte térmico líquido, devem ser consideradas as perdas de energia 
inerentes a cada processo. A figura 3 a seguir mostra um quadro comparativo entre as eficiências 
energéticas dos mais usuais processos ao arco elétrico. Pela análise da figura, nota-se que o 
processo menos eficiente é o processo GTAW ou processo TIG com eficiência em torno de 70%, 
enquanto que a maior eficiência é obtida com o processo SAW ou arco submerso em torno de 85%. 
Os processos SMAW (eletrodo revestido) e GMAW (MIG/MAG) têm eficiências térmicas equivalentes 
na faixa de 80%. 
 
 
Figura 3 Eficiência energética dos processos de soldagem ao arco elétrico 
 
7 
 
Portanto, inserido o fator de correção do potencial energético de cada processo na 
equação 2 obtemos o aporte térmico líquido ou efetivamente inserido na região de soldagem (3). 
 
	
� ′ � 
 �
���
�
...................................(3) 
 
Onde o símbolo 
 é o fator de correção da eficência energética de cada processo 
 
Quanto mais alto for o aporte de calor (energia de soldagem) inserido na junta soldada, 
maior será a quantidade de energia calorífica transferida à peça, maior a poça de fusão, mais larga a 
zona termicamente afetada entre outros efeitos. Por outro lado, a utilização de baixos valores de 
aporte térmico pode provocar falhas de penetração na junta soldada assim como elevadas 
velocidades de resfriamento, o que, em certas ocasiões pode ser prejudicial à junta soldada. 
 
 
3.2 – Ciclo térmico de soldagem 
 
Considerando um ponto qualquer da região de soldagem, define-se ciclo térmico como a 
curva que relaciona a variação da temperatura deste ponto (durante a soldagem e posterior 
resfriamento) com passar do tempo. Considere as figuras 4 e 5 mostradas a seguir,a figura 4 mostra 
esquematicamente uma junta soldada destacando o ponto A localizado em um ponto qualquer da 
junta. A figura 5 mostra a curva representativa do ciclo térmico do referido ponto. Como pode ser 
verificado na figura 5 entre a temperatura inicial do processo em torno de 500C e a temperatura 
máxima alcançada pelo ponto A transcorrem somente em torno de 4 segundos. Embora o exemplo 
apresentado seja meramente ilustrativo, esta severidade (intensas variações de temperatura) é 
característica da grande maioria dos processos de soldagem ao arco elétrico e constitui-se em um 
dos principais fatores indutores de problemas na soldagem. 
 
 
8 
 
 
Figura 4 - junta soldada 
 
 Figura 5 - Ciclo térmico do ponto A 
 
Como a junta soldada é formada por vários pontos consecutivos em diferentes condições 
térmicas, uma caracterização completa da região soldada é apresentada por várias curvas de ciclos 
térmicos sobrepostas, como mostrados na figura 6. 
 
 
 Figura 6 – Curvas de ciclo térmico 
 
Como esperado, a figura 6 mostra que quanto maior o afastamento dos pontos em 
relação ao centro do cordão menor são as temperaturas máximas alcançadas pelos pontos. 
 
 
9 
 
3.2.1 – Fatores definidores das características do ciclo térmico 
 
O comportamento das curvas representativas de ciclos térmicos reflete aspectos 
importantes a respeito das condições utilizadas na soldagem. Normalmente fatores como o tipo de 
processo, utilização ou não de pré ou pós aquecimento, aporte térmico, soldagem multi-passes, são 
capazes de estabelecer diferenças na forma de uma curva de ciclo térmico. As diferenças obtidas em 
função de alterações de um ou mais fatores pode tornar a característica do ciclo térmico mais ou 
menos favorável para o desenvolvimento de defeitos de soldagem. 
Os principais fatores a serem observados na definição dos ciclos térmicos dos pontos 
constituintes de uma região soldada são mostrados na figura 7 a seguir. 
 
 
 
 Figura 7 – Fatores definidores do ciclo térmico 
 
Temperatura inicial (To) – É a temperatura de início de processamento, nem sempre é 
a temperatura ambiente. Em alguns casos, determinados procedimentos de soldagem utilizam pré-
aquecimento no material a ser soldado, visando minimizar a ocorrência de defeitos. 
 
Temperatura máxima (Tmax) – É a maior temperatura que determinado ponto esteve 
sujeito durante o processo de soldagem. Se a temperatura máxima ultrapassar a temperatura de 
fusão dos materiais envolvidos então o ponto pertence à zona fundida, caso contrário este pertencerá 
ou não a ZTA, para esta comprovação, é necessário verificar se a temperatura máxima ultrapassou a 
zona de temperatura crítica que vai depender das características do material processado. 
 
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2 – Temperatura crítica (Tc) – É a temperatura a partir da qual o material processado 
tem a possibilidade de sofrer transformações metalúrgicas no estado sólido. Estas transformações 
podem alterar propriedades importantes do material ou aumentar a possibilidade de ocorrência de 
defeitos. O valor da otemperatura crítica vai depender do material sujeito à soldagem, por exemplo, 
no caso de algumas ligas de alumínio esta temperatura é em torno de 3800C 
 
3 – Tempo de permanência (Tp) – O tempo de permanência em determinada 
temperatura indica a possibilidade de ocorrência das transformações que necessitam de tempo para 
sua efetivação, ou seja, em algumas situações práticas, embora a temperatura crítica tenha sido 
alcançada, porém o tempo de permanência nesta temperatura não foi o bastante para a ocorrência 
da transformação. Entre estas transformações encontra-se o crescimento de grãos metálicos. 
 
4 – Velocidade de resfriamento (v) – É a velocidade de resfriamento entre duas faixas 
de temperaturas consideradas importantes para ocorrência de transformações. O aço com teor de 
carbono acima de 0,3% se resfriado muito rapidamente a partir da forma austenítica, pode resultar 
em estrutura martensítica altamente nociva na soldagem. 
A equação 4 obtida partir da análise matemática e simulação computacional relaciona 
para diferentes condições de soldagem a velocidade de resfriamento com as demais condições de 
soldagem 
 
� � 2�����
�
����
�� � ��� � � �!..................(4) 
Onde: 
� - Velocidade de resfriamento a partir de qualquer temperatura, normalmente a 
temperatura crítica.......oC/s; 
� – Condutividade térmica do metal...................................(j/mm.s oC); 
 �� - Temperatura qualquer de interesse ; (oC) 
	
�" - Aporte térmico líquido...............................................(j/mm) 
 # – Espessura da peça.......................................................(mm) 
ρc – Calor específico volumétrico ....(j/mm3) 
 
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Para o caso de chapas muito espessas a equação 4 adapta-se para a forma 
apresentada na equação 5. A análise é a mesma apresentada anteriormente. 
 
� �
�$%
����
��� � �0��................(5) 
 
Analisando as as figuras e equações apresentadas anteriormente, os seguintes espectos 
podem ser destacados: 
1 − Α temperatura máxima atingida a cada ponto assim como a velocidade de 
resfriamento dependem das propriedades físicas do material processado. Ligas com maior 
condutibilidade térmica, como ligas a base de cobre e de alumínio, apresentam maiores velocidades 
de resfriamento, o que pode entre outros problemas causar problemas de falta de fusão devido ao 
rápido escoamento de calor; 
2 − Α velocidade de resfriamento varia inversamente com a temperatura inicial da peça 
sendo soldada, isto justifica em alguns casos a utilização depré-aquecimento na soldagem. Quanto 
maior a temperatura de pré-aquecimento da peça menor será a velocidade de resfriamento. Por outro 
lado, quanto mais elevada a temperatura inicial de processamento maior será a temperatura máxima 
do ciclo térmico. 
3 – A velocidade de resfriamento varia diretamente com a espessura da peça sendo 
soldada, isto é, quanto maior a espessura maior a velocidade de resfriamento. Entretanto, a variação 
tem um limite, a partir de uma determinada velocidade de resfriamento, por mais que se aumente a 
espessura, a velocidade de resfriamento não se altera. 
4 − Α velocidade de resfriamento varia inversamente com a energia de soldagem, isto 
é, quanto menor a energia de soldagem maior a velocidade de resfriamento. A influência da energia 
de soldagem na velocidade de resfriamento é maior em espessura finas. 
5 – A temperatura máxima atingida por um ponto da junta soldada é diretamente 
proporcional ao aporte líquido de calor, ou seja, elevados valores de aporte térmico implicam na 
elevação da temperatura máxima no ponto considerado. 
 
 
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3.3 – Partição térmica 
 
Define-se como partição térmica a curva que estabelece a variação de temperatura na 
região soldada em função da distância a partir do centro do cordão. Enquanto a análise do ciclo 
térmico possibilita a previsão da da ocorrência ou não de transformações metalúrgicas, a partição 
térmica possibilita estimar a extensão das transformações. A figura 8 a seguir apresenta curvas de 
partição térmica para duas condições de aporte térmico. Nota-se pela análise da figura que o maior 
aporte térmico implica na ampliação da distancia medida a partir do centro do cordão sujeitas a 
elevadas temperaturas. 
Ainda pela análise da figura 8, considerando que a temperatura Tc seja a temperatura de 
início de transformação do material processado, então a linha tracejada na figura mostra que para a 
condição de maior aporte térmico a ZTA teria maior extensão. 
 
 
 Figura 8 – Partição térmica 
 
 
 
4 – Reações na poça de fusão 
 
Na maioria dos processos de soldagem o tempo de permanência da poça de fusão no 
estado líquido é apenas de alguns segundos, entretanto é o suficiente para que umas sérias de 
reações simultâneas de origem químicas físicas e metalúrgicas se manifestem com influência direta 
na qualidade da junta produzida. A seguir serão apresentadas algumas dessas reações e suas 
implicações nos resultados obtidos na soldagem. 
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4.1 – Absorção gasosa na poça de fusão. 
 
Os gases nitrogênio oxigênio e hidrogênio são os mais freqüentes contaminantes 
gasosos presentes na poça de fusão. Estes elementos freqüentemente provem do ar atmosférico, de 
consumíveis como fluxos e gases de proteção ou de contaminantes presentes no metal de base. 
Tanto nitrogênio oxigênio e hidrogênio podem se dissolver na poça de fusão durante a soldagem e 
afetar de forma significativa a qualidade do metal de solda. 
O acentuado aumento na solubilidade gasosa experimentado pelos metais na passagem 
do estado sólido para o líquido é o principal responsável pela presença de gases no metal de solda. A 
figura 9 apresentada a seguir ilustra esta condição para o caso do alumínio e hidrogênio. Pela análise 
da figura nota-se que a solubilidade do hidrogênio no alumínio aumenta aproximadamente 50 vezes 
ao atingir a temperatura de fusão. 
 
 
Figura 9 – Solubilidade de H2 no alumínio 
 
 
Alguns exemplos dos efeitos decorrentes das reações desses gases na poça de fusão 
são apresentados a seguir. 
 
Oxigênio – Na soldagem do aço reduz a tenacidade da junta soldada, em níveis 
controlados favorece a formação de ferrita acicular (estrutura desejável na soldagem). Na soldagem 
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do alumínio pode formar óxidos de alto ponto de fusão que podem tornar-se inclusões na junta 
soldada; 
Nitrogênio – Na soldagem do aço aumente a resistência mecânica, porém, reduz a 
tenacidade. Na soldagem do aço inoxidável austenítico reduz a ferrita e favorece a formação de 
trincas de solidificação, 
Hidrogênio – Na soldagem do alumínio é o principal responsável para formação de 
porosidades. Na soldagem do aço tem importante participação no mecanismo de formação das 
trincas a frio. 
Em alguns casos, um gás dissolvido na poça de fusão pode não reagir com outros 
elementos e permanecer dissolvido, em grande parte, na solda após a solidificação da poça. Neste 
caso, ele não gera inclusões ou porosidade nem dificulta a formação da poça de fusão, contudo, este 
pode posteriormente causar a formação de precipitados que podem fragilizar a solda. É o que ocorre, 
por exemplo, com a absorção de oxigênio e nitrogênio em soldas de ligas de titânio, zircônio e 
tântalo. 
 
 
4.2 – Vaporização metálica 
 
O principal problema associado com a vaporização metálica é perda de elementos de 
liga na forma de vapores metálicos devido ao intenso aquecimento da poça de fusão. Em alguns 
casos, como na soldagem da ligas de alumínio magnésio, a perda é significativa, podendo levar a 
perda pontual de resistência devido à redução no teor de magnésio. 
Os principais fatores que influenciam na vaporização metálica são a temperatura da 
poça de fusão e a propriedade física dos metais envolvidos denominada de pressão de vapor. No 
primeiro caso, quanto maior for o valor da temperatura máxima e o tempo de permanência nesta 
temperatura mais intensa será a vaporização metálica. 
Com relação à pressão de vapor quanto maior for esta propriedade em determinado 
metal, maior será a possibilidade de vaporização a partir da poça de fusão. A figura 10 apresentada a 
seguir mostra que a pressão de vapor do magnésio em qualquer temperatura é bem mais elevada 
que a do alumínio, justificando a vaporização do magnésio nas soldagens das ligas Al-Mg. Ainda na 
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figura 10, é possível verificar que pela mesma condição o Mn sempre vaporiza mais facilmente na 
soldagem dos aços. 
 
 
 Figura 10- Pressão de vapor em função da temperatura 
 
 
5 – Solidificação do metal de solda 
 
Um importante ponto de estudo no campo da metalurgia da soldagem é a relação entre 
as particularidades apresentadas pelos processos, incluindo características do material soldado, e a 
estrutura resultante do resfriamento seguido da solidificação dos constituintes da poça de fusão. Tal 
interesse justifica-se pelo fato de que a característica predominante da estrutura solidificada vai 
influenciar diretamente em importantes fatores definidores da qualidade da junta, como por exemplo, 
a capacidade de transmitir esforços mecânicos e a maior ou menor facilidade de propagar defeitos. 
A figura 11 a seguir apresenta uma estrutura clássica formada a partir de processo de 
solidificação em lingoteiras. As diferentes regiões, caracterizadas por particularidades na forma dos 
grãos metálicos resultantes são as seguintes: 
Zona coquilhada – Forma-se junto da parede da lingoteira ou molde e é constituída por 
pequenos grãos equiaxiais orientados ao acaso. A região coquilhada é constituída por grãos 
equiaxiais e finos. Estes são formados devido à elevada taxa de nucleação que ocorre no metal 
líquido em contato com a parede do molde. 
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Zona colunar: forma-se após a anterior e apresenta grãos alongados e dispostos 
paralelamente à direção do fluxo de calor durante a solidificação. A região colunar é formada a partir 
de grãos do lado interno da região coquilhada que crescem no sentido oposto ao de extração de calor 
pelo molde, ou seja, com direção de crescimento preferencial. Como resultado, os grãos melhor 
orientados crescem à frente dos demais, aprisionando e impedindo o crescimento destes e a 
estrutura final torna-se caracterizada porgrãos grosseiros, colunares ou alongados. 
 
Zona equiaxial central: A região colunar persiste até que as condições de solidificação 
se modifiquem e favoreçam a nucleação de novos grãos e a da região equiaxial no centro do lingote. 
Esta é favorecida por uma maior concentração de solutos e impurezas resultantes de sua segregação 
e pelo resfriamento do líquido. É formada por grãos uniformes e normalmente maiores que o da zona 
coquilhada. 
 
 
 
Figura 11 – Morfologia de grãos 
 
Diversos mecanismos ligados ao processo de solidificação contribuem para a formação 
da estrutura resultante apresentada acima. A forma granular equiaxial é a que apresenta melhores 
resultados com relação à resistência mecânica do metal solidificado, enquanto que a colunar é a 
menos desejável principalmente por sua facilidade em propagar defeitos. Embora as formas 
granulares apresentadas acima sejam também encontradas em cordões de solda, existem diferenças 
fundamentais entre as condições de solidificação nas condições normais nas lingoteiras, e aquelas 
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encontradas na soldagem onde há tendência para a formação da estrutura colunar. Os principais 
pontos a serem considerados são apresentados a seguir. 
 
1 – Na soldagem por fusão ao arco elétrico, o metal de adição e o metal base são 
fundidos pelo calor de uma fonte móvel, o arco elétrico. Esta fusão é seguida por um 
superaquecimento considerável, particularmente na gota de metal de adição transferida da 
extremidade do consumível para a poça de fusão. O Na soldagem, o início da solidificação não ocorre 
com a formação de um elevado número de núcleos sólidos como na região coquilhada de uma peça 
fundida. Na poça de fusão, o metal líquido molha perfeitamente os grãos do metal base que formam a 
parede da poça e estes estão aquecidos a temperaturas muito próximas de seu ponto de fusão. 
Desta forma, uma região coquilhada raramente é formada; 
 
2 – A área específica de contato para interação entre metal fundido, gases e escórias é 
muito grande se comparada com outros processos metalúrgicos implicando em velocidades de 
resfriamento e solidificação extremamente elevadas e dependentes de velocidade de soldagem, que 
em alguns casos, como na soldagem automatizada pode ser muito elevada. 
 
Os principais mecanismos recorrentes na solidificação de uma junta soldada: 
 
1 – Crescimento epitaxial – Determinadas condições existentes na poça de fusão como 
elevados gradientes térmicos e o contato direto entre o metal líquido e metal sólido facilitam o 
crescimento direto do sólido sem a nucleação de novos grãos. Como resultado disto, os grãos da ZF 
(zona fundida) apresentam uma largura semelhante e a mesma orientação cristalina dos grãos do 
metal base dos quais são prolongamento. Assim, os grãos da ZF localizados junto à linha de fusão 
são uma continuação dos grãos adjacentes da ZTA (zona termicamente afetada). Como o tamanho 
de grão na ZTA depende das características metalúrgicas do metal base e do ciclo térmico, pode-se 
esperar que o tamanho de grão primário na ZF dependa também dos parâmetros de soldagem que 
afetam o ciclo térmico, particularmente, aporte térmico líquido. A figura 12 a seguir ilustra o esquema 
da solidificação no modelo epitaxial. 
 
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Figura 12 – Modelo de solidificação epitaxial 
 
Na figura 12(A) é mostrada a vista superior da poça de fusão (PF) indicando a direção de 
velocidade de soldagem (V). Em 12(B) são destacados a poça de fusão (PF) já parcialmente 
solidificada, mostrando que os grãos formam-se a partir dos grãos do metal de base (MB). A curva 
(B”B) é conhecida como frente de solidificação e a linha (B’B) é linha ou zona de ligação. A figura 
12(c) mostra um corte transversal da junta soldada e o metal de solda parcialmente formado. 
O modelo de solidificação não epitaxial, ou seja, não observando as condições descritas 
acima com a nucleação de novos grãos não influenciados pelos grãos da ZTA, pode ocorrer em 
condições nas quais o metal de solda resultante tem a composição química muito diferente do metal 
de base (devido a natureza do metal de adição) ou na soldagem de materiais diferentes. 
 
2 – Crescimento competitivo – Como a “facilidade de crescimento” de um grão 
dependente de sua orientação em relação ao fluxo de calor estar alinhada com sua direção 
preferencial de crescimento cristalino, a solidificação de vários cristais aleatoriamente orientados 
causa uma seleção, isto é, os grãos melhor orientados em relação à direção de extração de calor 
tendem a crescer à frente dos demais grãos, que são bloqueados e impedidos de crescer. 
A direção de extração de calor corresponde à normal à frente de solidificação em cada 
ponto na poça de fusão.. Este fenômeno que ocorre em soldagem tem uma grande importância nas 
propriedades finais e pode ser responsável por certo grau de anisotropia (não uniformidade das 
propriedades) do metal de solda ou zona fundida. A figura 13 a seguir ilustra de forma esquemática a 
formação de grãos segundo o modelo de crescimento competitivo. 
 
 
19 
 
 
 
Figura 13 – Esquema de crescimento preferencial. 
 
5.1 – Efeito do formato da poça de fusão nas condições de solidificação. 
 
5.1.1 – Poça de fusão tipo gota alongada – Esta formação de poça, (figuras 14 e 15) 
ocorre quando a velocidade de soldagem é muito elevada e maior que a velocidade de solidificação. 
Favorece a formação colunar dos grãos em decorrência de frente de troca de calor da poça de fusão 
permanecer praticamente inalterada, dando a frente de solidificação uma orientação relativamente 
constante em relação à direção de soldagem, o que favorece o crescimento desde a linha de fusão 
até o centro da solda. 
 
 
Figura 14 – Poça de fusão formato gota alongada. 
 
20 
 
5.1.2 – Poça de fusão com formato elíptico. - O ocorre em soldagens com menores 
velocidades de soldagem. Como a normal a frente de solidificação muda constantemente em função 
do perfil elíptico da superfície da poça de fusão, os grãos não encontraram direção ideal de 
crescimento favorecendo a formação de maior número de grãos com menor tamanho e aspecto 
menos colunar dando origem a uma estrutura mais favorável à qualidade da junta soldada. A figura 
15 ilustra esta condição 
 
 
 
Figura 15 – Poça de fusão formato elíptico 
 
 
É importante ressaltar que existem outros aspectos importantes que também influenciam 
nas condições de solidificação da zona fundida cuja abordagem necessita de suporte teórico que foge 
ao nível proposto para este texto. 
 
 
5.2 – Formação da zona secundária e microestrutura da zona fundida. 
 
Após sua solidificação, a ZF pode sofrer ainda alterações até o resfriamento final à 
temperatura ambiente. Estas alterações podem incluir, por exemplo, o crescimento do grão, a 
formação de carbonetos, nitretos, fases intermetálicas além da transformação de uma fase em 
outra(s). Nos aços doces e aços de baixa-liga, por exemplo, a poça de fusão normalmente se 
solidifica como ferrita delta, que logo se transforma em austenita. Por sua vez, esta pode se 
transformar em uma única fase ou em uma mistura complexa de constituintes, em função de fatores 
21 
 
como tamanho do grão austenítico, composição química, velocidade de resfriamento e quantidade de 
inclusões. 
Em soldagem com vários passes, a microestrutura é mais complexa devido ao efeito 
refinador (em aços transformáveis) de um passe sobre os imediatamente anteriores. As propriedades 
finais da ZF dependerão de sua estrutura final, incluindo as microestruturas de solidificação e a 
secundaria, e a presença de descontinuidades continuidades. 
 
 
6- Características da Zona Afetada Termicamente.Características da ZTA dependem fundamentalmente do tipo de metal de base e do 
processo e procedimento de soldagem, isto é, do ciclo térmico e da repartição térmica. De acordo 
com o tipo de metal que esta sendo soldado, os efeitos do ciclo térmico poderão ser os mais 
variados. No caso de metais não transformáveis (por exemplo, alumínio), a mudança estrutural mais 
marcante será o crescimento de grãos ou o recozimento no caso das ligas endurecidas por 
encruamento. Em metais transformáveis, a ZTA será mais complexa. No caso de aços carbono e 
aços baixa-liga, as regiões características são apresentadas a seguir. 
 
6.1 – Região de crescimento de grão – Compreende a região do metal de base, mais 
próxima da solda, que foi submetida a temperaturas próximas da temperatura de fusão. Nesta 
situação, a estrutura austenítica sofre um grande crescimento de grão. Este crescimento dependerá 
do tipo de aço a da energia de soldagem (processos de maior energia resultarão em granulação mais 
grosseira) o que é um fator agravante em decorrência da epitaxia. 
 A estrutura final de transformação dependerá do teor de carbono, do teor de elementos 
de liga, do tamanho de grão austenítico e da velocidade de resfriamento. De um modo geral, esta 
região é caracterizada por uma estrutura grosseira, com placas de ferrita, podendo conter perlita, 
bainita ou martensita. Esta região é a mais problemática da ZTA de um aço, podendo ter menor 
tenacidade e ate apresentar problemas de fissuração a serem discutidos posteriormente neste texto. 
 
6.2 – Região de refino de grão – Compreende a porção de junta aquecida a 
temperaturas comumente utilizadas na normalização dos aços (900 a 1000 oC.). Após o processo de 
22 
 
soldagem, esta região é caracterizada, geralmente, por uma estrutura fina de ferrita não sendo 
problemática na maioria dos casos. 
6.3 – Região intercrítica. – É a região mais afastada do cordão de solda. Nesta região, 
a temperatura de pico oscila em torno de 727 oC, é caracterizada pela transformação parcial da 
estrutura original do metal de base.e apresentam mudanças micro estruturais cada vez mais 
imperceptíveis. 
 
 
7 – Descontinuidades comuns em soldas. 
 
 
De acordo com as exigências de qualidade da junta soldada (normas), uma 
descontinuidade pode ser considerada um defeito, exigindo ações corretivas. Devido ao alto custo 
destas ações, a presença de defeitos deve ser sempre evitada. Segundo a AWS (American Welding 
Socity), as descontinuidades são divididas em três categorias básicas: 
Descontinuidades Dimensionais – Distorções, dimensões incorretas, reforço ou 
largura do cordão excessivo etc.. 
Descontinuidades ligadas ao processo – Inclusões de tungstênio, falhas de fusão ou 
penetração, mordeduras etc.. 
Descontinuidades metalúrgicas – Porosidades, trincas a frio, trincas de liquação, 
trincas de solidificação etc.. 
A fim de atender os objetivos principais deste texto serão abordadas apenas as 
descontinuidades de aspecto metalúrgico. 
 
 
7.1 – Porosidades 
 
Porosidades são descontinuidades de origem metalúrgica causadas primariamente pela 
retenção gasosa durante a existência da poça de fusão na forma líquida. O principal fator químico-
metalúrgico de influência é o considerável aumento nos níveis de solubilidade gasosa experimentado 
23 
 
pelos metais por ocasião da mudança de estado físico sólido-líquido, conforme é mostrado na figura 
9, anteriormente apresentada. 
Particularmente no caso do alumínio, a situação torna-se crítica se considerarmos a 
rápida solidificação da poça de fusão deste material em função do elevado coeficiente de condução 
de calor. Esta condição praticamente inviabilizou a soldagem do alumínio com o processo eletrodo 
revestido que utiliza revestimento altamente higroscópico (absorve umidade intensamente). 
Certos elementos dissolvidos na poça de fusão podem reagir entre si e o resultado da 
reação pode ser um gás na forma de bolhas que podem resultar em porosidade se não escaparem do 
metal líquido antes de sua solidificação. Um exemplo importante é a formação de é a formação de 
porosidade em aço ou em ligas de níquel pelo CO resultante da reação entre o oxigênio e o carbono 
dissolvidos na poça de fusão (2C + O2 → 2CO). Esta reação pode ocorrer quando o teor de 
elementos desoxidantes (neste caso, elementos que apresentam uma maior afinidade pelo oxigênio 
do que o carbono) na poça de fusão for insuficiente para preveni-la. 
Em um diagrama de energia livre de formação de óxidos como mostrado na figura 16, os 
elementos candidatos a desoxidantes são aqueles cujas linhas se localizam abaixo das linhas dos 
elementos que não devem ser oxidados. 
 
 
 
Figura 16 – Diagrama de energia livre de formação de óxidos 
 
24 
 
Pela análise da figura 16, é possível concluir que tanto o manganês quanto o silício tem 
menor energia livre para formação de óxidos do que o ferro, portanto estes dois elementos têm 
potencial para serem utilizados como desoxidantes n soldagem do aço. De interesse particular, 
devido à sua influência na formação de porosidade, é a comparação da posição relativa das linhas de 
diferentes elementos em relação às linhas de energia livre de formação do CO (importante na 
soldagem do aço e níquel) e da água (2H2 + O2 → 2H2O, importante na soldagem do cobre). 
Uma bolha de gás pode ser aprisionada pelo metal solidificado, formando um poro, 
quando essa não se desprende de seu ponto de nucleação antes que o metal solidificado a cerque. O 
desprendimento da bolha é influenciado por vários fatores como a sua velocidade de crescimento, a 
sua facilidade de se soltar do substrato, a velocidade e a morfologia da frente de solidificação, a 
composição química do metal líquido, etc.. A figura 17 apresentada a seguir ilustra as etapas de 
formação de porosidades desde a absorção na forma líquida até a retenção no metal de solda 
solidificado. 
 
 
 Figura 17 -. Mecanismo de formação de porosidades 
 
 
Porosidade fina e dispersa pode ser tolerada na maioria das aplicações, pois não afeta 
de forma significativa a resistência mecânica e a fadiga da solda, porém, as porosidades podem ser 
em alguns casos o ponto de partida para a propagação de trincas, com efeitos altamente danosos à 
junta soldada. Porosidade densa ou grosseira pode exigir a remoção da região afetada e o seu 
reparo. Alguns trabalhos experimentais encontraram como resultado que a formação de porosidades 
em soldas de aço baixo carbono é mais danosa à resistência a fadiga do que a resistência mecânica. 
25 
 
A quantidade e o tipo de porosidade dependem tanto da quantidade de gases absorvida 
pelo metal fundido como das condições para a evolução destes gases na poça. Por sua vez, estes 
fatores são afetados pelas condições de soldagem que, assim, influenciam o nível de porosidade em 
uma solda. A figura 18 mostra o aspecto de ocorrências de porosidades esféricas na soldagem MIG 
do alumínio. 
 
 
 
 Figura 18.- Aspecto de porosidades esféricas na soldagem MIG do Al 
 
Causas práticas das porosidades – Contaminação da junta solda com umidade 
proveniente de fluxos higroscópicos acondicionados inadequadamente, hidrocarbonetos, ferrugem, 
vazão de gás de proteção mal dimensionada, corrente de ar instabilidade na transferência metálica 
etc.. 
Medidas corretivas – Basicamente eliminar as fontes de contaminação, ou seja, 
acondicionar adequadamente fluxos e eletrodos, limpar adequadamente a junta soldada eliminando 
hidrocarbonetos e ferrugem (no caso dos aços), adotar valores adequados de vazão no caso dos 
processos com proteção gasosa selecionar adequadamente consumíveis visando neutralizar a ação 
de gases causadoresde posrosidade. 
 
 
7.2 – Trincas de solidificação 
 
 Fissuras, ou trincas, são consideradas um dos tipos mais graves de descontinuidade em 
uma junta soldada. Formam-se quando tensões de tração se desenvolvem em um material 
26 
 
fragilizado, incapaz de se deformar plasticamente para absorver estas tensões. Tensões de tração 
elevadas se desenvolvem na região da solda como resultado das expansões e contrações térmicas 
localizadas (associadas com o aquecimento não uniforme característico da soldagem), das variações 
de volume devido a transformações de fase e como resultado das ligações entre as peças sendo 
soldadas e o restante da estrutura. 
Problemas de fissuração em soldagem podem ocorrer tanto em aços como em ligas não 
ferrosas, com as fissuras se localizando na ZF, na ZTA e no metal base, conforme é mostrado na 
figura 19. As fissuras podem ser macroscópicas, com até vários centímetros de comprimento (macro 
fissuras) ou serem visíveis somente com um microscópio (micro fissuras). 
 
 
 
 Figura 19- Classificação do tipo de fissuração de acordo com a localização da trinca: (1) 
 Fissuração na cratera, (2) fissuração transversal na ZF, (3) fissuração transversal 
na ZTA, (4) fissuração longitudinal na ZF, (5) fissuração na margem da solda, (6) 
 Fissuração sob o cordão, (7) fissuração na linha de fusão e (8) fissuração na raiz da solda. 
 
 
Trinca intergranular ou trinca de solidificação– Trincas de solidificação as quais são 
freqüentemente observadas em peças fundidas também ocorrem na soldagem por fusão como 
mostrado na figura 20. Tal descontinuidade, conforme é mostrado na figura 21 é intergranular, ou 
seja, ocorre ao longo dos contornos dos grãos do metal de solda. A trinca de solidificação 
intergranular ocorre nos estágios finais do processo de solidificação quando a tensão de tração 
desenvolvida nos grãos adjacentes excede a resistência do quase solidificado metal de solda. A 
severidade da tensão parcialmente responsável pela formação da trinca aumenta com o grau de 
restrição e espessura da junta soldada. 
27 
 
 
 
Figura 20 – Trinca de solidificação no centro do cordão de liga Al-Si-Mg. 
 
 
Figura 21 – Trinca de solidificação intergranular da liga Al-Zn. 140X 
 
 
Fatores metalúrgicos – Os principais fatores metalúrgicos que afetam a 
susceptibilidade dos materiais às trincas de solidificação são: a faixa de temperatura de solidificação; 
a quantidade e distribuição de líquido nos estágios finais da solidificação; tensão superficial da 
interface líquido e superfície do grão, estrutura do grão. Os principais aspectos ligados a estes fatores 
metalúrgicos serão discutidos a seguir. 
 
Faixa de temperatura de solidificação – Ligas metálicas com ampla faixa de 
solidificação para determinado percentual de soluto são as mais susceptíveis ao surgimento de 
trincas. A faixa de solidificação de uma liga metálica aumenta consideravelmente com a presença de 
impurezas. Um caso clássico desta condição é a presença de fósforo e enxofre no aço, onde estes 
28 
 
elementos são citados por provocar trincas de solidificação no aço, mesmo em baixas concentrações. 
A figura 22 mostra diferentes faixas de temperatura de solidificação para ligas cobre níquel. 
 
 
 
Figura 22 – Faixas de solidificação das ligas Cu-Ni. 
 
 
Tanto fósforo quanto enxofre apresentam forte tendência a segregar para os contornos 
dos grãos onde freqüentemente formam composto com baixo ponto de fusão, como por exemplo o 
sulfeto de ferro, com resultando no aumentando da faixa de temperatura necessária à solidificação. 
Efeito similar acontece na soldagem das ligas a base de níquel e aços inoxidáveis ferríticos. 
A figura 23 mostra o efeito de vários elementos, incluindo fósforo e enxofre, na faixa de 
temperatura de solidificação do aço carbono comum e de baixa liga. Pela análise da figura verifica-se 
que o enxofre e o fósforo aumentam acentuadamente a faixa de solidificação dos aços. 
Resumidamente: quanto maior a faixa de temperatura de solidificação da liga, mais líquido 
permanece entre os contornos de grãos durante o resfriamento da junta e conseqüentemente maior a 
possibilidade de formação de trincas de solidificação. A figura 24 ilustra esquematicamente este 
processo. 
29 
 
 
Figura 23 – Influência de impurezas na faixa de solidificação do aço. 
 
 
 
Figura 24 –. Esquema de formação de trincas de solidificação. 
 
 
Influência da estrutura dos grãos 
Quanto menor o tamanho dos grãos e maior a tendência ao aspecto equiaxial menor é 
susceptibilidade às trincas de solidificação, por outro lado, grãos colunares facilitam a formação e a 
propagação das trincas. Esta condição pode ser verificada na figura 25 onde é apresentada a relação 
entre as ocorrências de trincas e tamanho de grão para diversas ligas de alumínio. Um detalhe 
interessante a ser observado na figura 25 é que a liga A1070 não é susceptível a trincas por tratar-se 
de alumínio comercialmente puro. A figura 26 exemplifica esta condição mostrando uma trinca de 
solidificação no centro do cordão na soldagem do aço inoxidável que resultou em morfologia dos 
30 
 
grãos grosseira e com tendência colunar. Outro aspecto a considerar com relação ao tamanho dos 
grãos é grãos menores deformam-se com mais facilidade, ou seja, são mais dúcteis do que grãos 
colunares, facilitando a absorção das forças trativas. 
 
 
Figura 25 – Relação entre tamanho de grão e ocorrência de trincas de solidificação 
 
 
Figura 26 – Trinca de solidificação no aço inoxidável. 
 
 
 
 
 
31 
 
Evitando ou minimizando as ocorrências de trincas de solidificação. 
 
O primeiro aspecto a ser considerado no controle das trincas de solidificação é evitar 
composições de metal de solda com elevada susceptibilidade a formação de trincas. Por exemplo, se 
na composição química do metal de base houver algum elemento que favoreça o surgimento das 
trincas, o metal de adição deve ser selecionado de maneira que este elemento seja neutralizado ou 
pelo menos proporcione um ajuste na composição no metal de solda para uma faixa de menor 
possibilidade de surgimento de trincas. Um importante ponto a ser considerado neste caso, é o 
controle da diluição, que pode ser feito através do projeto adequado do chamfro. Soldagem de 
materiais (metal de base) com grande possibilidade de formar trincas deve ser planejada para resultar 
em baixa diluição, ou seja, pequena participação do metal de base no metal de solda e maior 
participação do adequadamente selecionado metal de adição. 
No caso específico da soldagem dos aços a maior preocupação deve ser em evitar a 
formação de sulfeto de ferro (FeS), como já discutido anteriormente, trata-se de composto de baixo 
ponto de fusão com grande participação na formação de trincas. A principal alternativa para 
neutralizar a formação do FeS é a utilização de manganês (Mn) no metal de adição que irá ligar-se ao 
enxofre formando o composto sulfeto de manganês (MnS) que apresenta o ponto de fusão bem mais 
elevado que o sulfeto de ferro (FeS). A figura 27 mostra a influência da utilização do manganês como 
elemento redutor da susceptibilidade a ocorrências de trincas na soldagem do aço. Pela análise da 
figura 27 nota-se que para baixos valores da relação Mn/S ocorrem trincas mesmo para a condição 
de baixo teor de carbono, onde a soldabilidade do aço é mais elevada. 
Com relação ao fósforo, este não pode ser neutralizado pelo manganês, o único recurso 
é controlar seu teor evitando revestimentos orgânicos, e contaminação por graxas e óleos na região 
de soldagem. 
 
32 
 
 
Figura 27 – Influencia do manganês na redução de trincasAlguns aspectos ligados ao processo podem ser utilizados na tentativa de evitar a 
ocorrência das trincas de solidificação. Por exemplo, a velocidade de soldagem deve ser regulada 
para originar poça de fusão elíptica que conforme mostrado anteriormente proporciona a formação de 
estrutura granular menos propícia para a formação e propagação de trincas. 
Altos valores de aporte térmico líquido elevam a temperatura máxima na soldagem 
aumentam o tamanho dos grãos da ZTA que por epitaxia induzem a formação de grãos maiores na 
de ZF favorecendo desta forma a formação e propagação trincas na zona fundida. 
Outro fator que favorece a formação de trincas de solidificação é o grau de restrição 
imposto a junta soldada. Quanto maior o grau de restrição, maiores as deformações e tensões 
residuais que participam do mecanismo de formação de trincas. Infelizmente as restrições impostas 
às juntas são determinadas pelas condições de projeto da estrutura metálica, sem grandes 
possibilidades de alterações. 
A forma do cordão de solda produzido também pode alterar para mais ou para menos a 
possibilidade de ocorrência de trincas. Cordões côncavos produzidos por passe único em solda de 
filete desenvolvem maiores níveis de tensão que cordões convexos, e tem maior possibilidade de 
formação de trincas superficiais (fig. 28). 
 
33 
 
 
Fig 28 – Soldas em filete côncavo e convexo 
 
Outro ponto ligado ao aspecto geométrico do cordão que pode influenciar na formação 
de trincas é a relação entre a largura e a profundidade do cordão. Elevados valores desta relação 
favorecem a formação de trincas conforme é mostrado na figura 29. Esta condição é justificada pelo 
fato de que cordões com o perfil mostrados na figura 25(a) favorecem o crescimento em direção 
predominante dos grãos solidificados 
 
 
 
Figura 29 – Relação largura profundidade do cordão 
 
 
7.3 – Trincas por Liquação na ZTA 
 
Este termo refere-se a trincas formadas na ZTA, em regiões aquecidas a temperaturas 
próximas do sólidus do metal base, e que são associadas com a formação, por diferentes causas, de 
bolsões de material líquido nesta região. Este líquido, em contato com contornos de grão e 
dependendo de sua capacidade de molhá-los, pode espalhar-se entre os grãos na forma de um fino 
filme. Nestas condições, o material fica fragilizado e trincas podem se formar no resfriamento, com o 
34 
 
aparecimento de tensões trativas. Este tipo de fissuração foi observado em aços austeníticos e ligas 
não ferrosas e está associado a inclusões e precipitados que podem se fundir durante o ciclo térmico 
de soldagem, tais como inclusões de sulfeto, inclusões de silicatos de baixo ponto de fusão, 
carbonetos, e fases intermetálicas nas ligas de alumínio. 
Trincas de liquação ocorrem sempre próximas da linha de fusão, embora possam, às 
vezes, penetrar em regiões submetidas a menores temperaturas de pico, particularmente quando 
associadas a outros mecanismos de fissuração. Ao microscópio ótico, este tipo de trinca apresenta 
um aspecto serrilhado típico de abertura variável, ocorrendo sempre ao longo dos contornos de grão. 
 
 
7.4 – Trincas provocadas por hidrogênio difusível ou trincas a frio 
Esta forma de fissuração é considerada um dos maiores problemas de soldabilidade dos 
aços estruturais comuns, particularmente para processos de baixa energia de soldagem. Ela pode 
ocorrer tanto na ZTA como na ZF. A trinca se forma quando o material está próximo da temperatura 
ambiente. A sua formação se inicia após um período inicial, tendendo a crescer de forma lenta e 
descontínua e levando até 48 horas após soldagem para a sua completa formação. 
A fissuração pelo hidrogênio tem sido associada muitas vezes com a falha prematura de 
componentes soldados, ajudando a iniciação de fratura frágil (sem qualquer indicativo anterior de 
falha) ou por fadiga. A fissuração pelo hidrogênio é muitas vezes citada na literatura técnica com 
diferentes nomes, como: "cold cracking" (fissuração a frio), "delayed cracking" (fissuração retardada), 
"underbead cracking"(fissuração sob o cordão). 
As trincas a frio podem ser longitudinais, transversais, superficiais ou sub-superficiais, se 
originando, freqüentemente, a partir de concentradores de tensão, como a margem ou a raiz da 
solda. Ocorre principalmente na ZTA, na região de crescimento de grão, mas pode também ocorrer 
na zona fundida. As figuras 30 e 31 mostram o aspecto típico de uma trinca provocada pelo 
hidrogênio difusível. 
 
 
 
35 
 
 
Figura 30 – Trinca a frio sob o cordão na soldagem de aço baixa liga. 
 
 
Figura 31 – Trinca a frio na soldagem em filete do aço SAE 1040 
 
 
As trincas a frio ou induzida por hidrogênio ocorrem pela presença simultânea de três 
fatores: contaminação do metal de solda por hidrogênio, estado de tensão residual, e microestrutura 
susceptível no metal de solda ou zona termicamente afetada. 
 
Contaminação do metal de solda por hidrogênio – O denominado hidrogênio difusível 
(H+) advém da dissociação no arco elétrico das moléculas de gás hidrogênio (H2) introduzidas na 
região de soldagem a partir do ar atmosférico ou demais fontes de contaminação tais como fluxos de 
soldagem mal acondicionados, hidrocarbonetos (óleos graxas e similares), fluxos celulósicos entre 
outras. Como a solubilidade gasosa do aço no estado líquido é elevada o hidrogênio é facilmente 
absorvido pela poça de fusão, permanecendo no metal de solda, em condições de saturação, após o 
processo de solidificação. O nome hidrogênio difusível deve-se a facilidade do átomo H+ movimentar-
36 
 
se (difundir) na estrutura cristalina do aço, em função principalmente do seu raio atômico ser bem 
menor que o raio atômico do ferro. Esta condição permite ao hidrogênio difusível atingir diferentes 
regiões da zona fundida e zona termicamente afetada. 
 
Estado de tensão residual – Na prática, tensão residual de soldagem é um fator 
praticamente presente em todos os processos de soldagem por fusão. São induzidas pelas dilatações 
e contrações devidas ao ciclo térmico assim como pelo “enrugamento” (redução de volume) 
provocado pela solidificação. As tensões residuais de soldagem serão tanto mais intensas quanto 
maior for o grau de restrição da junta soldada. 
 
Microestrutura susceptível no metal de solda ou zona termicamente afetada - 
particularmente a martensita, é, em geral, a microestrutura mais sensível a fissuração pelo 
hidrogênio. Martensita é a microestrutura formada a partir do resfriamento rápido do aço, com teor de 
carbono acima de 0,3%, a partir da estrutura austenítica, é uma estrutura típica dos aços temperados 
e tem como principal propriedade a elevada dureza e fragilidade. 
 
 
7.4.1 – Fatores químicos físicos e metalúrgicos de influência 
 
Elevação da solubilidade gasosa no estado líquido – Esta condição, mostrada na 
figura 28, é uma particularidade de todos os metais no estado líquido. É o fator responsável pela 
absorção de grande quantidade de hidrogênio através da poça de fusão. Quando a molécula de 
hidrogênio não é dissociada ocorre a formação de porosidades, quanto isto ocorre, dá origem ao 
hidrogênio difusível H+ no metal de solda solidificado. 
37 
 
 
Figura 32 – Solubilidade de hidrogênio no ferro 
 
 
Balanceamento entre os índices de solubilidade de difusividade – O mecanismo de 
formação de trincas mostrado esquematicamente na figura 29, tem por base o balanceamento entre 
os índices de solubilidade e difusividade do hidrogênio nas diferentes formas alotrópicas assumidas 
pelo aço durante seu processo de resfriamento.é utilizado para explicar como o átomo de hidrogênio 
é capaz de provocar trincas na ZTA de aços temperáveis(teor de carbono acima de 0,3%). 
 
 
 
 Figura 33 – Mecanismo de formação de trincas a frio na ZTA 
 
A partir da análise da figura 33 os seguintes pontos são destacados: 
 
1 – A solidificação da poça de fusão da origem a fase sólida austenita (ferro γ) 
considerando que o metal de solda é não temperável, ou seja, apresenta teor de carbono abaixo de 
38 
 
0,3% (grande maioria dos casos práticos) o com o resfriamento do metal de solda a austenita irá 
transformar-se ferrita (ferro α) e frações de cementita (Fe3C) 
2 – Parte do metal base é austenizada em decorrência do aquecimento imposto pelo 
ciclo térmico acima da temperatura crítica dando origem a ZTA. Como o metal base é temperável 
(teor de carbono acima de 0,3%) e admitindo que o resfriamento seja suficientemente rápido, a 
estrutura final resultante na ZTA é martensita. 
3 – O hidrogênio inserido através da poça de fusão fica inicialmente retido na fase 
austenítica formada no metal de solda, na qual, embora menor que na forma líquida a solubilidade é a 
maior de todas as fases sólidas. 
4 – No metal de solda, com o resfriamento da austenita forma-se a nova fase 
predominante (ferrita α). Conforme o indicado na figura 32 ocorre uma redução na solubilidade de 
hidrogênio na nova fase. Nesta condição, afastado da condição de equilíbrio por conta da saturação 
os átomos de hidrogênio migram para a ZTA que ainda permanece na forma austenítica. Este 
movimento é facilitado pela maior difusividade do hidrogênio no ferro α (ferrita) do que na austenita 
conforme é apresentado na figura 34. 
A defasagem nas transformações γ - α existente entre o metal de solda e o metal base, 
proporcionando a janela A-B por onde o hidrogênio migra para a ZTA é atribuída a diferença de 
temperabilidade estas regiões da junta soldada. 
5 – Finalmente na ZTA, o resfriamento rápido da austenita dá origem a martensita, caso 
não haja tempo para que o hidrogênio escapar para a atmosfera ocorrerá à trinca, como indicado na 
figura 29. 
 
 
Figura 34 – Coeficientes de difusividade do hidrogênio em materiais ferríticos e austeníticos 
39 
 
7.4.2 – Eliminando ou minimizando as trincas induzidas por hidrogênio. 
 
Os procedimentos adotados no sentido de eliminar ou minimizar a ocorrência de trincas 
a frio ou induzidas por hidrogênio, devem ser norteados no sentido de eliminar um ou mais fatores 
que combinados levam ao trincamento, ou seja, eliminar a contaminação por hidrogênio, reduzir as 
tensões residuais e finalmente evitar a formação da martensita. 
 
Eliminando a contaminação por hidrogênio – Neste caso os procedimentos a serem 
adotados são praticamente os mesmos adotados para prevenir porosidades: acondicionar 
adequadamente eletrodos, principalmente os higroscópicos; eliminar contaminação de 
hidrocarbonetos; dimensionar adequadamente a vazão dos gases de proteção, no caso de processos 
com proteção gasosa; evitar a utilização de fluxos ou revestimentos celulósicos. 
 
Reduzindo as tensões residuais – Este possivelmente é o ponto mais difícil de 
controlar haja vista que na soldagem por fusão quase sempre ocorrem deformações das peças 
soldadas. Um fator agravante do nível de tensão é o grau de restrição da junta e neste caso, é quase 
sempre uma exigência do projeto da estrutura. Uma medida efetiva é evitar a presença de soldas 
muito próximas umas as outras e procurar sempre a melhor seqüencia de montagem. Na execução 
das soldas, a adoção de seqüências especiais de deposição e cuidados para se evitar a presença de 
concentradores de tensão como mordeduras, reforço excessivo e falta de penetração na raiz. 
 
Evitando a formação da estrutura martensítica – Para evitar a formação de martensita 
é importante lembrar que esta estrutura é obtida intencionalmente ou não a partir do resfriamento 
rápido da austenita nos aços temperáveis, ou seja, aços com teor de carbono acima de 0,3%. 
Portanto, dois aspectos devem ser considerados: a seleção de metal base e o controle do 
resfriamento. 
Seleção do metal de base – Deve basear-se na escolha de um material que apresente 
uma menor temperabilidade. Logicamente, esta seleção é limitada por fatores ligados ao projeto da 
estrutura como o custo do material e a resistência mecânica mínima exigida para aplicação. A 
soldabilidade, e em particular a resistência à fissuração pelo hidrogênio, pode ser melhorada pela 
40 
 
redução do teor de carbono e do carbono-equivalente do material e pela utilização de aços com um 
baixo limite de escoamento e alta ductilidade. 
Fórmulas de carbono equivalente são usadas comumente para estimara sensibilidade à 
fissuração pelo hidrogênio de um aço, existindo várias destas fórmulas na literatura. Nestas, a 
influência relativa dos diferentes elementos de liga do aço é colocada em termos de equivalentes de 
carbono, de modo que, quanto maior o valor do carbono-equivalente de um aço, maior a sua 
sensibilidade à fissuração. Uma fórmula muito usada é a recomendada pelo IIW (Instituto 
Internacional de soldagem) é apresentada a seguir. Aços com valores de carbono equivalente abaixo 
de 0,35 são considerados de boa soldabilidade e tem baixa susceptibilidade à ocorrência de trincas. 
 
 (6) 
 
Controle de resfriamento – Quando por condições estabelecidas no projeto da 
estrutura metálica a soldagem de um aço temperável é inevitável, o principal recurso disponível para 
evitar a formação de martensita no intuito de evitar a ocorrência de trinca é o controle de resfriamento 
através do uso de preaquecimento da junta soldada. 
Pela analisa e da equação (4) reapresentada nesta seção, nota-se que a velocidade de 
resfriamento, conforme já discutido anteriormente, depende fundamentalmente de dois fatores ligados 
as procedimentos de soldagem: aporte líquido de calor (Apt’) e o fator (Tc – To) que representa a 
diferença entre a temperatura crítica de transformação (austenização no caso dos aços) e a 
temperatura ambiente. 
 
� � 2�����
�
����
�� � ��� � � �!..................(4) 
 
Nestas condições se o objetivo é reduzir a velocidade de resfriamento, dois caminhos 
devem ser seguidos: aumentar o aporte térmico líquido e diminuir o valor da diferença (Tc – To), 
sendo que no segundo caso, o efeito será mais intenso em função do expoente cúbico deste fator. 
Para aumentar (TC – TO) considerando que a temperatura crítica é definida pelo ciclo térmico, o 
41 
 
único caminho a seguir é recorrer ao preaquecimento haja vista que To é a temperatura de início de 
processo. 
Considerando o aporte térmico líquido a leitura a ser feita é que valores de aportes 
térmicos muito baixos podem levar a elevadas velocidades de resfriamento e favorecer a ocorrência 
de trincas. Na prática, tal situação pode ocorrer em operações de ponteamento de peças espessas. 
 
O pós-aquecimento é usado em casos particularmente sensíveis à fissuração e 
consiste em manter aquecido a junta ou toda a peça por um período de tempo após a soldagem, para 
permitir a evolução do hidrogênio, sendo somente depois resfriada à temperatura ambiente. Em 
casos extremos, a peça pode ser submetida a um tratamento térmico imediatamente após o 
pósaquecimento de modo a eliminar os fatores causadores de fissuração antes que a peça atinja a 
temperatura ambiente. 
 
Seleção de consumíveis – Em alguns casos, principalmente na soldagem de 
manutenção freqüentemente surge à necessidade de soldagem de aços de elevadas 
temperabilidades tornando a formação de martensita praticamente inevitável. Nestes casos um 
recurso que pode ser utilizado na prevenção de trincas é a utilização de eletrodos especiais que 
possibilitam que o metal de solda permaneça na forma austenítica mesmo a temperatura ambiente.A 
justificativa para este procedimento é baseada em dois aspectos: A maior solubilidade da austenita 
evita a migração do hidrogênio para ZTA como mostrado na figura 28, além da boa ductilidade da 
austenita reduzir o nível de tensão na região soldada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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8 - Referências Bibliográficas 
Welding Metallurgy, Second Edition, Sindo Kou; 
Metalurgia da Soldagem, ESAB; 
Soldabilidade dos Aços Transformáveis, Paulo J. Modenesi; 
Introdução à Metalurgia da Soldagem, Paulo J. Modenesi; Paulo Marques; Dagoberto B. Santos; 
Fissuração em Juntas Soldadas, Paulo J. Modenesi; 
Introdução aos Processos de Soldagem, Paulo J. Modenesi; Paulo Villani Marques; 
Fissuração a Quente, Cláudio Jacintho da Silva; Ronaldo Paranhos;