Resumo de Prova AV2

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Processos de Fabricação I
Resumo de Prova
Aula 10
Cap. 5 Ciclo Térmico de Soldagem
O processo de aquecimento e restfriamento de uma junta soldada é conhecido como ciclo térmico de soldagem
Considerando o Ponto Z, o calor da operação de soldagem provoca variações de temperatura neste ponto.
Esta variação de temperatura em função do tempo é chamada de ciclo térmico no ponto Z.
Variáveis mais importantes do Ciclo Térmico
Tp – Temperatura de Pico (temperatura máxima atingida no ponto Z)
A Tp diminui com a distância ao centro da solda e indica a extensão das regiões afetadas pelo calor de soldagem.
VR – Velocidade de Resfriamento
Tc – Temperatura Crítica 
Temperatura crítica da qual não haverá crescimento de grão austenítico. Temperatura mínima para ocorrer uma alteração relevante como uma transformação de fase, por exemplo.
Geralmente para aços, esta temperarua é de 1100°C
Ts - Tempo de Permanência acima de uma determinada temperatura critica (Ts)
Tempo em que o ponto fica submetido a temperaturas superiores a uma temperatura crítica.
Cap. 6 Características Térmicas da Soldagem
O ciclo térmico de soldagem possibilita a interpretação ou previsão das transformações metalúrgicas.
A reparação térmica, permite determinar a extensão da região aonde ocorrem tais fenômenos (ZTA – Zona Termicamente Afetada).
Os fatores que afetam as características térmicas de soldagem são:
Natureza do metal de base;
Distância do ponto considerado ao centro do cordão de solda;
Espessura e geometria da junta;
Temperatura de pré-aquecimento;
Energia de soldagem ou aporte de calor.
Natureza do metal de base – o coeficiente de condutividade térmica do metal base influencia na:
Temperatura máxima atingida (Tp) 
(quanto menor for a condutividade térmica do material, maiores são as temperaturas atingidas).
Velocidade de resfriamento (VR)
(quando maior for a condutividade térmica do material, maior será sua velocidade de resfriamento)
Tempo de permanência de uma determinada temperatura (ts)
(quanto maior for a condutividade térmica do material, menor será o tempo de permanência acima de uma determinada temperatura).
Distância do ponto ao centro do cordão de solda – Podemos traçar um conjunto de curvas mostrando o ciclo térmico para pontos situados a diversas distâncias do centro do cordão soldado.
Tp diminui com o aumento da distância ao centro do cordão
TS diminui com a distância ao centro do cordão de solda
VR diminui com o aumento da distância ao centro do cordão
Espessura da Junta 
a velocidade de resfriamento tende a aumentar com o aumento da espessura, até determinado limite (40mm), acima deste limite a velocidade de resfriamento independe da espessura.
O tempo de permanência a temperaturas elevadas tende a diminuir com o aumento da espessura.
A dissipação do calor em chapas finas ocorre de forma bidimensional (> VR)
Em chapas grossas ocorre de forma tridimensional (<VR)
Geometria da Junta
Junta em T possui três direções para o fluxo de calor, enquanto que a Junta de Topo possui apenas duas direções
O pré-aquecimento diminui o gradiente térmico, reduzindo assim a velocidade de resfriamento.
O pré-aquecimento aumenta o tempo de permanência acima de uma determinada temperatura, acarretando em uma maior extensão da ZTA
Curva 1 - Operação de soldagem COM pré-aquecimento
Curva 2 - Operação de soldagem SEM pré-aquecimento
Energia de Soldagem (Heat Input) – é a quantidade de calor produzido pelo arco elétrico e transferido para a peça.
A energia de soldagem ou aporte de calor (E) depende do processo de soldagem utilizado (E.R, MIG/MAG, TIG, etc);
N – eficiência da transferência de energia para a peça depende do processo de soldagem utilizado.
A energia de soldagem afeta a temperatura máxima atingida (TP), o tempo de permanência (TS) e a velocidade de resfriamento (VR)
Em processo de soldagem que utilizam alta energia de soldagem, o calor atinge uma grande extensão do metal de base, isto ocasiona um gradiente de temperatura relativamente baixo e resultando numa velocidade de resfriamento bem menor do que aquela observada em processos que utilizam baixo aporte de calor.
Quanto maior a energia de soldagem, maior a extensão da ZTA e menor a velocidade de resfriamento. 
Aula 11
Cap. 6 Solidificação na Soldagem
É comum se mencionar que a estrutura obtida na solidificação na soldagem (estrutura de grãos) é similar a obtida na solidificação em fundição (homogênea).
Entretanto, o mecanismo de solidificação da zona de fusão pode ser considerado similar ao que ocorre durante a fundição de metais, mas diferindo nos seguintes pontos:
Maior velocidade de solidificação
Movimentação da fonte de calor
Fusão e solidificação ocorrendo simultaneamente
A solidificação da zona de fusão se inicia na fronteira com o metal-base
Na soldagem, a formação dos primeiros cristais se inicia no local de menor temperatura do solda, esse local situa-se no ponto onde o metal fundido e o metal de vase não fundido se encontram.
Na soldagem a arco elétrico sempre ocorrerá solidificação heterogênea devido a turbulência do arco, mas principalmente a partir da interface sólido-líquido.
A estrutura do metal de solda geralmente apresenta estrutura colunar, onde os grãos são grosseiros e paralelos a direção do fluxo de calor.
No caso em que o fluxo de calor é tipicamente bidimensional, pode ocorrer defeitos centrais devido a rejeição do soluto (trincas de solidificação), ou ainda porosidades.
Para minimizar ou evitar este problema pode-se diminuir a velocidade de extração de calor (resfriamento).
Com a continuação do processo de solidificação, pode ser observado que os grãos no centro são menores e possuem uma textura mais fina que os grãos localizados nos limites exteriores do depósito de solda.
Este fenômeno ocorre porque, à medida que o metal de solda se resfria, o calor do centro do depósito de solda irá se dissipar em direção ao metal de base através dos grãos mais externos que se solidificaram primeiro, consequentemente, esses grãos permanecem, já no estado sólido, mais tempo a altas temperaturas, o que favorece seu crescimento.
Após a solidificação, temos que o tamanho do grão foi dependente:
da energia de soldagem (quanto maior a energia de soldagem, maior será o tamanho do grão).
de agentes nucleantes (refinador de grão).
da vibração do sistema.
Na soldagem, a solidificação possui as seguintes características:
crescimento epitaxial (epitaxia) – durante a solidificação de uma peça fundida, o molde tem a função de resfriador, não influenciando a granulação do material, que depende principalmente da velocidade de resfriamento e do número de núcleos.
Na soldagem, a estrutura de solidificação se desenvolve como um prolongamento dos grãos da zona de ligação.
Os grãos nucleiam e crescem na massa fundida com os mesmos contornos e mesma orientação cristalina que o grão do metal de base que lhe deu origem.
O tamanho de grão da zona fundida depende, diretamente, do tamanho de grão da ZTA, este normalmente é grosseiro devido as altas temperaturas atingidas durante o processo de soldagem, pode-se dizer que esta região sofreu um superaquecimento.
Crescimento competitivo dos grãos – os grãos da zona fundida crescem de forma competitiva, a partir da orientação pré-determinada pelo metal de vase (ZTA), essse crescimento ocorre na direção do fluxo de calor.
Os grãos que disoõem do eixo perpendicular às isotermas crescem com maior facilidade que os demais, assim, a zona fundida além da granulação grosseira, tem uma estrutura orientada conforme a relação entre a velocidade de soldagem e a velocidade de solidificação.
A granulação grosseira e a orientação da estrutura, exercem uma influência marcante sobre as propriedades mecânicas da zona fundida.
Segregação – a medida que os grãos vão crescendo durante a solidificação, as impurezas e elementos de liga vão sendo expulsos para a região que ainda está líquida.
A isto, chama-se de segregação, os átomos deimpurezas e elementos de liga segregados, localizam-se preferencialment nos contornos de grão ou na região de encontro de duas interfaces.
Geralmente a segregação de fases de ponto de fusão mais baixo (ou resistência) é a causa da trinca a quente, que pode ocorrer no eixo do cordão, atingindo um grande comprimeiro.
A zona fundida, com grãos envolvidos por um filme líquido, não tem resistência mecânica suficiente para suportar as tensões de contração da solda.
Cap. 7 Composição química da zona fundida
Poça de Fusão
Denomina-se poça de fusão ao conjunto formado pela zona fundida no estado líquido e pelo seu envoltório, caso exista, gasoso ou escorificante.
A zona fundida é o produto final de todas as reações físico químicas que ocorrem na poça de fusão tais como:
Fusão do metal de base e/ou metal de adição;
Reações com os gases e/ou substâncias do fluxo
O metal de solda sofre alteração em sua composição químic durante sua curta permanência no estado líquido.
Isto ocorre principalmente devido aos seguintes fatores:
Volatização
Durante o processo de soldagem, devido as elevadas temperaturas envolvidas, alguns elementos podem evaporar alterando assim a composição química da solda, a este fenômenos dá o nome de volatização.
Quando maior a temperatura e o tempo de permanência em temperaturas elevadas, maior será a volatização de certos elementos. O chumbo e o magnésio por exemplo, são voláteis em temperaturas pouco superiores as temperaturas de seus pontos de fusão, sendo facilmente volatizados durante um processo de soldagem.
Absorção de Hidrogênio
O metal líquido é capaz de dissolver gases, principalmente o hidrogênio, resultante da decomposição do vapor d’água que eventualmente existia no arco elétrico. A presença do vapor d’água é devida principalmente à umidade dos eletrodos e/ou do fluxo.
Durante a soldagem, devido a rápida solidificação do metal de solda, é possível que uma determinada quantidade de hidrogênio fique retida no material solidificado, acarrentando a trinca a frio.
Reações Químicas
As reações químicas que ocorrem na zona fundida durante a soldagem, podem provocar o desprendimento de gases, provocando porosidade.
Um exemplo é a reação que pode ocorrer entre o óxido de ferro e o carbono durante a soldagem, desprendendo o gás CO e provocando porosidades.
O FeO pode ser formado devido ao contato do ferro com a atmosfera ou com gases ativos.
Por causa disto, é necessário empregar elementos desoxidadntes que são capazes de reagir preferencialmente com o oxigênio, tais como o silício, o alumínio e o manganês, não deixando o oxigênio se combinar como ferro.
Estes elementos estão presentes no revestimento de alguns eletrodos e na composição quimica dos arames e varetas. 
Diluição
A diluição representa a proporção de metal de base que entra na composição da zona fundida e é dada pela seguinte fórmula:
A diluição pode ser medida em macrografias da seção transversal de soldas, seu valor pode variar entre 100% (soldas sem metal de adição) e 0% (brasagem)
A diluição é função principalmente do:
Processo de soldagem
Energia de soldagem
Tipo de junta empregados
Nos processos automáticos, os valores de diluição não variam ao longo da junta soldada.
No caso de processos manuais e principalente em passes de raiz, a diluição pode variar entre 10 e 60%.
O efeito da diluição na microestrutura e propriedades mecânicas da junta, variam de acordo com a composição química dos metais de vase e de solda (metal de adição).
A extrapolação das propriedades dos metais de adição é geralmente comprometida pela diferença de diluição entre a preparação dos corpos de prova, para controle da qualidade e as soldas propriamente ditas.
Daí a necessidade da qualificação das EPS’s antes da fabricação.
Como regra geral, na soldagem de materiais similares, quanto maior o teor de elementos de liga nas composições, maior será a relevância dos efeitos da diluição.
Na soldagem de materiais dissimilares, a diluição é um dado indispensável para a previsão dos constituintes e propriedades da solda e seus efeitos são particulares para cada combinação do Metal de Base e Mtal de Solda.
Aula 12
Cap. 1 ZTA
A ZTA é uma região estreita do Metal de Base, adjacente ao cordão de solda, que é afetada termicamente pela soldagem.
Quando membros estruturais são unidos por processos de soldagem que atingem o ponto de fusão do material, as chapas (próximo a solda) são aquecidas até esta temperatura e posteriormente resfriadas rapidamente.
Como resultado deste severo ciclo térmico, a microestrutura original e as propriedades desta região próxima a zona fundida são alteradas.
A ZTA é dependente do:
Material soldado (metal de base)
Do processo 
Procedimento de soldagem
Em geral, a microestrutura da ZTA depende de interações entre duas variáveis principais:
O ciclo térmico de soldagem processo e procedumento de soldagem)
Composição química do metal de base.
Como resultado deste severo ciclo térmico, a microestrutura original e as propriedades da ZTA são alteradas.
Para prever ou interpretar as transformações metalúrgicas que ocorrem na ZTA, pode-se estabelecer uma relação entre o ciclo térmico de soldagem e a repartição térmica como diagrama de equilíbrio e a curva de resfriamento continuo do metal de base.
Deve-se também observar que a temperatura da ZTA varia entre a temperatura ambiente e a liquidus.
A ZTA de um único passe de solda em um aço C-Mn, pode ser dividida em cinco regiões principais. Na figura abaixo, está representada a relação entre as temperaturas maximas atingidas nas várias regiões da ZTA e sua correlação com o diagrama de equilíbrio Fe-C
Na região de grãos grosseiros, há um grande aumento no tamanho de grãos devido as altas temperaturas atingidas durante o processo de soldagem. 
Quanto maior o tempo de permanência a uma temperatura acima da crítica, maior a possibilidade de haver a formação de uma estrutura grosseira, acarretando propriedades de baixa tenacidade na junta soldada.
Aula 14
Cap. 4 Qualificação EPS
Os materiais utilizados na fabricação dos equipamentos possuem propriedades mecânicas conhecidas, o projeto dos equipamentos é feito com base nestas propriedades.
Quando a fabricação dos equipamentos é feita pela soldagem de dois ou mais materiais, é necessário garantir que esta união resista da mesma forma que os materiais empregados.
Para tanto, o projetista necessita conhecer quais as propriedades que a junta soldada terá;
Na soldagem, em razão dos efeitos da temperatura, não é suficiente conhecer somente as propriedades do metal de base e do metal de solda individualmente. É necessário também, conhecer as propriedades mecânicas de toda a junta soldada, ou seja: Metal de Base, ZTA e do Metal de Solda em conjunto. Isto é feito, através da qualificação do procedimento de soldagem.
A qualificação do procedimento de soldagem é o método através do qual, um procedimento particular é provado ser adequado para produzir juntas soldadas de qualidade satisfatória.
A qualificação é feita pela soldagem de peças de teste, de acordo com o procedimento previamente estabelecido, e pela avaliação dos resultados dos ensaios em corpos de prova extraídos da peça de teste.
A avaliação dos resultados é feita em comparação com o critério de aceitação, estabelecido pela norma de qualificação aplicável.
Cap. 5 Qualificação de soldadores
Tem como objetivo principal garantir a qualidade das juntas soldadas de um determinado equipamento ou peça, sistematizando as operações de soldagem e permitindo a sua rastreabilidade.
Os documentos gerados no processo de qualificação vão fazer parte do Data Book do equipamento ou peça.
Nas operações de soldagem, a realização de soldas inadequadas durante a fabricação de certos tipos de estruturas ou equipamentos, pode resutar em sérios acidentes com grandes perdas materiais e, eventualmente humanas e danos ao meio ambiente.
O que é diluição? 
é a proporção de metal de base que entra na composição dazona fundida 
A diluição na soldagem é função principal de quais fatores ? 
Processo de soldagem, energia de soldagem e tipo de junta térmica 
Cite 3 objetivos dos tratamentos térmicos? 
Alívio ou remoção de tensões, alteração de propriedades mecânicas e melhora na usinabilidade. 
Quais são as 3 variáveis mais importantes no ciclo térmico de uma junta soldada? 
 uma determinada temperatura crítica (Ts) 
Cite três fatores que afetam as características térmicas da soldagem. 
Natureza do metal de base, espessura e geometria da junta Temperatura de pré aquecimento e energia de soldagem 
Na soldagem a solidificação da zona fundida possui três características. quais são estas características ? 
Crescimento epitaxial, crescimento competitivo dos grãos e segregação; 
Cite 3 métodos de tratamento térmico empregados na soldagem. 
Forno fechado, Aquecimento resistivo, Aquecimento indutivo e Queimadores a gás. 
É necessário conhecer as propriedades mecânicas de toda junta soldada, ou seja, do metal de base, da zona térmica afetada e do metal de solda. Isso é feito através de qual ação ? 
Através da qualificação do processo de soldagem 
Qual a diferença existente entre os objetivos pretendidos entre os ensaios realizados na qualificação de um procedimento de soldagem e para a qualificação de um soldador ? 
Qualificação de processos de soldagem: são ensaios que visam as propriedades mecânicas das juntas soldadas. 
Qualificação de um soldador: São ensaios que verificam a existência ou não de defeitos na solda 
 O que é crescimento epitaxial na soldagem ? 
Durante o processo de solidificação na soldagem, os grãos nucleiam e crescem na massa fundida, com mesmos contornos e orientação cristalina do grão do metal de base que lhe deu origem.