2º ENGENHARIA DE SOLDAGEM

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PRODUTIVIDADE 
EM 
SOLDAGEM
Introdução
� O que é produtividade em soldagem?
� A produtividade é o principal objetivo 
estratégico de um empresa
Empresa de soldagem
� Qual será o processo mais produtivo?
� Avaliação baseada nos processos:
� Eletrodo Revestido
� MIG – MAG
� TIG
Avaliação da Produtividade
� Taxa de Fusão
� Material Depositado na Solda
Tempo
� Taxa de Deposição
� Material Depositado na Solda sem Escória
Tempo
� Rendimento
� Taxa de Deposição
Taxa de Fusão
� Tempo de Soldagem
� Tempo de Solda
Tempo do Ciclo
Eletrodo Revestido
Processo de soldagem com arco, onde a união é produzida pelo 
calor de arco criado entre um eletrodo revestido e a peça.
Eletrodo Revestido
� Eletrodos Celulósicos
� Possuem revestimento de mais de 20% de 
materiais celulósicos, que sob a ação do arco se 
decompõem, gerando Hidrogênio, CO e CO2.
� Usos:
� Uso restrito a soldagem com CC – Arco com 
baixa estabilidade
� Usado em tanques, tubulações e navios
Eletrodo Revestido
� Análise de Produtividade
� Rendimento: 
� Aproximadamente 50%
� Qualidade:
� A soldagem tem mau aspecto
� As escórias são finas
� Custos:
� O processo não é tão caro
Eletrodo Revestido
� Vantagens:
� Penetração elevada
� O depósito é satisfatório sob o ponto de vista de 
resistência mecânica e alongamento.
� Gera grande quantidade de gases protetores
� Gera pouca escória
� Simplicidade
� Baixo custo
� Permite soldar em várias posições
Eletrodo Revestido
� Desvantagens
� A taxa de deposição é baixa
� Gera grande quantidade de respingos
� Uso restrito à soldagem com corrente contínua.
� Os gases formados não são de fácil ionização – o 
arco não estável
� A solda tem mau aspecto
Eletrodo Revestido
� Eletrodos Rutílicos
� Produz escória espessa , compacta, 
facilmente removível
� Produz cordões de bom aspecto
� Obtém-se média ou pequena penetração, 
conforme o tipo
� Alto rendimento de deposição
Eletrodo Revestido
� Fatores que afetam o custo:
� O preço de compra do eletrodo
� O preço da mão-de-obra
� O consumo do eletrodo: Peso/tempo
� O rendimento de deposição: ((P2-P1)/Pa)*100%
� O custo de conservação
Eletrodo Revestido
� Custo Geral do Processo
� Aparelhos são baratos em comparação 
com outros processos
� A mão-de-obra deve ser habilidosa, mas 
não chega a ser um fator decisivo nos 
custos
Eletrodo Revestido
MIG - MAG
� Vantagens:
� Processo semi-automático bastante versátil, podendo 
ser adaptado facilmente 
� O eletrodo nu é alimentado continuamente 
� A soldagem pode ser executada em todas as posições 
� A velocidade de soldagem é elevada 
� Poucas operações de acabamento
� Não há formação de escória 
� Problemas de distorção e tenções residuais diminuídos
MIG - MAG
� Desvantagens:
� Maior velocidade de resfriamento por não haver 
escória, o que aumenta a ocorrência de trincas, 
principalmente no caso de aços temperáveis 
� A soldagem deve ser protegida de correntes de ar 
� A operação não é fácil em local de difícil acesso, 
porque o bocal da pistola precisa ficar perto do metal-
base a ser soldado 
� Grande emissão de raios ultravioleta 
� Equipamento de soldagem mais caro e complexo que o 
do processo com eletrodo revestido
MIG - MAG
� Fatores que influenciam o custo:
� Alto tempo de soldagem
� Alto rendimento
� Alto preço do equipamento
� Adequação a necessidade da fábrica
MIG - MAG
MÁQUINAS
DE
SOLDA 
MIG / MAG
O QUE É MIG MAG?
A soldagem MIG MAG é um processo em que a união de 
peças metálicas é produzida pelo aquecimento destas com 
um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo consumível 
sem revestimento, e a peça de trabalho. A proteção do arco e 
da região de solda contra a contaminação da atmosfera, é
feita por um gás, ou uma mistura de gases.
A soldagem a arco com eletrodos fusíveis sobre proteção 
gasosa, é conhecida pelas denominações de: 
MIG, quando a proteção gasosa utilizada for constituída de 
um gás inerte, ou seja um gás normalmente monoatômico 
como Argônio e outros gases, e que não tem nenhuma 
atividade física com a poça de fusão.
MAG, quando a proteção gasosa é feita com um gás dito 
ativo, ou seja, um gás que interage com a poça de fusão, 
normalmente CO2 - dióxido de Carbono. 
GMAW, (abreviatura do inglês Gás Metal Arc Welding) que é a 
designação que engloba os dois processos acima citados. 
O processo de soldagem MIG MAG é considerado 
um processo semi-automático, em que a 
alimentação do arame-eletrodo é feita 
mecanicamente através de um alimentador
motorizado, ficando para o soldador a 
responsabilidade pela iniciação e interrupção do 
arco, além da condução da tocha durante a 
execução da soldagem. 
PORQUE É CHAMADO DE PROCESSO
SEMI-AUTOMÁTICO?
Alimentador de arame (cabeçote)
Alguns modelos de máquinas tem o
equipamento embutido no gabinete, 
ESQUEMA SIMPLIFICADO DA MÁQUINA
DENTRO DESTE ESQUEMA NOTAMOS QUE A MÁQUINA 
SE DEVIDE EM :
EQUIPAMENTOS
-FONTE DE ENERGIA;
-TOCHA, BICOS DE CONTATOS E BOCAIS;
-ALIMENTADOR DE ARAME;
-SISTEMA DECONTROLE;
-CABOS ELÉTRICOS E GARRAS DE FIXAÇÃO;
-CANALIZAÇÕES E VÁLVULAS REDUTORAS;
-FONTE DE GÁS.
CONSUMIVEIS
-ARAME-ELETRODO;
-GASES.
TOCHA
TABELA ESPECIFICAÇÕES AWS DE MATERIAIS DE ADIÇÃO PARA
MIG MAG
Especificação Materiais
AWS - A 5.10 Alumínio e suas ligas
AWS - A 5.7 Cobre e suas ligas
AWS - A 5.9 Aço inóx e aços com alto Cr 
AWS - A 5.14 Níquel e suas ligas 
AWS - A 5.16 Titânio e suas ligas 
AWS - A 5.18 Aço Carbono e baixa liga 
AWS - A 5.19 Magnésio e suas ligas 
GASES DE PROTEÇÃO
Os gases de proteção utilizados em soldagem MIG MAG 
podem ser inertes, ativos ou misturas destes dois tipos. O 
tipo de gás influencia as características do arco e 
transferência do metal, penetração largura e formato do 
cordão de solda, velocidade de soldagem, tendência a 
aparecimento de defeitos e o custo final do cordão de solda.
Os principais gases e misturas utilizados na soldagem MIG 
MAG são apresentados na tabela a seguir
Gás ou mistura Comportamento químico Aplicações
Argônio (Ar) inerte quase todos metais (- aço)
Hélio (He) inerte Al, Mg, Cu e suas ligas
Ar + 20 a 50 % He inerte ídem He (melhor que 100% He)
Nitrogênio (N2) inerte Cobre e suas ligas
Ar + 20 a 30 % N2 inerte ídem N2 (melhor que 100% N2)
Ar + 1 a 2 % O2 ligeiram. oxidante aços inóx e alg. ligas Cu
Ar + 3 a 5 % O2 oxidante aços Carb. e alguns b. liga
CO2 oxidante aços Carb. e alguns b. liga
Ar + 20 a 50 % 
CO2 oxidante div. aços - transf. c. circ
Ar + CO2 + O2 oxidante diversos aços
FATOR DE TRABALHO
Chama-se Fator de trabalho (F.t.) a razão, em porcento, entre 
o tempo durante o qual o equipamento para solda pode 
fornecer uma dada corrente máxima de soldagem (tempo de 
carga) e um tempo de referência; conforme normas 
internacionais o tempo de referência é igual a 10 minutos. 
Exemplo:
O Fator de trabalho nominal de 60% significa que o 
equipamento pode fornecer a sua corrente máxima de 
soldagem durante períodos de 6 minutos (carga), cada 
período devendo ser seguido de um período de descanso (o 
equipamento não fornece corrente de soldagem) de 4 minutos 
(6+4=10 minutos) sem que a temperatura de seus 
componentes ultrapasse os limites previstos por projeto. O 
Fator de trabalho de 100% significa que o equipamento pode 
fornecer a corrente de soldagem ininterruptamente, isto é, 
sem qualquer necessidade de descanso.
Máquina de Soldagem MIG/MAG B 450 
FATOR DE TRABALHO (%)
100% – 60% - 40%
400A - 430A - 450A
sem – 6min - 4min
intervalo intervalo intervalo
4 min 6 min
MAQUINA DE SOLDA 
LAB-320
FATOR DE TRABALHO(%)
100% – 80% - 60%
250A - 280A - 320A
sem - 8min - 6min
intervalo intervalo intervalo
2min 4min
PRECAUÇÕES QUE DEVEMOS ORIENTAR NO ATO
DA VENDA DO EQUIPAMENTO
- FOGO – CRIAÇÃO DE CHAMAS POR MOTIVO DE FAISCA-
MENTO, TER CUIDADO COM MATERIAIS INFLAMAVEIS;
- QUEIMADURAS POR RADIAÇÃO – USAR EPI;
- GASES – LOCAIS VENTILADOS, LIMPAR AS SUPERFICIES
A SEREM SOLDADAS, ETC;
- EXPLOSÕES – TOMAR AS PRECAUÇÕES COM OS CILIN-
DROS;
- CHOQUE ELÉTRICO – NÃO TOCAR EM PARTES ESTRA-
NHAS AO MANUSEIO DA MÁQUINA;
- CAMPO MAGNÉTICO – AFETA O MARCA PASSO.
TIG
� O que é o Tig? 
� Vantagens:
� Grande versatilidade manual ou automática, tipo 
de junta, posição de soldagem
� Soldas com elevadas qualidades
� Adequado para metais ferrosos e não ferrosos
� Processo de fácil aprendizagem
� Fonte de calor concentrada
TIG
� Desvantagens:
� Processo com baixa taxa de deposição
� Impossibilidade de soldagem em locais com 
correntes de ar
� Possibilidade de inclusão de tungstênio na solda
� Emissão intensa de radiação ultravioleta
� Alto custo de eletrodos consumíveis
� Mão de obra habilidosa
TIG
� Variáveis que interferirão na produtividade
� Característica elétrica da soldagem:
� CC-
� CC+
� CA 
� Tipo de gás de proteção:
� argônio, hélio, suas misturas ou outros
� pureza
TIG
� Tipo da junta:
� Tipo e espessura do material
� Grau de penetração 
� Preparo do chanfro 
� Consumo do metal de adição 
� Posições da soldagem 
� Qualificação do soldador 
TIG
� Fatores que geram custos:
� Lentidão do processo
� Gases
� Eletrodos
� Equipamentos utilitários
� apontador de eletrodos
� refrigerador de eletrodo
� Manutenção
TIG
� Análise dos custos:
� Possui um alto custo inicial
� Pouco ou nenhum salpico e fumaça
� Alta confiabilidade em sua resistência
� Pode-se soldar em qualquer posição
� Soldador habilidoso
� Solda a maioria dos metais
� Não necessita de acabamento
TIG
Avaliação
� Como avaliar qual seria o processo mais 
produtivo:
� Taxa de deposição
� Cadência
� Qualidade
� Custo
Existem cinco prioridades competitivas principais, 
baseadas nas quais o setor de produção e soldagem 
pode contribuir para a competitividade da empresa:
� Fazer os produtos gastando menos que os 
concorrentes, obtendo vantagens em custos;
� Fazer os produtos melhores que os concorrentes, 
obtendo vantagem em qualidade;
� Fazer os produtos mais rápidos que os 
concorrentes, obtendo vantagem em velocidade 
de entrega;
� Entregar os produtos no prazo prometido, obtendo 
vantagem com confiabilidade de entrega;
� Ser capaz de mudar muito e rápido o que esta 
fazendo, obtendo vantagem em flexibilidade.
O FLUXO TÉRMICO EM SOLDA
ENGENHARIA DE SOLDAGEM
METALURGIA da SOLDAGEM
O FLUXO TÉRMICO EM SOLDA
1. INTRODUÇÃO
Na maioria dos processos de soldagem é feito um aquecimento da junta até uma temperatura 
adequada.
Soldagem por fusão: fontes de energia de alta temperatura: 1.000 a 20.000 K
Intensidade da fonte de energia de diferentes processos de soldagem
PROCESSO DE SOLDAGEM INTENSIDADE DA FONTE (W/m2)
Eletrodo revestido (SMAW) 5 x 106 - 5 x 108
MIG/MAG (GMAW) 5 x 106 - 5 x 108
Plasma (PAW) 5 x 109 - 5 x 1010
Feixe eletrônico (EBW) e LASER 5 x 1010 - 5 x 1012
� Portanto, a maioria dos processos de soldagem por fusão é caracterizada pela utilização de 
uma fonte de calor intensa e localizada.
Fluxo geral de calor na soldagem por fusão.
� A energia concentrada pode gerar, em pequenas regiões, temperaturas elevadas, altos
gradientes
térmicos (102 a 103 oC/mm), variações bruscas de temperatura (de até 103 oC/s) e, portanto, 
extensas variações de microestrutura e propriedades em um pequeno volume de material.
� Estas alterações de temperaturas causam, além da fusão e solidificação do cordão de solda, 
variações dimensionais e alterações microestruturais localizadas que podem resultar em efeitos
indesejáveis:
a) tensões residuais e distorções;
b) alterações nas propriedades mecânicas (resistência mecânica, tenacidade, etc.);
c) formação de trincas devido: a) e b);
d) mudanças de propriedades físicas, químicas, etc.
� O fluxo de calor na soldagem pode ser dividido:
- fornecimento de calor à junta;
- dissipação deste calor pela peça.
Na 1a etapa, para a soldagem a arco, pode-se considerar o arco como a única fonte de calor, 
definido por sua energia de soldagem (E), isto é: 
E = ηV.I / v
E - energia de soldagem [J/mm]
η - rendimento térmico do processo
V - tensão no arco [V]
I - corrente de soldagem [A]
v - velocidade de soldagem [mm/s]
Obs.: O rendimento térmico (η) depende do processo e das condições de soldagem. Ele pode 
ser obtido por métodos calorimétricos.
PROCESSO DE SOLDAGEM η
Eletrodo revestido (SMAW) 0,70 - 0,85
MIG/MAG (GMAW) 0,75 - 0,95
Arco Submerso (SAW) 0,85 - 0,98
TIG (GTAW) – CA
– CC-
0,20 - 0,50
0,50 - 0,80
Feixe eletrônico (EBW) 0,80 - 0,95
LASER (LBW) 0,003 - 0,70
Eficiência térmica de diferentes processos de soldagem.
Relação esquemática entre intensidade da fonte e o formato do cordão.
Welds in 13 mm-thick; 2219 aluminum: (a) electron beam weld; (b) gas-tungsten arc weld.
Laser beam welding with CO2; (a) process; (b) weld in 13 mm-thick A633 Steel.
Weld penetration in GMAW and laser-assisted GMAW using CO2 laser at 5.7kW.
Melting efficiency; (a) lower at lower heat input and welding speed; (b) higher at higher heat input and
welding speed; (c) variation with dimensionless parameter ηEIV/(Hαν).
Measurement of arc efficiency in GTAW; (a) calorimeter; (b) rise in cooling water temperature as a function of time.
Measurement of arc efficiency in GTAW:
(a) calorimeter; (b) layer of temperature gradient.
Arc efficiencies in GTAW and PAW.
Arc efficiencies in GMAW and SAW.
Comparison between a gas–tungsten arc and 
a plasma arc.
Plasma arc. Gas tungsten arc.
A energia de soldagem é uma medida da quantidade de calor cedida à peça, por unidade de 
comprimento da solda:
Na 2a etapa, a dissipação do calor ocorre principalmente por condução na peça, das regiões 
aquecidas para o restante do material. A evolução de temperatura em diferentes pontos, devido à
soldagem, pode ser estimada teórica e experimentalmente.
Representação esquemática de uma fonte de calor deslocando-se sobre uma chapa metálica.
2. CICLO TÉRMICO DE SOLDAGEM
O processo de aquecimento e resfriamento da zona de solda é conhecido como Ciclo Térmico de 
Soldagem (CTS).
Os CTS podem ser divididos na prática pela medida direta a partir de termopares inseridos sob o 
cordão de solda e acoplados a registradores x-t, ou então calculados teoricamente.
Obs.: A abordagem teórica pode ser vista no trabalho pioneiro sobre fluxo de calor, de ROSENTHAL,
D. –Welding Journal Res. Sup., v.20, no 5, 1941, p.220. .
2.1 Métodos Experimentais
A análise experimental do fluxo de calor é dificultada pelas grandes variações de temperatura, em 
um pequeno volume e em um pequeno intervalo de tempo, que caracterizam a maioria dos 
processos de soldagem.
a) Medidas através de termopares (especiais)
Obs.: Os termopares devem ser adequados para temperaturas elevadas e terem pequeno diâmetro
(≅ 0,01 mm), para acompanhar as variações bruscas de temperatura.
b) Análise metalográfica
A identificação metalográfica das regiões onde ocorrem algumas transformações de fase (fusão, 
austenitização, etc.) permite determinar as regiões que foram submetidas a temperaturas superiores
à temperatura de ocorrência da transformação considerada.
c) Simulação
Os CTS podem ser simulados de maneira controladaem um CP com o uso de máquinas especiais.
Um ex. deste tipo de equipamento é a máquina “Gleeble”, onde um CP, geralmente com as 
dimensões de um CP Charpy, preso por garras de cobre refrigeradas a água, é aquecido pela 
passagem de corrente elétrica. A temperatura do centro do CP é medida por um termopar e 
controlada por um programa.
Representação esquemática da câmara de vácuo de uma Máquina Gleebe.
Características importantes do CTS:
d) Medidas calorimétricas permitem obter informações como, por ex., a quantidade de calor 
absorvida pela peça. Estas medidas são feitas em CPs especiais, refrigeradas a água. A 
quantidade de energia absorvida pela peça é considerada como igual à energia absorvida 
pela água, medida pela sua vazão e variações de temperatura.
a) Temperatura de pico (Tp): temperatura máxima atingida em um dado ponto. Tp diminui com a 
distância ao centro da solda, e indica a extensão das regiões 
afetadas pelo calor de soldagem.
Esta temperatura depende das condições de soldagem, geometria e propriedades térmicas 
da peça, temperatura inicial da peça e distância do ponto considerado à fonte de calor.
Ciclo térmico na soldagem em um só passe.
Ex.: Para a soldagem de topo, em um passe com penetração total, esta dependência pode ser 
estimada pela seguinte expressão:
o
TfT
1
E
yhcρk
o
TpT
1
−
+=
−
k - constante admensional (4,13)
ρ - densidade do material
c - calor específico do material
h - coeficiente de transmissão de calor por convecção e radiação
y - distância do ponto considerado à linha de fusão
E - energia líquida de soldagem
Tf - temperatura de fusão do material
To - temperatura inicial (ambiente)
A figura abaixo mostra esquematicamente a variação de Tp com a distância da linha de fusão 
e a energia de soldagem:
Curva de repartição térmica.
b) Tempo de permanência (tp) acima de uma temperatura crítica (Tc):
Tempo em que o ponto fica submetido a temperaturas superiores a uma temperatura 
mínima para ocorrer uma alteração de interesse, chamada de temperatura crítica (Tc).
Este parâmetro pode ser de interesse em materiais onde a dissolução de precipitados e 
crescimento de grão podem ocorrer.
c) velocidade de resfriamento: este parâmetro é importante na determinação da microestrutura 
em materiais que podem sofrer transformações de fase durante 
o resfriamento como, por ex., aços estruturais comuns.
Definida pelo valor da velocidade de resfriamento a uma determinada temperatura T, ou pelo 
tempo necessário (∆t) para o ponto resfriar de uma temperatura (T1) a outra (T2).
A velocidade de resfriamento (VR) em uma dada temperatura é igual à inclinação do ciclo 
térmico nesta temperatura.
Para um sistema de coordenadas x, y, z pode-se provar que a VR, em um dado instante, 
para um ponto qualquer da peça sendo soldada é dada por:
Nestas condições, pode-se demonstrar que a VR ao longo de um eixo de soldagem (y = 0 e 
z = 0), para uma fonte pontual de calor na superfície de um sólido semi-infinito é dada por:
(chapa espessa)
L
2
0
.
H
)TT(2T −= kpi.
x
T
v
t
TT
.
∂
∂
−=
∂
∂
=
.
Para a soldagem de penetração total, com fluxo de calor essencialmente bidimensional (chapa
fina), tem-se:
Em termos gerais, a microestrutura na solda e regiões adjacentes de uma liga transformável (ex. 
aço carbono), será determinada em parte pela VR após a soldagem. Esta entretanto varia com a 
temperatura na qual foi determinada.
Assim, um parâmetro para o estudo das transformações durante a soldagem de aços ao carbono 
e aços de baixa liga pode ser a VR a uma temperatura fixa, tipicamente 300°C.
Atualmente, é mais comum a adoção do parâmetro tempo de resfriamento entre duas
temperaturas (∆t), comumente entre 800 e 500°C ( ∆t800-500), ou entre 700 e 300°C ( ∆t700-300), para 
representar a VR após soldagem.
O parâmetro ∆t é inversamente proporcional a VR, isto é, quanto maior for esta, menor será ∆t.
Onde, T0 – temperatura de pré-aquecimento (inicial) 
T – temperatura de interesse
ρ – densidade do material
C – calor específico do material
k – condutividade térmica
h – espessura 
HL – energia de soldagem
3
0
2
L
.
)TT()
H 
h(2T −= Ck ρpi
CHAPA GROSSA OU FINA???
H)TC(Th 0−= ρτ
τ > 0,9 ⇒ “Grossa”
τ < 0,6 ⇒ “Fina”
Portanto, τ > 0,75
< 
.
Fluxo de calor bi-dimensional (chapa fina) durante a soldagem.
Fluxo de calor tri-dimensional (chapa grossa) durante a soldagem.
3. EFEITO DOS PARÂMETROS OPERACIONAIS
As diversas variáveis de uma operação de soldagem podem afetar o fluxo de calor na peça e, 
portanto, os ciclos térmicos com ele associados.
a) Condutividade térmica da peça
Materiais com menor condutividade térmica dissipam mais lentamente o calor por condução, 
tendendo a apresentar gradientes térmicos mais abruptos e menores velocidades de 
resfriamento.
Por outro lado, materiais de elevada condutividade térmica (ex.: Al e Cu), dissipam rapidamente o 
calor, exigindo em certas situações fontes de energia mais intensas ou a utilização de pré-
aquecimento para a obtenção de fusão adequada.
Comparação da condutividade térmica de aços ao carbono, ligas de cobre, ligas de alumínio e aços inoxidáveis.
Comparação do coeficiente de expansão térmica (a) e resistividade elétrica (b) de aços ao carbono, ligas de 
cobre, ligas de alumínio e aços inoxidáveis.
(b)(a)
b) Espessura da junta
Para uma mesma condição de soldagem, uma junta de maior espessura permite um 
escoamento mais fácil do calor por condução. Assim, quanto maior a espessura da junta maior 
será a VR após soldagem.
A VR segue a equação:
variando com o quadrado da espessura, enquanto o fluxo de calor bidimensional predomina, 
isto é, enquanto a solda tem penetração total.
Variação da velocidade de resfriamento com a espessura de chapa.
3
0
2
L
.
)TT()
H 
h(2T −= Ckρpi
.
Quando a espessura da peça torna-se muito maior que as dimensões da poça de fusão, o fluxo 
de calor tridimensional predomina e a VR torna-se praticamente independente da espessura.
c) Geometria da junta
A VR será maior na soldagem de uma junta em T quando comparada a uma junta de topo, 
mantidas as mesmas condições de soldagem, inclusive a espessura das chapas.
d) Energia de soldagem
Em uma primeira aproximação, a VR no 
centro da solda e o gradiente térmico 
diminuem com a utilização de uma maior 
energia de soldagem.
(junta em T)
(fluxo de calor bidimensional)
Influência da energia de soldagem no ciclo térmico de soldagem.
(variação da taxa de resfriamento com o aporte térmico por unidade de comprimento da solda)
e) Temperatura de pré-aquecimento
Define-se a temperatura de pré-aquecimento a temperatura em que toda a peça ou a região 
desta em que será realizada a solda é colocada no instante da soldagem. 
O pré-aquecimento tem efeito semelhante a E, causando uma diminuição na VR e nos gradientes 
térmicos.
Influência da energia de soldagem e do pré-aquecimento no ciclo térmico de soldagem.
Influência do ciclo térmico de soldagem na largura do grão solidificado.
Ciclos térmicos de soldas realizadas com processos: eletro-escória e a arco elétrico.
4. MACROESTRUTURAS de SOLDAS por FUSÃO
a) Zona Fundida (ZF) ⇒⇒⇒⇒ A 
Região onde o metal foi fundido e solidificado durante a soldagem. As temperaturas de pico são 
superiores à temperatura de fusão (Tf).
b) Zona Termicamente Afetada (ZTA) ou Zona Afetada pelo Calor (ZAC) ⇒⇒⇒⇒ B
Região do metal base não fundida, mas que teve sua microestrutura e/ou propriedades afetadas 
pelo ciclo térmico de soldagem. As temperaturas de pico são superiores a uma temperatura crítica 
(Tc), característica para cada metal.
c) Metal Base ou Metal de Base (MB)⇒⇒⇒⇒ C
Região da peça mais afastada da solda que não apresenta alterações devidas ao ciclo térmico. 
As temperaturas de pico são inferiores à Tc.
Representação esquemática de um ciclo térmico na região de um cordão de solda.
Algumas denominações de soldas de topo e filete.
Seção transversal de uma solda de topo por fusão (esquemática).
Aço API XL-65 soldado pelo processo arco elétrico com eletrodo revestido; tubulação de um mineroduto (região de reparos). 
ZF
ZTA
ZTA
MB
MB
Influência de parâmetros de soldagem na forma e na penetração da solda.
(a) Aço C-Mn soldado com arco elétrico gás/metal – GMAW, com atmosfera de 100% CO2 (a1), 
argônio + 25% CO2 (a2), argônio + 2% O2 (a2).
(b) solda realizada com arco elétrico, processo arco submerso (SAW); aporte de calor de 90 (b1), 60 (b2) e 30 (b3) kJ/in.
a
1
a
2
a
3
b
1
b
2
b
3
Gas–metal arc welds in 6.4-mm-thick 5083 aluminum made with argon (left) and 75% He–25% Ar (right).
A plasma arc weld made in 13-mm-thick AISI/SAE 304 stainless steel with keyholing.
Ciclos térmicos na soldagem em vários passes
O ciclo térmico de soldagem determina, em grande parte, as alterações estruturais que uma 
dada região pode sofrer devido ao processo de soldagem. A figura abaixo mostra 
esquematicamente estas alterações na soldagem de um aço doce, para um ponto situado na ZF.
Estrutura da ZF e ZTA na soldagem com um passe (a) e com vários passes (b).
Typical multipass arc welds in steels used in structural applications.; (a) Submerged Arc Weld on a 25 mm thick A36 
structural steel; The mushroom shape of the last bead is typical of welds produced by this process. (b) Flux-Cored 
Arc Weld on a 50 mm thick A537 steel used in pressure vessel and structure applications (the last layer was made 
with several small passes to improve mechanical properties).
(a) Potência específica dos processos de soldagem TIG e MIG (1) e oxigás (2); em (b) a relação com
a extensão da ZAC (ou ZTA).
Effect of power density distribution on weld shape in GTAW of 3.2mm; 6061 aluminum with 880W and 4.23 mm/s.
5 – EFEITOS METALÚRGICOS DO FLUXO DE CALOR
5.1 – Influências metalúrgicas no metal fundido
Devido aos pequenos volumes de reagentes e ao pequeno tempo de interação entre eles, a 
soldagem por fusão, pode ser considerada com um processo metalúrgico em escala 
microscópica, se comparada a outros processos que envolvem a fusão dos metais. 
Neste caso, ocorre:
- temperaturas elevadas;
- tempo curto de interação;
- elevada interação do metal/vizinhanças;
- bombeamento de gases pelo jato de plasma;
- uso de fluxos e escórias complexas;
- etc.
Condições para o desenvolvimento de processos metalúrgicos em uma soldagem a arco.
CARACTERÍSTICA
VALORES TÍPICOS
NA GOTA NA POÇA EM FORNO ELÉTRICO
- Temperatura média 
do metal fundido –
aço (oC)
2100 – 2350 1700 – 2000 ≅ 1650
- Tempo de interação 
entre o metal e a 
vizinhança 
(segundos)
0,1 – 0,2 3 – 40 4 x 104
- Quantidade de metal 
interagindo (g) 0,08 – 0,23 0,5 – 45 107
- Área específica de 
interação (cm2/g) 2,1 – 4,1 0,4 – 0,9 10-3
Na soldagem ao arco elétrico, o metal de adição e o metal base são fundidos pelo calor do arco. 
Esta fusão é seguida por um superaquecimento considerável acima da temperatura de fusão.
Na atmosfera do arco estão presentes:
� vapores metálicos e diversos constituintes da escória;
� diferentes espécies gasosas, na forma molecular, atômica ou ionizada, mais reativa.
� Estes gases são violentamente aquecidos e agitados pelo arco elétrico;
� A área específica de contato entre metal fundido, gases e escórias é muito grande, 
quando comparada com outros processos metalúrgicos.
Assim, pode-se concluir que existem condições altamente favoráveis para o 
desenvolvimento de interações físicas e químicas entre o metal fundido e o ambiente que o 
cerca.
Estas interações deverão ser particularmente intensas nas pequenas gotas do metal fundido 
formadas a partir de eletrodo consumível.
Somente em poucas situações (soldagem a vácuo ou com proteção de gás inerte puro) se 
pode esperar a ausência destas interações.
Caráter extremamente localizado do aquecimento (soldagem a arco) 
+
Características de transferência do metal de adição na soldagem com eletrodos consumíveis
As reações metalúrgicas ocorrem em 3 etapas:
• reações na gota de metal de adição;
• reações na região anterior e sob o arco da poça de fusão;
• reações na região parte posterior da poça de fusão.
Pode-se considerar que as interações com o ambiente (gases e escórias) ocorram principalmente 
na 1a etapa, devido a maior área específica.
Na 2a etapa ocorrem principalmente a fusão do metal de base e a mistura deste com o metal
de adição (diluição).
Na 3a etapa, caracterizada por menores temperaturas, ocorrem em geral reações de evolução
de gases dissolvidos na poça de fusão, precipitação de compostos e solidificação do metal fundido.
OBS.: A maioria das interações do metal fundido com a vizinhanças, particularmente com escória 
e fluxos, são estudadas principalmente de uma maneira empírica em soldagem. Pois, neste
caso, escórias utilizadas em soldagem, o problema não pode ser tratado como nos 
processos de metalurgia extrativa, onde se supõe que as reações atingem o estado de
equilíbrio.
5.1.1 – Interações gás-metal
Em quase todos os processos de soldagem por fusão, o metal fundido entra em contato com gases,
podendo haver interações entre eles.
Estas interações resultam geralmente na formação de descontinuidades de soldagem
(principalmente porosidades) e na “degradação” de propriedades.
Portanto, deve-se impedir o contato do metal fundido com estes gases (meio de proteção 
adequado) ou utilizar desoxidantes.
As interações do metal fundido com o gás que o cerca podem compreender:
a) absorção do gás pelo metal
Para temperaturas próximas do ponto de ebulição do metal, a solubilidade passa a diminuir, 
tendendo a zero naquela temperatura.
A absorção de gases indesejáveis pode ser minimizada:
• utilizar gás de proteção de alta pureza;
• limpar a junta, por meios mecânicos e químicos, para eliminar óxidos, graxas, etc.;
• na soldagem com proteção gasosa, utilizar a vazão correta de gás e bocais adequados para se 
evitar a perda de eficiência da proteção;
• na soldagem com eletrodos revestidos, utilizar somente eletrodos com revestimento em boas 
condições físicas e adequadamente secos;
• realizar a soldagem com parâmetros adequados: evitar corrente elétrica e comprimento do arco 
excessivos;
• evitar a circulação forte de ar (vento) no local de soldagem, particularmente quando são utilizados 
processos com proteção gasosa, etc.
Effect of Nitrogen, Oxygen and Hydrogen on Weld Soundness.
Protection techiques in common welding processes.
Oxygen and nitrogen levels expected from several arc welding processes.
Equilibrium concentration of nitrogen, oxygen and hydrogen in liquid iron as a function of temperature; 
(a)N2(g) with pN2 = 1 atm, O2(g) with pO2 = 10-9 atm, H2(g) with pH2 = 1 atm; (b) N(g) with pN = 10-6 atm, O(g) with pO = 10-8 atm, H(g) with pH = 5 x 10-2 atm.
Equilibrium concentration of hydrogen as a function of weld pool location. 
Effect of nitrogen partial pressure in Ar-N2 shielding gas on nitrogen content in welds of duplex stainless steel.
Gás dissolvido no metal líquido
+
componentes deste
b) reações entre o gás dissolvido e componentes do metal líquido
Produto que pode ser:
• um gás (gera porosidades);
• uma fase condensada de baixa solubilidade na poça;
• composto solúvel na poça.
Reações que geram um produto altamente solúvel na poça de fusão não atrapalham a formação 
desta, contudo podem causar a fragilização da solda.Ex.: efeito fragilizante do O2 ou do N2 em
soldas de metais como o Be, Ti, Zr e Ta.
Reações cujo produto é insolúvel na poça de fusão tendem a formar escória ou inclusões na solda.
Produtos da reação de ponto de fusão elevado, superior ao do metal, podem causar barreiras 
físicas à formação da poça. 
Ex: caso da formação de: 
- Al2O3 na soldagem de ligas de Al;
- MgO na soldagem de ligas de Mg.
OBS.: A possibilidade de ocorrência de reações dependerá da variação de energia livre de Gibbs
(∆G) com elas associadas (ver Diagrama de Ellingham).
Ex: 2 M + O2 → 2 MO ∆G1
2 C + O2 → 2 CO ∆G2
_________________________ _______
2 MO + 2 C → 2 M + 2 CO ∆G3 = ∆G2 – ∆G1
Se ∆G3 < 0 ⇒ PRODUTO GASOSO ⇒ POROSIDADES
Para evitar: DESOXIDANTES: 
Mn, Si, Al, Ti, etc.c) evolução de gases
A evolução de gases ocorre pela formação de bolhas no interior do metal líquido, que podem 
escapar para a superfície ou serem aprisionadas pela frente de solidificação, gerando porosidades
na solda.
Pode-se considerar que a formação de uma bolha gasosa no interior de um líquido é necessário o 
aparecimento de um pequeno núcleo, cuja pressão interna (Pi) seja ≥ à pressão local no líquido 
(Pe), mais o acréscimo de pressão devido à tensão superficial (2σ/r).
Pi ≥ Pe + 2σ/r
σ – tensão superficial da superfície líquido-gás;
r – raio de núcleo (suposto esférico). OBS.: Para a soldagem a arco, considera-se Pe = Patm
A solubilidade do gás no líquido (Sn), nas imediações do núcleo, pode ser dada pela Lei de Sieverts: 
en PKS =
Por outro lado, a concentração de gás dissolvido no líquido, necessária para a formação do 
núcleo (S), seria: 
iPKS ≥
∴
r
K2SS 2n
2 σ+≥
Isto é, para a formação de uma bolha é necessário uma supersaturação do gás dissolvido no 
líquido (S > Sn), e que deve ser tanto maior quanto menor for o raio inicial da bolha.
O grau de supersaturação necessário para a formação de uma bolha pode ser reduzido pela 
existência de substratos que propiciem a nucleação heterogênea (na porção posterior da poça 
de fusão da soldagem a arco, estes 2 fatores são conseguidos).
A solubilidade de gases absorvidos em um 
líquido diminui com a temperatura e, na 
solidificação, ocorre uma queda brusca na 
solubilidade; assim, os gases absorvidos 
nas regiões onde o líquido está mais 
quente, podem ser levados rapidamente à
SUPERSATURAÇÃO.
Variação da solubilidade do hidrogênio no ferro líquido e sólido.
5.1.2 – Interações escória-metal (ou fluxo-metal)
Define-se como escória o resíduo não metálico produzido em alguns processos de soldagem e que,
no estado líquido, entra em contato com o metal fundido, interagindo com este ± intensamente.
Um fluxo de soldagem é um material que é utilizado na soldagem para a formação de escória, 
podendo gerar gases e adicionar elementos desoxidantes ou de liga à solda.
As interações entre uma escória e o metal fundido envolvem diferentes aspectos tanto 
físicos quanto químicos.
Resumidamente, um fluxo ou escória devem desempenhar algumas das seguintes funções durante
a soldagem:
� dissolver e escorificar impurezas na superfície da junta, facilitando o contato direto entre os 
átomos do metal fundido;
� Formar uma barreira impedindo a contaminação do metal fundido por gases da atmosfera 
(gases gerados devido à queima de substâncias orgânicas ou pela decomposição de carbonatos
ou ainda pelo envolvimento do metal líquido por uma escória fundida). Para isto, o fluxo deve se
fundir a temperaturas menores do que o metal de solda, apresentar uma viscosidade suficiente 
nas temperaturas de interesse, para se tornar impermeável aos gases da atmosfera do arco e 
escoar e envolver as gotas de metal de adição e a poça de fusão;
Ex.: 1) Soldagem do Al; camada superficial de óxido – Tf ≅ 2050oC; metal (Al) – Tf ≅ 660oC
∴Utiliza-se um fluxo capaz de reagir com este óxido e formar uma escória de baixo ponto de fusão.
2) Escorificação de impurezas superficiais nos processos de brasagem (utilizam-se fluxos compostos
de bórax e ácido bórico) e na soldagem de chapas de aços oxidadas.
� fornecer elementos de liga que podem participar da desoxidação da poça de fusão ou 
controlar a sua composição química.
Estes elementos podem estar na forma de adições (ferroligas, metal puro ou carbonetos na forma
de pó, por ex.) ou resultar da decomposição de óxidos ou outros componentes da escória, seguida 
da transferência do elemento para o metal líquido;
� Estabilizar o arco pela presença de elementos facilmente ionizáveis (por ex., o Ti, na forma de
TiO2 e o K na forma de silicato) que tornam a operação mais suave e fácil, e podem permitir 
inclusive a soldagem com corrente alternada;
� Influenciar no perfil e o acabamento superficial do cordão.
Embora na soldagem a arco, a tensão, a corrente e a velocidade de soldagem sejam variáveis
que maior efeito exercem sobre a forma do cordão, o tipo de fluxo pode ter influência. Neste 
aspecto, a presença de mordedura, dobras, a forma de reforço, a largura e a penetração do
cordão de solda podem ser afetados pelo tipo de fluxo;
� Facilitar a soldagem fora da posição plana.
Para atuar favoravelmente em todos estes aspectos, os fluxos devem ter um conjunto de 
características físicas (granulometria, intervalo de fusão e solidificação, variação da viscosidade 
com a temperatura, energia interfacial com o metal líquido, densidade, etc.) muito bem 
controlado.
Efeito da basicidade da escória no teor de oxigênio da zona fundida (ZF).
5.1.3 – Diluição e formação da zona fundida
A zona fundida (ZF) é formada basicamente por contribuições do metal de base (MB) e do metal de
adição, que são misturados no estado líquido na poça de fusão.
Define-se como coeficiente de diluição (δ), ou simplesmente diluição, a proporção com que o MB 
participa da ZF, isto é,
100%x
soldadecordãodototalmassa
fundidaMBdomassa
=δ
A diluição pode ser obtida através da medida em macrografias da seção transversal de uma 
solda, das áreas proporcionais à quantidade de MB fundido (B) e do metal de adição (A) que 
participam da formação da ZF:
100%x
B A 
B
+
=δ
Medida da diluição na seção transversal de: (a) um cordão de solda depositado sobre uma chapa; (b) uma 
solda de topo.
O coeficiente de diluição pode variar de 100% (soldagem autógena – soldas sem metal de adição) até
0% (brasagem) e seu valor depende, além do processo de soldagem, das condições de soldagem, da 
espessura da peça e do tipo de junta.
O controle da diluição é importante na soldagem de metais dissimilares, na deposição de 
revestimentos especiais sobre uma superfície metálica, na soldagem de metais de composição 
química desconhecida, caso muito comum em soldagem de manutenção e na soldagem de materiais 
que tenham altos teores de elementos nocivos à ZF, como o carbono e o enxofre. Portanto, na 
soldagem de ferro fundido.
Influência de diferentes fatores na diluição.
(A) – soldas em junta de topo, com penetração total e sem chanfro; apresentam alta diluição;
(B) e (C) – soldas em juntas chanfradas, particularmente as de vários passes; apresentam menor diluição (δ ≅ 20%)
(D) e (E) – juntas idênticas soldadas por processos ou condições de soldagem diferentes; resultam em soldas com diferentes diluições;
(F) e (G) – soldas realizadas em condições idênticas, mas em chapas de diferentes espessuras.
Estimativa de diluição a partir da geometria da solda; (a) junta topo a topo; (b) junta com chanfro em V.
Representação esquemática do primeiro passe na raiz; promoverá alta diluição na mesma.
Geralmente, recomenda-se no primeiro passe aplicar processo GTAW = TIG, com gás de purga(puro).
Faixa usuais de diluição de alguns processos de soldagem.
Solda de aço inoxidável ferrítico (AISI 409), com metal de adição austenítico (ER 309L Si) ; 
nota-se o efeito do aporte térmico na ZTA (crescimento de grãos). 
Solda de aço inoxidável ferrítico (AISI 409), com metal de adição austenítico (ER 308L Si); 
método de medição do grau de diluição da solda. 
Solda de aço inoxidável ferrítico (AISI 409), com metal de adição austenítico (ER 308L Si); 
método de medição do grau de diluição da solda.