Conteúdo 13 ZTA e MB

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Mário Bittencourt – 2017.2 1
Zona Térmicamente Afetada e 
Metal de Base
Docente: Mário Bittencourt
1. Zona Termicamente Afetada
2. Curva T T T – Temperatura Transformação Tempo
3. Transformação Martensítica
4. Metal de Base
4.1 Soldabilidade: Compatibilidade Metalúrgica
4.2 Carbono Equivalente
4.3 Soldabilidade: Descontinuidades
5. Bibliografia
Sumário
Mário Bittencourt – 2017.2 2
1) Zona Térmicamente Afetada
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. 
1) Zona Térmicamente Afetada
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1) Zona Termicamente Afetada
Poça de Solda
Zona Fundida
Metal de Base
Fonte de energia
Metal de Base
Poça de Solda
Fonte de energia
Zona Termicamente Afetada
Zona Termicamente Afetada
1) Zona Térmicamente Afetada
Este volume compreendido entre a Zona Fundida e o 
Metal de Base não afetado pelo calor é chamado de 
Zona Termicamente Afetada ou ZAC – Zona Afetada 
pelo Calor .
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1) Zona Térmicamente Afetada
A ZTA – Zona Termicamente Afetada é uma região 
estreita do MB, adjacente ao cordão de solda, que é 
afetada termicamente pela soldagem. 
A ZTA é usualmente a 
região na qual podem 
ocorrer mudanças de 
fase e assim alterar as 
propriedades 
mecânicas.
1) Zona Térmicamente Afetada
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Seção transversal mostrando as zonas da ZTA.
1) Zona Térmicamente Afetada
1) Zona Térmicamente Afetada
Zona Fundida
Metal de Base
ZTA ZTA
Junta Soldada
Chanfro
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1) Zona Térmicamente Afetada
A Zona Termicamente Afetada –ZTA é dependente do:
- material soldado (metal de base), 
- do processo e 
- procedimento de soldagem.
1) Zona Térmicamente Afetada
Em geral, a microestrutura da ZTA depende de 
interações entre duas variáveis principais:
- o ciclo térmico de soldagem (processo e procedimento 
de soldagem);
- composição química do metal de base;
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1) Zona Térmicamente Afetada
Como resultado deste severo ciclo térmico, a 
microestrutura original e as propriedades da ZTA 
são alteradas. 
1) Zona Térmicamente Afetada
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 com o 
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.
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1) Zona Térmicamente Afetada
A ZTA de um único passe de solda em um aço C-Mn, 
pode ser dividida em cinco regiões principais, 
conforme mostra a figura a seguir.
Esta figura apresenta a relação entre as 
temperaturas máximas atingidas nas várias regiões 
da ZTA e sua correlação com o diagrama de 
equilíbrio Fe-C.
Temperatura 
de pico
metal 
solidificado
ZTA
zona de 
transição 
sólido-líquido
zona de cresci-
mento de grão
zona 
recristalizada
zona 
parcialmente 
transformada
MB não 
afetado
LÍQUIDO
LÍQUIDO + gggg
gggg
aaaa + Fe3C
gggg + Fe3C
Fe %C
600
800
1000
1200
1400
200
1600
TEMP ºC
0,4
zona 
revenida
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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.
1) Zona Térmicamente Afetada
O diagrama de equilíbrio ferro-carbono foi levantado 
em condições de resfriamento muito lento.
Na prática, as condições de resfriamento que envolvem 
a transformação da austenita não são as de equilíbrio. 
Isto ocorre porque normalmente nos tratamentos 
térmicos e também na soldagem as velocidades de 
resfriamento envolvidas não são extremamente 
lentas.
2) Curva de Resfriamento Contínuo 
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Em condições fora do equilíbrio, ou seja, de 
resfriamento mais rápido, a temperatura crítica para 
a transformação da austenita vai diminuindo 
proporcionalmente ao aumento da velocidade de 
resfriamento.
2) Curva de Resfriamento Contínuo 
X, Y, Z – Curvas de 
Velocidade de 
Resfriamento
2) Curva Resfriamento Contínuo
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Indica que a transformação
está ocorrendo
Transformação
Austenita-Perlita
Perlita fina
Perlita 
grossa
Ferrita
Cementita
Austenita(estável)
Temperatura
eutetóide
2) Curva T T T
Temperatura-Transformação-Tempo
AUSTENITA
Martensita
Martensita Revenida
Bainita
Perlita fina
Perlita grosseira
Martensita 
Revenida
BAINITA MARTENSITAPERLITA
RESISTÊNCIA 
MECÂNICA
DUCTILIDADE
Resfriamento 
lento
Resfriamento 
moderado
Resfriamento 
rápido
Reaquecimento
Aço Eutetóide
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O efeito do calor de soldagem na ZTA pode ser avaliado
em quatro tipos de ligas metálicas:
- Materiais endurecíveis com elementos de liga
- Materiais endurecíveis por deformação a frio
- Materiais endurecíveis por precipitação
- Materiais endurecíveis por transformação
martensítica
3) Transformação Martensítica
Como o ciclo térmico é rápido na ZTA os materiais 
mais influenciáveis pela soldagem são aqueles 
endurecíveis por tratamentos térmicos de 
aquecimento e têmpera.
3) Transformação Martensítica
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Dependendo da composição química do aço (da 
temperabilidade do aço) e da velocidade de 
resfriamento durante a soldagem, é possível que seja 
formada martensita na ZTA de granulação 
grosseira.
A martensita é um constituinte de características 
frágeis, sendo que sua dureza aumenta com o aumento 
do teor de carbono.
3) Transformação Martensítica
A presença de martensita possibilita o aparecimento 
de um defeito chamado trinca a frio ou trinca induzida 
pelo hidrogênio na ZTA.
3) Transformação Martensítica
Fratura frágil em falha na ZAC de conversor de 
amônia durante teste hidrostático (1960s)
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Liberty Ships 2ª Guerra Mundial
1943 - Primeira fratura ocorre em um navio que navegava entre a
Sibéria e Alasca. Mais 400 falhas foram observadas desde então, 
sendo que 90 navios partiram ao meio.
Resultado das investigações: trincas em soldas; maioria das trincas 
iniciaram no convés em concentradores de tensão; material de baixa 
tenacidade.
3) Transformação Martensítica
Trinca a frio induzida por hidrogênio
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3) Trinca a Frio
3) Trinca a Frio
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3) Trinca a Frio
3) Trinca a Frio
Mário Bittencourt – 2017.2 17
3) Trinca a Frio
3) Transformação Martensítica
Transformação martensítica ocorre em materiais com 
alto teor de C e em ligas com taxas de resfriamento 
suficientes para produzir martensita.
Figura 2.19. Martensita em um aço baixo 
carbono. Ataque: Nital. 200x.
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gggg
aaaa Fe3C
A1 (723ºC)
A3
1
Acm
1 - Na região temos grãos grosseiros de austenita 
(Fegggg) e se o resfriamento for rápido haverá formação 
de martensita (alta dureza).
gggg
aaaa Fe3C
A1 (723ºC)
A3
2
Acm
- Na região os grãos de austenita são mais finos e 
não se transformam rapidamente em martensita 
(durezamédia).
2 
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gggg
aaaa Fe3C
A1 (723ºC)
A3
3
Acm
- Na região , inter-crítica, haverá pouca formação de 
martensita (podendo ser um pouco frágil).
3 
gggg
aaaa Fe3C
A1 (723ºC)
A3
4
Acm
- Na região , revenida, não haverá formação de 
martensita (fase dúctil).
4 
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gggg
aaaa Fe3C
A1 (723ºC)
A3
3
4
2
1
Acm
3
4
2
1
BRANDI, S. D. , Soldagem 
Processos e Metalurgia, 1ed., 
São Paulo, SP: Edgard 
Blucher, 1992.
Mário Bittencourt – 2017.2 21
- Estas regiões são influenciadas pelo 
procedimento e processo de soldagem, 
- assim sendo quanto maior é a energia de 
soldagem e a temperatura de pré-aquecimento 
do material, mais lento será o resfriamento e
- consequentemente menor a possibilidade de se ter 
uma estrutura martensítica.
3) Transformação Martensítica
- Os principais problemas com a martensita são que 
apesar de ter alta dureza é muito frágil, e facilita a 
propagação das trincas a frio, sendo porém que a 
este fenômeno associa-se o teor de hidrogênio e nível 
de tensão imposto a solda.
- Para eliminar ou diminuir este problema deve-se 
remover o hidrogênio, diminuir a tensão e obter uma 
microestrutura na ZTA menos suscetível a trinca.
3) Transformação Martensítica
Mário Bittencourt – 2017.2 22
Para se prevenir este tipo de defeito é comum fazer-se 
um pré-aquecimento da junta a ser soldada, com o 
objetivo de reduzir a velocidade de resfriamento e 
com isto diminuir a possibilidade de formar martensita.
A redução da velocidade de resfriamento também pode 
ser feita através do aumento da energia de 
soldagem.
3) Transformação Martensítica
Região que não sofreu alterações microestruturais 
provocadas pelas altas temperaturas produzidas 
durante o processo de soldagem.
4) Material de Base
Mário Bittencourt – 2017.2 23
A propriedade fundamental que caracteriza uma 
junta soldada é a SOLDABILIDADE DO MATERIAL.
A soldabilidade é a capacidade do metal de base ou 
combinação de metais serem soldados em 
condições de fabricação, e ter como resultado
uma junta satisfatória para a aplicação desejada.
4) Material de Base
É a soldabilidade que compatibiliza as 
características metalúrgicas do metal (ou liga) 
com um determinado processo de soldagem.
4.1) Soldabilidade: 
Compatibilidade Metalúrgica
METAL BASE + METAL ADIÇÃO 
PROCESSO + DILUIÇÃO
SOLDAGEM
DEFEITOS
MICROESTRUTURA
Mário Bittencourt – 2017.2 24
A compatibilidade metalúrgica implica que o metal 
de base e o metal de adição devem combinar-
se considerando o grau de diluição envolvido por 
um determinado processo de soldagem, e sem a 
geração de microestruturas indesejáveis e 
defeitos.
4.1) Soldabilidade: 
Compatibilidade Metalúrgica
Um fator determinante da maior ou menor 
soldabilidade de um aço é o grau de 
endurecimento na ZTA, ou seja, a tendência de 
formação de constituintes duros como a martensita. 
A soldabilidade decresce com o aumento da 
quantidade de martensita na ZTA ou na zona 
fundida.
4.1) Soldabilidade: 
Compatibilidade Metalúrgica
Mário Bittencourt – 2017.2 25
A martensita pode fragilizar o material, sendo que 
sua presença aliada ao hidrogênio e as tensões 
residuais de soldagem pode levar a trinca a frio. 
Como foi visto anteriormente, a tendência a 
obtenção de martensita na ZTA é função da 
composição química do aço (temperabilidade) e 
do ciclo térmico (velocidade de resfriamento). 
4.1) Soldabilidade: 
Compatibilidade Metalúrgica
4.2) Carbono Equivalente
Embora o carbono seja o elemento de liga mais
importante no que diz respeito a dureza da
martensita, pode-se estimar o efeito de outros
elementos de liga na temperabilidade do
material através da fórmula do Carbono
Equivalente (C.E.)
Em geral, aços de baixo carbono equivalente
possuem ótima soldabilidade.
Mário Bittencourt – 2017.2 26
A fórmula mais aplicada foi desenvolvida pelo TWI.
CE = C + Mn + Cr+Mo+V + Ni+Cu
6 5 15
Esta fórmula têm suas limitações mas de um modo 
geral se o CE > 0,40 tanto maior a chanche de 
ocorrência das trincas a frio.
4.2) Carbono Equivalente
CE = 0,26 + 0 + 0+0+0 + 0+0,20 = 0,27
6 5 15
4.2) Carbono Equivalente
Mário Bittencourt – 2017.2 27
Inúmeras outras fórmulas de carbono equivalente foram 
desenvolvidas analiticamente, a partir de resultados 
experimentais, e são quase sempre aplicáveis com 
restrições dos teores de elementos químicos.
4.2) Carbono Equivalente
A velocidade de resfriamento depende da espessura 
e geometria da peça, da temperatura de pré-
aquecimento e do aporte de calor.
Quanto maior o teor de carbono ou maior a 
espessura da peça soldada, maiores devem ser as 
temperaturas de pré-aquecimento e 
interpasse, para se evitar o endurecimento 
(formação de martensita). 
4.2) Carbono Equivalente
Mário Bittencourt – 2017.2 28
 
Carbono Equivalente Temperaturas sugeridas para 
o pré-aquecimento 
Abaixo de 0,45% Opcional 
0,45% a 0,60% 93 – 204ºC 
Acima de 0,60% 204ºC – 371ºC 
 
4.2) Carbono Equivalente
PRÉ-AQUECIMENTO
As temperaturas de pré-aquecimento sugeridas para 
várias faixas de carbono equivalente, utilizado-se 
processos de soldagem ao arco elétrico, são dados na 
abaixo.
Também é a soldabilidade que associa as 
propriedades mecânicas as descontinuidades.
4.3) Soldabilidade: Descontinuidades
FALTA 
FUSÃO
FALTA 
PENETRAÇÃO
POROSIDADE 
SUPERFICIAL
Mário Bittencourt – 2017.2 29
A associação das propriedades mecânicas às 
descontinuidades, refere-se a qualidade mecânica 
especificada por códigos e normas (AWS, ASME, 
etc), as quais devem atingir certos níveis compátiveis 
as descontinuidades previstas.
4.3) Soldabilidade: Descontinuidades
58 mortos, 117 feridos
O Código ASME - Histórico
Mário Bittencourt – 2017.2 30
Entre 1870 e 1910 pelo menos 10.000 explosões em 
caldeiras foram registradas na América do Norte. 
Após 1910, a taxa se elevou para 1.300 a 1.400 falhas 
ao ano. 
Em 1905 ocorreu uma explosão de caldeira em uma 
fábrica de sapatos em Brockton, Massachusetts (EUA), 
que motivou a criação de norma regulatória, 
denominada Massachusetts Rules, sobre projeto e 
construção de caldeiras, emitida em 1907.
O Código ASME - Histórico
O Comitê de Caldeiras do ASME foi criado em 1911, 
com publicação da primeira edição do código em 
1914/15, exclusivamente para caldeiras estacionárias 
(Seção I). 
Em 1924 seria publicada a Seção VIII, referente a 
vasos de pressão não sujeitos a chama. 
Nesta época já existiam normas européias para 
caldeiras e vasos de pressão.
O Código ASME - Histórico
Mário Bittencourt – 2017.2 31
A descontinuidade é considerada a interrupção 
da estrutura típica de uma junta soldada, no que 
se refere a homogeneidade das características 
físicas, mecânicas ou metalúrgicas.
4.3) Soldabilidade: Descontinuidades
A descontinuidade só é considerada defeito 
quando, por sua natureza, dimensão ou defeito 
acumulado, tornar a junta soldada inaceitável, por 
não satisfazer os requisitos mínimos da norma 
técnica aplicada.
4.3) Soldabilidade: Descontinuidades
Mário Bittencourt – 2017.2 32
a) Inclusão de escória
b) Porosidade
c) Falta de penetração
4.3) Soldabilidade: Descontinuidades
5) Bibliografia
SILVA, F. J. G., Tecnologia da soldadura, 1 ed., Porto, PRT, Editora 
Publindústria, 2014.
WAINER, E.; BRANDI, S.; MELLO, F., Soldagem: processos e 
metalurgia, São Paulo, SP, Editora Blucher, 2013.
SENAI-SP, Soldagem, 1 ed., São Paulo, SP, Editora SENAI-SP, 
2013.
MARQUES, P. V.; MODENESI, P. J.; BRACARENSE, A. Q., Soldagem 
fundamentos e tecnologia, 3 ed., Belo Horizonte, MG, EditoraUFMG, 2009.
ALCÂNTARA, N. G., Tecnologia da Soldagem, 1 ed., São Carlos, 
SP, Editora Universidade Federal de São Carlos, 1988.