INTRODIÇÃO À METALURGIA DA SOLDAGEM

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

INTRODIÇÃO À METALURGIA DA SOLDAGEM
ASPECTOS TÉRMICOS 
ASPECTOS METALÚRGICOS
ASPECTOS MECÂNICOS
ASPECTOS TÉRMICOS DA SOLDAGEM
Ligados a localização e rapidez com que o calor envolvido na operação é gerado e dissipado.
Envolve o levantamento dos ciclos térmicos da soldagem, realizados experimentalmente.
A simulação com softwares também tem grande importância.
ENERGIA DE SOLDAGEM
E – Energia de soldagem (Joule/milímetro)
f – Eficiência de transmissão de calor
T – Tensão (Volts)
I – Intensidade de corrente elétrica (Amperes)
V – Velocidade de deslocamento da poça de fusão (milímetro/segundo)
P – Potência calorífica produzida pela fonte de calor na soldagem (Watts)
EXEMPLOS DE RENDIMENTOS TÉRMICOS
PROCESSO
TIG
ER
MIG
MAG
AS
AT
PL
RENDIMENTO
0,55
0,78
0,72
0,78
0,95
0,80
0,66
CICLO TÉRMICO
Ciclo térmico no ponto A
Informações do Ciclo Térmico
Temperatura máxima atingida em cada ponto
Tempo de permanência a altas temperaturas
Velocidade de resfriamento
REPARTIÇÃO TÉRMICA
Curva de repartição térmica
Micrografia de uma junta em aço extra doce, laminado a frio
Ciclos térmicos em diversas distâncias da solda
Tempo de Permanência a Altas Temperaturas
O crescimento de grãos é um fenômeno que acontece quando o material é submetido a altas temperaturas.
A Ferrita tem sensibilidade a tamanho de grão grande.
Tempos prolongados de permanência a altas temperaturas favorecem o crescimento de grãos.
Velocidade de Resfriamento de uma Junta
Na soldagem dos aços carbono e dos aços de baixa liga, quantitativamente, a velocidade de resfriamento é melhor traduzida pelo ‘Tempo de Resfriamento’ entre as temperaturas de 800o e 500oC.
Velocidade de resfriamento alta, corresponde a tempos de resfriamento curto (e vice-versa).
FATORES DO CICLO TÉRMICO
Condutividade térmica do material
Espessura das peças
Energia de soldagem
Temperatura inicial
CONDUTIVIDADE TÉRMICA
Aumentando a condutividade, aumenta a velocidade de resfriamento e diminui o tempo de permanência a altas temperaturas
Aços Carbono e Aços de Baixa Liga têm praticamente a mesma condutividade
Aços Inoxidáveis têm condutividade menor que a do Aço Carbono 
Espessura das Peças
Mais que a espessura, o importante no resfriamento é a geometria de dissipação do calor (ex, junta em ângulo e outras)
Quanto maior a espessura, maior a velocidade de resfriamento e menor o tempo de permanência a altas temperaturas (maior massa para dissipar o calor)
Mas, para uma dada energia de soldagem, a partir de determinada espessura, não há mais influência sobre o tempo de resfriamento (espessura limite)
Noção de Espessura Limite
Influência da Energia de Soldagem e da Temperatura Inicial
Quanto maior a Energia de Soldagem, menor a velocidade de resfriamento da junta, e maior o tempo de permanência a altas temperaturas. 
Nos processos a arco elétrico, a Energia de Soldagem, também chamada de Aporte Térmico, é dependente principalmente da corrente de soldagem.
Quanto maior a temperatura inicial das peças (pré aquecimento), menor será a velocidade de resfriamento.
Fórmulas para determinar os fatores do ciclo térmico (pouco usadas)
qm-temperatura máxima atingida
a- coeficiente de troca térmica superficial
Vq- velocidade de resfriamento
l- condutibilidade térmica
C - capacidade térmica volumétrica
x - distância ao centro da solda
e - base dos logaritmosneperianos
qo- temperatura inicial da peça
E - energia de soldagem
q- temperatura na qual se calcula a velocidade de resfriamento
t – espessura
ÁBACOS
Tempos de resfriamento para diversos Ciclos Térmicos
ASPECTOS METALÚRGICOS DA SOLDAGEM
Ligados às transformações microestruturais que acontecem às diversas ligas em operações de soldagem.
Aspectos da solidificação da Zona Fundida tem particular importância. 
Mudanças de fases no estado sólido em condições de soldagem e suas consequências são alvo dos principais estudos.
Estudo da SOLDABILIDADE dos diversos materiais (aços carbono, aços de baixa liga, aços inoxidáveis, ligas de alumínio etc).
FORMAÇÃO DA ZONA FUNDIDA
 TRANSFORMAÇÕES ASSOCIADAS À FUSÃO
Volatilização
Reações químicas e formação de escória
Absorção de gases
Diluição
Epitaxia e crescimento competitivo de grãos
Microestrutura da ZF e Soldagem em Múltiplos Passes
Segregação
Porosidade
Absorção de Gases
Curvas de Sieverts. Variação da solubilidade do hidrogênio com a temperatura
DILUIÇÃO
D – diluição
A – área da seção transversal da zona fundida.
B – área de participação do metal de base na seção transversal da zona fundida.
EPITAXIA
Influência da orientação dos grãos do metal de base sobre a estrutura de solidificação da zona fundida
CRESCIMENTO COMPETITIVO DE GRÃOS
Microestrutura da ZF e
 Orientação dos Grãos
Orientação da estrutura da zona fundida em função da velocidade de soldagem
Microestrutura da ZF e
 Orientação dos Grãos
Orientação da estrutura da zona fundida em função da velocidade de soldagem
Soldagem em Múltiplos Passes
SEGREGAÇÃO
A – Segregação 
B – Propagação de uma segregação (ou defeito) pré-existente
Aprisionamento de Gases (CO)
Porosidades
Porosidade Vermiforme
FISSURAÇÃO PELO HIDROGÊNIO NOS AÇOS (OU FISSURAÇÃO A FRIO)
 Acontece sob a ação simultânea dos seguintes fatores:
Presença do Hidrogênio
Aparecimentos de microestruturas pouco dúcteis ou frágeis (martensita)
Tensões residuais e/ou aplicadas elevadas
Tipos de trincas provocadas pelo hidrogênio
Trinca sob o cordão devido ao Hidrogênio
Mecanismo da migração de hidrogênio para a zona afetada termicamente
Evolução da concentração de hidrogênio nas soldas
Ações para combater a Fissuração a Frio
Limpeza das peças (isentas de óleo, graxa, sujeira, umidade)
Usar eletrodo, ou processo, de baixo teor de hidrogênio (ex, secagem de eletrodos e fluxos)
Usar Energia de Soldagem adequada (qualificar procedimento de soldagem)
Aplicar pré-aquecimento (na soldagem de alguns tipos de aço) para diminuir a velocidade de resfriamento
Aplicar pós-aquecimento para facilitar a difusão do hidrogênio
Procurar minimizar o nível das tensões residuais
Pré Aquecimento
Objetivo principal
Reduzir a velocidade de resfriamento
Efeito
Evita formação de uma microestrutura frágil
Aumenta a difusão do hidrogênio
Diminuem as tensões de contração
Alto grau de restrição - aumenta as tensões se o pré aquecimento for localizado, aumentando a possibilidade de fissuração
Desvantagem de aumentar a extensão da ZAT
OBS: Pré-aquecimento excessivo, pode provocar crescimento exagerado dos grãos
Pós Aquecimento
Consiste na manutenção da junta soldada em temperatura acima da ambiente. Ex. 250 oC por 2 horas
Objetivo principal
Aumentar a difusão do H na solda
Deve ser executado tão logo a solda termine, antes do resfriamento da junta. A eficiência do pós-aquecimento depende deste fato.
Não pode ser considerado tratamento térmico
SOLDABILIDADE
É a aptidão que determinado material tem de ser trabalhado por soldagem, por determinado processo, e em determinadas condições.
É definida em vários níveis:
 - soldabilidade operatória (possibilidade de obtenção da junta)
 - soldabilidade local (junta obtida com propriedades satisfatórias)
 - soldabilidade global (aptidão total a aplicação)
Carbono Equivalente
 Fórmula empírica, com algumas limitações:
Exemplo de Aplicação
Avaliar a soldabilidade dos aços carbono e dos aços de baixa liga.
Composição química – certificado de fabricação ou especificação do material 
CE < 0,40% – soldagem por qualquer processo a arco, sem pré aquecimento
CE entre 0,40 e 0,45% - abaixo de 30 mm de espessura soldagem sem pré aquecimento com eletrodos de baixo hidrogênio ou processos com atmosfera gasosa
CE > 0,45% - os parâmetros de soldagem passam a ter muita importância podendo ser necessário pré aquecimento e pós aquecimento. Atentar às questões de ordem metalúrgica.
Dureza Máxima sob Cordão
FISSURAÇÃO LAMELAR
Ocorre próximo à ZAT, é um processo
termomecânico, perpendicular à direção de laminação
Presença de inclusões alinhadas na direção de laminação, tensões de contração
Evitar S; Elementos como Mn e Si diminuem a possibilidade de fissuração lamelar
Evitar soldagem excessiva, para diminuir efeitos da contração
Amanteigamento (deposição de material ‘mole’ entre as chapas)
FISSURAÇÃO LAMELAR
Tipos de trincas ocasionadas por Fissuração Lamelar
FISSURAÇÃO A QUENTE
Acontece devido à segregação (sobretudos S e P), levando à formação de fases ‘pré-fusíveis’ entre os grãos (formação de filmes líquidos entre os grão no instante da solidificação).
Formação das trincas de solidificação sob o efeito das tensões de contração, com forte influência da geometria da ZF e da velocidade de soldagem.
Nas soldas, tendem a acontecer ao longo do eixo do cordão, e no final do cordão(trinca de cratera).
FISSURAÇÃO A QUENTE
Tipos de trincas a quente
FISSURAÇÃO A QUENTE
FISSURAÇÃO A QUENTE
FISSURAÇÃO A QUENTE
Soldagem dos Aços Carbono
Classificação dos aços carbono
Aços de baixo carbono
Aços de médio carbono
Aços para baixa temperatura
Aços de qualidade estrutural
Aços de alta resistência
Aços de Baixo Carbono
Composição química: C ≤ 0,20% Mn ≤ 0,10% Si < 0,10% (em alguns aços)
 Limite de resistência : 320 ≤ σr ≤ 380 MPa
 Limite de escoamento : 150≤ σe ≤ 220 MPa
Características de fabricação: Aços não acalmados (não desoxidados) ou semi-acalmados
Aplicação: Os aços de baixo carbono são materiais fáceis de serem trabalhados a frio e muito fáceis de serem soldados.
Aços de Médio Carbono (para temperaturas elevadas)
Composição química: 0,20% < C ≤ 0,30% Mn ≤ 1,00% Si < 0,1% ( em alguns aços)
Limite de resistência : 420 ≤ σr ≤ 490 MPa
Limite de escoamento : 230 ≤ σe ≤ 270 MPa
Características de fabricação: Aços acalmados ou semi-acalmados, de grão grosso.
Aplicação: Os aços de médio carbono são fáceis de serem soldados, mas não tão fáceis de serem trabalhados à frio. Esses aços são os materiais usados na grande maioria dos vasos de pressão e tubos de grande diâmetro, sendo preferidos sobre os aços de baixo carbono pelo fato de terem maior resistência mecânica.
Aços para Baixa Temperatura
Composição química: C ≤ 0,23% (geralmente) Mn ≤ 1,10%
Limites de resistência e escoamento: Semelhantes aos aços de médio carbono
Características de fabricação: Aços acalmados ao Si e algumas e algumas vezes acalmados ao Al.
Aplicação: Serviços em baixa temperatura. A quantidade de Mn mais elevada é utilizada para compensar o decréscimo de C, mantendo os limites de resistência e escoamento do aço de médio carbono, mas melhorando a tenacidade. Para melhorar o comportamento a baixas temperaturas neste aço é usual a execução de tratamento térmico de normalização (grão fino).
Aços de Qualidade estrutural
Composição química: Não há definição quanto a composição química.
Aplicação: Construção de estruturas metálicas, em geral. Os aços de qualidade estrutural às vezes têm alto carbono sendo por este motivo difíceis de serem soldados.
Aços carbono de alta resistência
Composição química: Semelhante as dos aços de baixo carbono, com quantidade de manganês mais alta.
Limite de resistência: Valores bastante elevados de limite de resistência podendo chegar a 650 MPa.
Características de fabricação: Os aços carbono de alta resistência são materiais submetidos a tratamento térmico de têmpera e revenido, depois da laminação, sendo esta a razão dos elevados valores de limite de resistência.
Aplicação: Como a percentagem de carbono é baixa, a solda é muito fácil de ser executada. Entretanto, é bastante difícil manter as propriedades de alta resistência na região afetada termicamente, o que exige cuidados e tratamentos especiais. 
Os aços de alta resistência tem sido empregados para vasos de alta pressão ou de grandes dimensões
A grande maioria de aços carbono empregados como elementos soldados tem percentagem de carbono inferior a 0,30%. Esses aços podem ser soldados pelos processos usuais de soldagem. Geralmente aços carbono contendo teores de C ≤ 0,20% e de Mn ≤ 1,0% podem ser soldados satisfatoriamente sem pré-aquecimento ou pós-aquecimento em espessuras inferiores a 25 mm. Entretanto, em aços carbono com teores de C> 0,20% e de Mn > 1,00%, deve-se especificar procedimentos de soldagem que resultem em baixos teores de hidrogênio dissolvido na solda.
Quando a espessura da peça a ser soldada é maior que 25 mm, podem ser necessárias precauções adicionais na soldagem como, por exemplo, pré-aquecimento, controle da temperatura interpasse e tratamento de alívio de tensões. Tais precauções visam evitar a fissuração que pode ocorrer na zona fundida ou na afetada termicamente e a redução das prioridades mecânicas da junta soldada.
Quando, além de grandes espessuras, o material possui teores elevados de C e Mn as precauções com a soldagem devem ser mais rigorosas. Devem-se incluir nos procedimentos de soldagem cuidados que resultem em baixos teores de hidrogênio. Nesses casos é desejável a utilização de processos com a alta energia de soldagem e/ou pré-aquecimento.
Soldagem dos Aços de Baixa Liga
 CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS-LIGA
Conforme a percentagem total de elementos de liga presentes, distinguem-se três classes de aços-liga:
Aços de baixa liga: até 5% de elementos de liga
Aços de média liga: de 5% a 10% de elementos de liga
Aços de alta liga: mais de 10% de elementos de liga
Nesses aços, além dos elementos sempre presentes nas ligas ferrosas (C, Mn, Si, S, P), aparecem outros elementos em sua composição (ex, Cr, Ni, Mo, V, Nb etc)
Aços-liga Molibdênio e Cromo-Molibdênio
Os aços-liga molibdênio e cromo-molibdênio são aços contendo até 1% de Mo e até 9% de Cr como elementos de liga. São todos materiais magnéticos de estrutura ferrítica. 
Do ponto de vista dos casos de emprego, pode-se subdividir esses materiais em dois grupos: os aços contendo até 2,5% de Cr, e os contendo mais de 2,5% de Cr.
Aços contendo até 2,5% de Cr
Esses aços foram desenvolvidos especificamente para serviços em altas temperaturas, onde os esforços mecânicos forem elevados e a corrosividade do meio moderada.
A principal aplicação desses aços-liga é para tubulações de vapor, cuja temperatura esteja acima do limite de temperatura admitida para o aço carbono.
Aços contendo mais de 2,5% de Cr
Esses aços são específicos para serviços em temperaturas elevadas com esforços mecânicos moderados e alta corrosividade do meio.
O principal caso de emprego desses materiais são tubulações, tubos de permutadores de calor, equipamentos de pequeno e médio porte em serviços com hidrocarbonetos em temperaturas acima de 250°C.
SOLDAGEM DOS AÇOS Cr-Mo
Os aços liga Cr-Mo são soldáveis pelos processos usuais de soldagem. A característica dos aços Cr-Mo de serem temperáveis ao ar requer que os procedimentos de soldagem sejam desenvolvidos com a precaução de evitar a fissuração pelo hidrogênio. No desenvolvimento destes procedimentos, devem ser considerados o controle do pré-aquecimento, o pós-aquecimento, a composição do metal de adição e os tratamentos térmicos após a soldagem.
Recomenda-se que o metal de adição tenha a mesma composição química nominal que o metal de base, exceto no teor de carbono que deve ser menor no metal de adição.
Quando aços Cr-Mo de diferentes composições tem que ser soldados pode-se utilizar a composição que contenha mais elementos de liga, ou metal de adição, cuja composição seja igual ou superior à média dos teores de cromo dos metais de base. Por exemplo, na soldagem de um aço com 1,25 % Cr – 0,5 %Mo com um aço contendo 0,5 % Cr – 0,5 % Mo, pode-se utilizar o metal de adição com 1,25 % Cr – 0,5 % Mo. 
Freqüentemente, na soldagem desses aços, costuma-se utilizar metais de adição de aço inoxidável austenítico, principalmente em casos de reparo em que a solda não pode sofrer tratamento térmico após soldagem. O metal de adição de aço inoxidável austenítico tem uma excelente ductilidade e absorve
as tensões de contração além de reduzir a possibilidade de fissuração pelo hidrogênio, pois retém o hidrogênio, que tem alta solubilidade na austenita.
Aços Níquel
Os aços níquel mais usuais tem os seguintes teores de Ni (% nominal):
 2,5 % , 3,5 % e 9 % (este, um aço de média liga)
Os aços contendo níquel como elemento de liga são os materiais específicos para serviços em baixas temperaturas. Quanto maior a percentagem de níquel mais baixo também pode ser a temperatura de utilização do aço.
Aços-liga de Alta Resistência
Existe uma grande variedade de aços-liga desenvolvidos especialmente para apresentarem altos valores do limite de resistência, que pode atingir até 
1000 MPa. 
Os elementos de liga são variáveis, podendo conter Mn, Cr, Mo, V entre outros, em uma quantidade total até 5%. Esses aços são submetidos a tratamento térmicos de têmpera e revenido.
AÇOS INOXIDÁVEIS
 Classificação
Aços inoxidáveis austeníticos
Aços inoxidáveis ferríticos
Aços inoxidáveis martensíticos
Aços inoxidáveis duplex
Aços inoxidáveis endurecidos por precipitação (PH)
GRUPO
%C
%Cr
%Ni
OUTROS
FERRÍTICOS
< 0,2
12 a 25
MARTENSÍTICOS
0,1 a 1
12 a 18
AUSTENÍTICOS
< 0,15
12 a 25
7 a 20
Mn
ENDURECÍVEIS POR PORECIPITAÇÃO
< 0,1
12 a 18
4 a 8
Mo Cu Al TiNb
DUPLEX
< 0,1
18 a 30
3 a 9
Mo N Cu
Faixas de Composição
Aços Inoxidáveis Austeníticos
São aços com
14 a 26% de Cr
8 a 22% de Ni
Aços Inoxidáveis Ferríticos e Martensíticos
12 a 30% de Cr
Pode conter pequenas quantidades de Ni
Martensítico
Ferrítico
. DUPLEX
EFEITO DO CROMO
 Embora pequenas adições de cromo, da ordem dos 5%p, sejam já responsáveis por uma melhoria da resistência à corrosão do ferro, para que um aço seja considerado inoxidável deve apresentar uma matriz metálica com um teor mínimo de 12%p em cromo dissolvido. O cromo passiva a superfície do aço formando uma camada de óxido de pequena espessura, invisível a olho nu, muito aderente, que protege o metal subjacente. Para que se forme esse óxido o ambiente em que o aço é solicitado deve ser oxidante. A danificação mecânica ou química da camada de óxido é seguida da sua regeneração, mantendo-se a resistência à corrosão assegurada.
Efeito do Cromo no Ferro
NÍQUEL E MOLIBDÊNIO
 A presença do níquel nos aços inoxidáveis visa aumentar a resistência à corrosão em meios neutros ou pouco oxidantes. O níquel apresenta no entanto a desvantagem de aumentar o custo do aço, dado o seu elevado preço. Também melhora a ductilidade e aptidão à deformação do aço, em consequência de estabilizar o domínio austenítico à temperatura ambiente, para teores a partir de cerca de 8%p. O molibdênio melhora a resistência à corrosão na presença de cloretos.
INFLUÊNCIA SIMULTÂNEA DO CROMO E DO NÍQUEL
ELEMENTOS ALFÁGENOS E GAMÁGENOS
Os elementos de liga podem alterar o diagrama Fe-C de duas formas principais:
 1 - expandindo o campo γ e favorecendo a presença da austenita num intervalo maior de temperaturas e numa faixa ampla de composição
 2 - contraindo o campo γ e favorecendo a formação de ferrita em uma ampla faixa de composição e em um maior intervalo de temperaturas
Os elementos que agem da primeira forma são conhecidos como estabilizadores da austenita, ou gamágenos, enquanto os últimos são os estabilizadores de ferrita ou alfágenos. 
Os diagramas de equilíbrio destes elementos com o ferro podem ser divididos em quatro classes principais: campo γ aberto (Ni, Mn, Co) , campo γ expandido (C, Zn, Cu), campo γ fechado (Cr, Ti, Mo, V, Si, Al, P) , e campo γ contraído (B, Nb, Zr, Ta).
ELEMENTOS ALFÁGENOS E GAMÁGENOS
Ni
Mn
Co
Cr
Mo
V
Ti
Si
C
N
Cu
Zn
B
Nb
Zr
DIAGRAMA DE SCHAEFFLER
a) Cromo Equivalente - É definido como a soma do teor de Cromo e dos elementos alfágenos, multiplicados pelo fator que expressa a influência de cada elemento relativamente ao Cromo. É calculado pela seguinte fórmula:
Creq = % Cr + Mo + 1,5 x % Si + 0,5 x % Nb
b) Níquel Equivalente - É definido como a soma do teor de Níquel e dos elementos gamágenos, multiplicados pelo fator que expressa a influência de cada elemento relativamente ao Níquel. É calculado pela seguinte fórmula:
Nieq = % Ni + 30 x % C + 0,5 x % Mn
DIAGRAMA DE SCHAEFFLER
DIAGRAMA DE SCHAEFFLER
REGIÕES QUE APRESENTAM PROBLEMAS NA SOLDAGEM
PROBLEMAS NA SOLDAGEM
Na região 1 (ferríticos): crescimento de grãos
Na região 2: aparecimento da fase sigma
Na região 3 (austeníticos): fissuração à quente
Na região 4 (martensíticos): fissuração à frio
Localização aproximada dos tipos
INOX ENDURECÍVEIS POR PRECIPITAÇÃO
 Os aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação têm baixos teores em carbono (inferior a 0,1%p), apresentando adições de cromo entre 12 e 18%p e de níquel entre 4 e 8%p. A matriz metálica pode ser martensítica ou semi-austenítica (composta por austenita e martensita). Apresentam valores de Limite de Escoamento (limite 0,2) e de Limite de Resistência muito elevados após processamento térmico, na faixa de ultra alta resistência.
INOXIDÁVEIS DUPLEX
 Os aços inoxidáveis duplex, com teores em cromo entre 18 e 30%p e em níquel entre 3 e 9%p; têm em geral adições de molibdênio. A sua matriz é composta por ferrita δ e austenita. Estes aços são mais resistentes à corrosão sob tensão que os aços inoxidáveis austeníticos mas menos que os aços inoxidáveis ferríticos. Por outro lado apresentam uma tenacidade superior à dos aços inoxidáveis ferríticos mas inferior à dos aços inoxidáveis austeníticos. Estas propriedades representam uma situação de compromisso útil em algumas aplicações.
DUPLEX
Microestrutura típica de um aço inoxidável austenitico(1)AISI 316L X 400 e
microestrutura típica de um aço inoxidável duplex (2) SAF2205 X 400
FISSURAÇÃO A QUENTE
Na Zona Fundida dos cordões de solda em aços inoxidáveis austeníticos, há tendência ao fenômeno da Fissuração à Quente, caso a microestrutura dessa região fique totalmente austenítica.
Uma solução para este problema é escolher o metal de adição de modo a ZF conter um certo percentual de ferrita proeutetóide (5 a 10%).
FISSURAÇÃO A QUENTE
PRECIPITAÇÃO DE CARBONETOS
A precipitação do carboneto de cromo (Cr23C6) se dá na faixa de 600o a 800oC, e em tempos relativamente curtos.
CORROSAÕ INTERGRANULAR EM TUBO AISI 304
(linha de ácido nítrico diluído quente)
PARA EVITAR A PRECIPITAÇÃO
Usar aço de extra baixo carbono (ex: 304L)
 -inconveniente: custo mais alto
Usar aço estabilizado (ex: 321 e 347)
 -cuidados na soldagem: perda por volatilização
Usar AISI 316 com tratamento adequado
 -a precipitação acontece nos contornos das ilhas de ferrita
CORROSÃO SOB TENSÃO
Ocorre quando o material se encontra sob a ação simultânea de um meio corrosivo específico (ex: cloretos no caso do inox) e de uma tensão mecânica de tração (devido à cargas aplicadas, ou oriundas de tensões residuais de processamento, inclusive soldagem).
As trincas são ramificadas e são tanto inter quanto transgranulares.
ASPECTOS MECÂNICOS DA SOLDAGEM
Estudo das tensões e das deformações devido à soldagem.
Origem das tensões térmicas.
Previsão, prevenção e correção das deformações.
Utilização de softwares para essas análises e otimizações.
Aparecimento das Tensões Térmicas
 Analogia da Barra aquecida
Variação da tensão na barra B provocada pelo aquecimento e resfriamento
Aparecimento das Tensões Térmicas
Se durante o aquecimento a barra estiver livre, ela dilata sem aparecimento de tensões, e não haverá deformações plásticas. Ao esfriar, volta às dimensões iniciais.
Se houver algum tipo de contenção, aparecem tensões, que eventualmente atingem o limite de escoamento do material, e, nesse caso, após o resfriamento a barra ficará com dimensões diferentes das iniciais.
Havendo algum tipo de contenção se opondo a essas novas dimensões, aparecem então as tensões residuais.
Tensões Residuais
As tensões residuais são da ordem de grandeza
do limite de escoamento do material.
Quanto maior o grau de restrição menores as deformações, mas as tensões serão mais elevadas. Em materiais pouco dúcteis isso deve ser levado em conta.
Em todos os casos, deve-se buscar um bom compromisso entre as tensões e as deformações resultantes das operações de soldagem.
RUPTURA FRÁGIL DE VASO
DURANTE TESTE HIDROSTÁTICO
REPARTIÇÃO TÉRMICA E PLASTIFICAÇÃO
Distribuição de tensões residuais em uma solda
DEFORMAÇÕES
Deformação é um dos problemas na fabricação de estruturas e equipamentos soldados.
Grande número de variáveis na soldagem fazem com que a previsão exata da deformação seja difícil.
Equipamentos são projetados para serviços, dimensões e tolerâncias específicas. Se a deformação não for prevista e controlada as dimensões requeridas podem não ser obtidas, as premissas do projeto invalidadas e a aparência do produto afetada.
As tensões provocadas pelas contensões nos ciclos de aquecimento e resfriamento da soldagem, provocam o aparecimento das deformações.
Principais Causas das Deformações
Nas juntas soldadas as mesmas forças de dilatação e contração atuam no metal base e zona fundida.
Quando o metal de adição é depositado e se funde com o metal de base, ele está no seu estado de expansão máximo.
No resfriamento o metal de solda tende a se contrair para o volume que normalmente ocuparia em temperatura mais baixas, mas como ele está ligado ao metal base a contração fica restringida.
As deformações produzidas na zona plastificada junto a ZF se somam à contração devido ao resfriamento do cordão de solda.
Se o esforço de contração for suficiente para “puxar” todo o metal base ocorrerá uma grande deformação.
A restrição à contração tem influência direta na deformação.
DEFORMAÇÃO
O cálculo da deformação promovida pela soldagem torna-se difícil tendo em vista a influência da temperatura nas propriedades dos materiais.
Variação das propriedades mecânicas com a temperatura – aço carbono
Variação das Propriedades com a Temperatura
Com o aumento da temperatura 
Decresce:
Limite de escoamento
Módulo de elasticidade
Condutividade térmica
Aumenta
Coeficiente de dilatação térmica
As variações afetam o escoamento e a uniformidade de distribuição de calor, tornando difícil o cálculo preciso da deformação.
Fatores que influenciam a deformação
Energia de soldagem
 . Quanto maior a energia de soldagem maior a quantidade de metal de base adjacente aquecido e maior a deformação
Grau de restrição
Quanto maior o grau de restrição maior será o nível de tensões internas e menor será a deformação. 
Importante: Maior a possibilidade de trinca 
Tensões internas
Componentes geralmente tem tensões internas por laminação, dobramento, corte, conformação, etc. Estas tensões são de difícil previsão.
Propriedades dos materiais
98
Influência das Propriedades dos Materiais
Coeficiente de dilatação
Quanto maior o coeficiente de dilatação maior a tendência a deformação na soldagem.
Condutividade térmica
Materiais com alta condutividade térmica dissipam o calor rapidamente (alumínio, e cobre).
Soldagem com metais com baixa condutividade térmica (aço inoxidável, ligas de níquel) resulta em maior zona plastificada, o que aumenta os efeitos de contração na solda e áreas adjacentes.
Limite de escoamento
Quanto maior for o limite de escoamento do material, na região soldada, maior será o nível de tensões residuais que poderá atuar deformando a estrutura soldada. Inversamente, a deformação em metais de menor limite de escoamento é menos provável e menos severa.
Módulo de elasticidade
Materiais com altos módulos de elasticidade resistem mais às deformações
Propriedades dos materiais
Uma estrutura de aço inoxidável tende a deformar mais que uma de aço carbono, considerando-se as mesmas dimensões e mesma energia de soldagem.
 (ver condutividade térmica e coeficiente de dilatação) 
Formas elementares da contração
Contração transversal
Contração longitudinal
Deformação angular
Empenamento (principalmente em materiais finos)
CONTRAÇÃO TRANSVERSAL
Redução de dimensão perpendicular ao eixo do cordão de solda. Quanto maior a seção transversal da zona fundida maior a contração.
Contração transversal
Previsão para espessura maior que 25 mm, soldada sem restrição
O coeficiente 0,2 pode ser reduzido para 0,18 para chapas < 25 mm
Não se aplica para espessuras < 6mm
Arco submerso – deformação 50% menor (menor energia por unidade de comprimento de solda)
CONTRAÇÃO LONGITUDINAL
Redução do comprimento da solda
Área da seção transversal da chapa (pol2)
Contração longitudinal
Quando em seção transversal a área das peças não excede em 20X a área da zona fundida é válida a relação da figura.
A contração longitudinal está sujeita aos mesmos fatores de influência que a contração longitudinal
Deformação Angular
A disposição irregular da zona plastificada em relação à linha neutra da peça é a principal razão da deformação angular.
A – Durante a soldagem
B – Durante o resfriamento
C – Após o resfriamento
Prevenção e controle da deformação
Evitar soldagem excessiva
Usar chanfros duplos
Usar soldas intermitentes
Usar menor número possível de passes
Posicionar as soldas próximas à linha neutra
Balancear as soldas próximas à linha neutra
Utilizar a soldagem com passe a ré
Utilizar pré-deformação 
Utilizar disposição dorso a dorso
Gabaritos e dispositivos auxiliares de fixação e montagem
Planejar a seqüência de soldagem
Martelamento
Minimizar o tempo de soldagem
Evitar soldagem excessiva
Reduzir ao mínimo a quantidade de metal depositado
Chanfros devem ter abertura e espaçamento pequenos
Ângulo do chanfro pode ser diminuído se o espaçamento for aumentado ou utilizado chanfro em “J” ou “U”
Usar chanfros duplos
Junta em “X” requer cerca da metade da quantidade de metal depositado que junta em “V” numa mesma espessura. Possibilita equilíbrio dos esforços de contração
Usar soldas intermitentes
Usar menor número possível de passes
É preferível usar poucos eletrodos de grande diâmetro (figuras da esquerda)
A contração causada por cada passe tende a ser cumulativa quando não se aguarda o resfriamento necessário entre os passes, aumentando a contração total.
Quando for possível aguardar o resfriamento entre passes o ideal é fazer passes mais finos (figuras da direita)
Posicionar as soldas próximas à linha neutra
A deformação é menor quando se tem o menor braço da alavanca possível para as forças de contração puxarem o perfil fora do seu alinhamento.
Seqüência de soldagem pode evitar a deformação
Balancear as soldas próximas à linha neutra
Utilizar a soldagem com passe a ré
Seqüência da soldagem aumenta a restrição
Utilizar pré-deformação 
Pré-deformação pode ser determinada experimentalmente
Utilizar disposição dorso a dorso
Soldagem de peças idênticas
Forma conjuntos simétricos
Separar as peças após tratamento térmico ou utilizar pré-encurvamento
Gabaritos e dispositivos auxiliares de fixação e montagem
Em estruturas e equipamentos pesados, quando o balanceamento natural de forças de contração não está presente, realiza-se o balanceamento pela criação de forças opostas ou de restrição através de gabaritos e dispositivos.
O número de dispositivos que impedem a contração transversal deve ser minimizado.
Preferível dispositivos que limitam a deformação angular (embicamento) da junta soldada e que permitem a contração transversal livre.
Gabaritos e dispositivos auxiliares de fixação e montagem
Planejar a seqüência de soldagem
Seqüência de soldagem bem planejada envolve a deposição de material em diferentes pontos de um conjunto que está sendo soldado, assim à medida que o conjunto contrai num ponto, ele irá interagir com forças de contração de soldas já executadas.
Planejar a seqüência de soldagem
Martelamento e tratamento de alívio
Martelamento
Interação com as forças
de contração
Deforma o cordão de solda aliviando, por deformação plástica, as tensões.
Não pode martelar o passe de raiz e o passe de acabamento (pode encobrir trincas e efeito indesejável do encruamento)
Tratamento de alívio
Aquecimento controlado a uma temperatura elevada seguido de resfriamento controlado. O tratamento de alívio é feito antes de retirar os dispositivos que impediam a deformação.
Minimizar o tempo de soldagem
Geralmente é desejável terminar rapidamente a soldagem, antes que um grande volume de metal adjacente à solda se aqueça e se expanda.
Grau de contração e deformação são afetados por:
Tipo de processo de soldagem 
Tipo e diâmetro dos eletrodos (com pó de ferro: (-) deformação)
Intensidade da corrente de soldagem
Velocidade de soldagem
Exemplo de Seqüência de Soldagem
Correção de deformações
Nem sempre é possível controlar as deformações principalmente em produtos novos.
Deformações podem ocorrer de forma inesperada.
É possível corrigir deformações se não forem muito grandes para atender às tolerâncias dimensionais requeridas para a peça.
ALGUMAS PRÁTICAS SÃO:
Ressoldar
Uso de prensas e martelos
Uso de aquecimento localizado
Ressoldar
Ex.: Junta de topo embicada
Solução: Abrir chanfro sobre a região convexa do embicamento e ressoldar. As forças de contração da nova solda serão utilizadas para a correção.
O tamanho do chanfro dependerá das dimensões da junta e do ângulo de embicamento (experimental).
Uso de Prensas e Martelos
-Deformação (geralmente) a frio
-Proteger o metal de base das marcas da prensa e/ou martelo
Aquecimento localizado
O local aquecido tende a expandir e é contido pelo metal mais frio adjacente, deformando plasticamente.
No resfriamento o ponto aquecido se contrai principalmente no sentido da espessura da chapa.
Aquecimento localizado
Aquecimento localizado
Aquecimento deve ser em forma de cunha
Aquecimento localizado