Aula de metalurgia solda

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Coordenação de Mecânica – Metalurgia da Soldagem 
Conteúdo programático
I – Introdução – Objetivos e importância da metalurgia da soldagem;
 II – Geometria da junta soldada;
III – Influência térmica na soldagem;
IV – Reações na poça de fusão;
V – Solidificação da poça de fusão;
VI – Transformações recorrentes na ZTA;
VII – Descontinuidades recorrentes em juntas soldadas;
Metalurgia da Soldagem
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1 - Introdução
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1.1 – Objetivo principal.
Metalurgia da soldagem é uma disciplina ligada à área de materiais e processos tendo como objetivo principal o entendimento dos fenômenos físicos químicos e metalúrgicos que influenciam na qualidade final das juntas soldadas. 
O entendimento e observação dos princípios estabelecidos pela Metalurgia da Soldagem permitem reduzir custos de fabricação no sentido de que prevenindo a ocorrência de defeitos evita-se a reconstrução de juntas soldadas;
Aumenta a confiabilidade das estruturas, através da especificação correta de materiais, procedimentos e técnicas de controle, reduzindo a ocorrência de fatores que podem levar ao colapso das estruturas.
1.2 – Importância.
1.2 - Um caso clássico
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O navio tanque MV Kurdistan após se romper em dois, próximo da costa do Canadá em março de 1979. A parte posterior da embarcação foi recuperada, levada para um estaleiro e uma nova proa soldada a ela a um custo de cerca de 2,75 milhões de libras esterlinas e o inquérito resultante custou algo em torno de 3,3 milhões de libras,
A investigação do acidente determinou que a fratura se iniciou em uma solda com falta de penetração feita em uma quilha no bojo do navio
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1.3 – Objetivos a serem alcançados na aprendizagem. 
___Identificar os fenômenos responsáveis pela ocorrência de defeitos estabelecendo sua relação de dependência com os procedimentos de soldagem; 
___ Definir qualidade de uma junta soldada a partir de uma visão mais ampla, e não exclusivamente pelo aspecto visual do cordão de solda;
___Justificar a seleção de materiais (metal base consumíveis e equipamentos) visando eliminar ou reduzir a ocorrência de defeitos de soldagem
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Metalurgia da Soldagem
A figura 2 a seguir indica de forma esquemática as diferentes regiões que constituem uma junta soldada.
2 – Geometria da junta soldada
Uma junta soldada não é constituída unicamente pelo que se convencionou chamar de cordão de solda. 
Segundo os fundamentos da Metalurgia da Soldagem, qualquer região que em decorrência dos efeitos da soldagem apresente consideráveis alterações em suas condições metalúrgicas iniciais, é considerada constituinte da junta soldada
Fig. 1 – Cordão de solda aplicado na liga Al-Mg 5083.
Cordão de solda
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As principais particularidades relacionadas às regiões indicadas são:
 Região na qual o material processado não apresenta qualquer alteração em suas características físicas, químicas ou metalúrgicas, ou seja, não sofreu qualquer influência do processo de soldagem.
Figura 2 – Regiões da junta soldada.
1 – Metal de base – M.B. 
2 – Zona termicamente afetada – Z.T.A.
 Nesta região, a temperatura de soldagem não é suficiente para fundir os materiais envolvidos. 
 Entretanto, ocorrem transformações metalúrgicas no estado sólido, ou seja, são registradas importantes alterações nas propriedades iniciais do metal base, como por exemplo: crescimento de grãos (aços); recozimento (ligas de alumínio).
Metalurgia da Soldagem
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3 – Zona fundida – Z.F.
 É a região na qual a temperatura de processamento é suficiente para fundir os materiais envolvidos (metal de base e metal de adição);
 Parte de metal de base juntamente com parte do metal de adição passam para a forma líquida formando a denominada poça de fusão;
 Diversos fenômenos ligados a metalurgia física manifestam-se simultaneamente, dando origem a uma série de transformações, não só de origem metalúrgica, como também química e física
 A massa metálica resultante na zona fundida é denominada de metal de solda. É constituída de parte de metal de base e parte de metal de adição. 
4 – Zona de ligação – Estreita região que separa a Z.T.A da zona Z.F. tem características comuns às duas regiões, com grande influência nas condições de solidificação do metal de solda.
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Diluição
É a quantidade percentual de metal de base que entra na composição do metal de solda, podendo variar desde valores muito baixos, como na solda brasagem, chegando a valores extremos (100%) no caso da soldagem autógena (sem metal de adição).
A figura 3 ilustra esta condição, considerando um esquema de uma seção transversal de uma junta soldada
Figura 3 – Diluição da junta soldada
Em linguagem matemática a diluição pode ser apresentada como:
 Diluição (%) = áreas A / áreas A + B
O controle da diluição em uma junta soldada é um importante fator a ser considerado no controle da qualidade na soldagem.
Ou seja: Qto. maior for a quantidade de metal de base no cordão de solda, maior será a diluição.
Por ex: caso o metal de base apresenta elevado teor de algum elemento considerado nocivo a junta, menor deverá ser a diluição
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Em condições práticas nem sempre é tarefa fácil identificar o início e fim de cada região, havendo em alguns casos a necessidade de recorrer a alguns ensaios, como por exemplo, o de microdureza.
Figura 3 – ZTA da amostra 2. Aumento nominal: 12X. Ataque: nital 2%.
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A quantidade de calor ou energia térmica inserida em uma junta soldada é sem duvida o principal fator a ser controlado visando reduzir a possibilidade de ocorrência de defeitos na soldagem. 
3 – Influência térmica na soldagem
3.1 – Energia na soldagem
A energia de soldagem também é conhecida como aporte de calor, ou aporte térmico, sendo comum a utilização do termo na língua inglesa “heat input” (calor de entrada).
O ponto de partida para este controle é entender como o calor é gerado a partir das fontes de energia utilizadas nos processos de soldagem por fusão.
Define-se a energia nominal de soldagem como a quantidade de energia térmica inserida na junta soldada por unidade linear de cordão de solda.
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 Cálculo da energia nominal de soldagem:
No sistema internacional, a potência é dada em Watt (W); a velocidade de soldagem em m/s e o aporte térmico nominal em J/m (Joule/metro).
Para os processos de soldagem que utilizam como fonte de calor o arco elétrico, o aporte térmico nominal é dado por: 
Apt
(1)
Onde:
Apt – Aporte térmico nominal;
 P – Potência da fonte de soldagem;
 v – Velocidade de soldagem
Onde:
 V – É a tensão de soldagem em Volts (V);
 I – É a intensidade de corrente em Ampers (A);
 v - É a velocidade de soldagem em m/min.
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 Cálculo do aporte térmico líquido
A equação (2) torna-se: 
Onde o fator 𝜂 é rendimento térmico do processo. Conforme é mostrado na figura a seguir:
Para o cálculo do aporte térmico líquido, devem ser consideradas as perdas de energia inerentes a cada processo. 
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Quanto mais alto for o aporte de calor (energia de soldagem) inserido na junta soldada, maior será a quantidade de energia calorífica transferida à peça, maior a poça de fusão, mais larga a zona termicamente afetada entre outros efeitos. 
3.2 – Ciclo térmico de soldagem
Considerando um ponto qualquer da região de soldagem, define-se ciclo térmico como a curva que relaciona a variação da temperatura deste ponto (durante a soldagem e posterior resfriamento) com passar do tempo. 
Por outro lado, a utilização de baixos valores de aporte térmico pode provocar falhas de penetração na junta soldada assim como elevadas velocidades de resfriamento, o que, em certas ocasiões pode ser prejudicial à junta soldada.
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A figura 5 mostra a curva representativa do ciclo térmico do referido ponto. Como pode ser verificado na figura 5 entre a temperatura inicial do processo em torno de 500C e a temperatura máxima alcançada pelo ponto A transcorrem somente aproximadamente de 4 segundos. 
Embora o exemplo apresentado seja meramente ilustrativo, esta severidade(intensas variações de temperatura) é característica da grande maioria dos processos de soldagem ao arco elétrico e constitui-se em um dos principais causadores de problemas na soldagem. 
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Como a junta soldada é formada por vários pontos consecutivos em diferentes condições térmicas, uma caracterização completa da região soldada é apresentada por várias curvas de ciclos térmicos sobrepostas, como mostrados na figura 6.
Como esperado, a figura 6 mostra que quanto maior o afastamento dos pontos em relação ao centro do cordão menor são as temperaturas máximas alcançadas pelos pontos.
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Na soldagem multipasses
O ciclo térmico do cada ponto muda em função de cada passe e da posição de cada cordão aplicado.
Velocidade de resfriamento
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3.2.1 – Fatores definidores das características do ciclo térmico
Os principais fatores a serem observados na definição do ciclo térmico de determinado ponto constituinte de uma região soldada são:
Temperatura máxima (Tmax);
Temperatura crítica (Tc);
Temperatura inicial (To);
Tempo de permanência Tp;
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Temperatura máxima (Tmax) – É a maior temperatura que determinado ponto esteve sujeito durante o processo de soldagem. Se a temperatura máxima ultrapassar a temperatura de fusão dos materiais envolvidos então o ponto pertence à zona fundida, caso contrário este pertencerá ou não a ZTA;
A temperatura máxima atingida por um ponto da junta soldada é diretamente proporcional ao aporte líquido de calor, ou seja, elevados valores de aporte térmico implicam na elevação da temperatura máxima no ponto considerado.
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Temperatura crítica (Tc) – É a temperatura a partir da qual o material processado tem a possibilidade de sofrer transformações metalúrgicas no estado sólido. 
 Estas transformações podem alterar propriedades importantes do material ou aumentar a possibilidade de ocorrência de defeitos. 
 O valor da temperatura crítica vai depender do material sujeito à soldagem, por exemplo, no caso de algumas ligas de alumínio, esta temperatura é em torno de 3800C 
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Velocidade de resfriamento (v) – É a velocidade de resfriamento entre duas faixas de temperaturas consideradas importantes para ocorrência de transformações. 
Temperatura inicial (To) – É a temperatura de início de processamento, nem sempre é a temperatura ambiente. No caso dos procedimentos de soldagem utilizam pré-aquecimento, a temperatura inicial é diferente da temperatura ambiente
A velocidade de resfriamento depende de diversos fatores ligados à soldagem. Os principais pontos são discutidos a seguir: 
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A equação 4 relaciona a velocidade de resfriamento com as demais condições do processo de soldagem.
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Para o caso de chapas muito espessas a equação 4 adapta-se para a forma apresentada na equação 5. A grandezas envolvidas são as mesmas anteriormente apresentadas. 
Principais observações obtidas a partir das equações (4) e (5) apresentadas
 A velocidade de resfriamento depende das propriedades físicas do material processado. Ligas com maior condutibilidade térmica, como ligas a base de cobre e de alumínio, apresentam maiores velocidades de resfriamento;
 A velocidade de resfriamento depende da temperatura inicial de soldagem, isto justifica em alguns casos a utilização de pré-aquecimento. 
 Quanto maior a temperatura de pré-aquecimento da peça menor será a velocidade de resfriamento. 
 Por outro lado, quanto mais elevada for a temperatura inicial de processamento maior será a temperatura máxima do ciclo térmico.
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 A velocidade de resfriamento varia diretamente com a espessura da peça sendo soldada, isto é, quanto maior a espessura maior a velocidade de resfriamento. Entretanto, a variação tem um limite, a partir de uma determinada velocidade de resfriamento, por mais que se aumente a espessura, a velocidade de resfriamento não se altera.
 A velocidade de resfriamento varia inversamente com a energia de soldagem, isto é, quanto menor a energia de soldagem maior a velocidade de resfriamento. A influência da energia de soldagem na velocidade de resfriamento é maior em espessura mais finas
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Tempo de permanência (Tp) – O tempo de permanência em determinada temperatura indica a possibilidade de ocorrência das transformações que necessitam de tempo para sua efetivação. 
Em algumas situações práticas, embora a temperatura crítica tenha sido alcançada, porém o tempo de permanência nesta temperatura não foi o bastante para a ocorrência das transformações. Entre estas transformações encontra-se o crescimento de grãos metálicos.
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Define-se como partição térmica a curva que estabelece a variação de temperatura na região soldada em função da distância a partir do centro do cordão. Enquanto a análise do ciclo térmico possibilita a previsão da ocorrência ou não de transformações metalúrgicas, a partição térmica possibilita estimar a extensão das transformações.
Considerando que a temperatura Tc seja a temperatura de início de transformação do material processado, então as linhas tracejada na figura mostram que para a condição de maior aporte térmico a ZTA teria maior extensão..
 
3.3 – Partição térmica 
Figura 8 – Partição térmica
A figura 8 apresenta curvas de partições térmicas para duas condições de aporte térmico. Nota-se pela análise da figura que o maior aporte térmico implica na ampliação da ZTA medida a partir do centro do cordão. 
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Na maioria dos processos de soldagem o tempo de permanência da poça de fusão no estado líquido é apenas de alguns segundos, entretanto é suficiente para que umas sérias de reações simultâneas de origem químicas físicas e metalúrgicas se manifestem com influência direta na qualidade da junta produzida. As principais reações são:
Tanto nitrogênio oxigênio e hidrogênio podem se dissolver na poça de fusão durante a soldagem e afetar de forma significativa a qualidade do metal de solda. 
 
4 – Reações na poça de fusão. 
4.1 – Absorção gasosa na poça de fusão.
Os gases nitrogênio oxigênio e hidrogênio são os mais freqüentes contaminantes gasosos presentes na poça de fusão. Estes elementos freqüentemente provem do ar atmosférico, de consumíveis como fluxos e gases de proteção ou de contaminantes presentes no metal de base. 
O acentuado aumento na solubilidade gasosa experimentado pelos metais na passagem do estado sólido para o líquido é o principal responsável pela presença de gases no metal de solda. 
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A figura 9 apresentada a seguir ilustra esta condição para o caso do alumínio e hidrogênio. Pela análise da figura nota-se que a solubilidade do hidrogênio no alumínio aumenta aproximadamente 50 vezes ao atingir a temperatura de fusão.
Figura 9 – Solubilidade de H2 no alumínio.
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Para o caso do ferro e conseqüentemente o aço, além da mudança de estado, devem ser consideradas as mudanças alotrópicas, conforme é mostrado na figura 9.1 a seguir.
Fig. 9.1 – Solubilidade do alumínio no aço
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Oxigênio : 
Hidrogênio :
Na soldagem do aço reduz a tenacidade da junta soldada, em níveis controlados favorece a formação de ferrita acicular (estrutura desejável na soldagem). Na soldagem do alumínio pode formar óxidos de alto ponto de fusão que podem tornar-se inclusões na junta soldada;
Nitrogênio : 
Na soldagem do aço, em determinados níveis, aumenta a resistência mecânica, porém, reduz a tenacidade. Na soldagem do aço inoxidável austenítico reduz a ferrita e favorece a formação de trincas de solidificação;. Quando presente em quantidades elevadas, o nitrogênio pode causar porosidade em soldas. Este é o caso, por exemplo, de soldas realizadas pelo processo MAG com comprimento de arco excessivo ou com uma elevada quantidade de nitrogênio (cerca de 1%) no gás de proteção.
Na soldagem do alumínio é o principal responsável para formação de porosidades. Na soldagem do aço tem importante participação no mecanismo de formação das trincas a frio.;
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4.2 – Vaporização metálica: 
No primeiro caso, quanto maior for o valor da temperatura máximae o tempo de permanência nesta temperatura mais intensa será a vaporização metálica.
O principal problema associado com a vaporização metálica é perda de elementos de liga na forma de vapores metálicos devido ao intenso aquecimento da poça de fusão. Em alguns casos, como na soldagem da ligas de alumínio magnésio, a perda é significativa, podendo levar a perda pontual de resistência devido à redução no teor de magnésio.
Os principais fatores que influenciam na vaporização metálica são a temperatura da poça de fusão e a propriedade física dos metais envolvidos denominada de pressão de vapor. 
Com relação à pressão de vapor quanto maior for esta propriedade em determinado metal, maior será a possibilidade de vaporização a partir da poça de fusão. 
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A figura 10 apresentada a seguir mostra que a pressão de vapor do magnésio em qualquer temperatura é bem mais elevada que a do alumínio, justificando a vaporização do magnésio nas soldagens das ligas Al-Mg. Ainda na figura 10, é possível verificar que pela mesma condição o Mn sempre vaporiza mais facilmente na soldagem dos aços. 
Figura 10- Pressão de vapor em função da temperatura
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5 – Solidificação do metal de solda:
Um importante ponto de estudo no campo da metalurgia da soldagem é a e a estrutura resultante do resfriamento seguido da solidificação do metal de solda. 
Tal interesse justifica-se pelo fato de que a característica predominante da estrutura solidificada vai influenciar diretamente em importantes fatores definidores da qualidade da junta, como por exemplo, a capacidade de transmitir esforços mecânicos e a maior ou menor facilidade de propagar defeitos.
A figura 11 a seguir apresenta uma estrutura clássica formada a partir de processo de solidificação em lingoteiras. As diferentes regiões, caracterizadas por particularidades na forma dos grãos metálicos resultantes são as seguintes:
Figura 11 – Morfologia de grãos
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Zona coquilhada – Forma-se junto da parede da lingoteira ou molde e é constituída por pequenos grãos orientados ao acaso. A região coquilhada é constituída por grãos e finos formados devido à elevada taxa de nucleação que ocorre no metal líquido em contato com a parede do molde. 
Zona colunar: forma-se após a anterior e apresenta grãos alongados e dispostos paralelamente à direção do fluxo de calor durante a solidificação. A região colunar é formada a partir de grãos do lado interno da região coquilhada que crescem no sentido oposto ao de extração de calor pelo molde, ou seja, com direção de crescimento preferencial. 
Como resultado, os grãos melhor orientados crescem à frente dos demais, aprisionando e impedindo o crescimento destes. estrutura final torna-se caracterizada por grãos grosseiros, colunares ou alongados.
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Zona equiaxial central: A região colunar persiste até que as condições de solidificação se modifiquem e favoreçam a nucleação de novos grãos na região central do lingote. Os grãos desta região são uniformes e normalmente maiores que o da zona coquilhada.
Diversos mecanismos ligados ao processo de solidificação contribuem para a formação da estrutura resultante apresentada acima. A forma granular colunar é a menos desejável principalmente por sua facilidade em propagar defeitos e redução da resistência mecânica e tenacidade dos materiais.
E na soldagem ?????
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Embora as formas granulares apresentadas acima sejam também encontradas em cordões de solda, existem diferenças fundamentais entre as condições de solidificação nas condições “normais” ou em lingoteiras, e aquelas encontradas na soldagem. Os principais pontos a serem considerados são:
1 – Na soldagem por fusão ao arco elétrico, o metal de adição e o metal base são fundidos pelo calor de uma fonte móvel, o arco elétrico. Esta fusão é seguida por um superaquecimento considerável, particularmente na gota de metal de adição transferida da extremidade do consumível para a poça de fusão. 
2 – Na soldagem, o início da solidificação não ocorre com a formação de um elevado número de núcleos sólidos como na região coquilhada de uma peça fundida. Na poça de fusão, o metal líquido molha perfeitamente os grãos do metal base que formam a parede da poça (zona de ligação) e estes estão aquecidos a temperaturas muito próximas de seu ponto de fusão. Desta forma, uma região coquilhada raramente é formada.
3 – A área específica de contato para interação entre metal fundido, gases e escórias é muito grande se comparada com outros processos metalúrgicos, implicando em velocidades de resfriamento e solidificação extremamente elevadas, e dependentes de velocidade de soldagem, que em alguns casos, como na soldagem automatizada, pode ser muito elevada.
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Principais mecanismos recorrentes na solidificação de uma junta soldada:
1 – Crescimento epitaxial
Determinadas condições existentes na poça de fusão como elevados gradientes térmicos e o contato direto entre o metal líquido e metal sólido facilitam o crescimento direto do novo grão sólido sem a nucleação de novos grãos. Como resultado disto, os grãos da ZF (zona fundida) apresentam uma largura semelhante e a mesma orientação cristalina dos grãos do metal base dos quais são prolongamento.
Assim, os grãos da ZF localizados junto à linha de fusão são uma continuação dos grãos adjacentes da ZTA (zona termicamente afetada). Como o tamanho de grão na ZTA depende das características metalúrgicas do metal base e do ciclo térmico, pode-se esperar que o tamanho de grão primário na ZF dependa também dos parâmetros de soldagem que afetam o ciclo térmico, particularmente, aporte térmico líquido
A figura 12 a seguir ilustra o esquema da solidificação no modelo epitaxial.
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Na figura 12(A) é mostrada a vista superior da poça de fusão (PF) indicando a direção de velocidade de soldagem (V)
A figura 12(c) mostra um corte transversal da junta soldada e o metal de solda parcialmente formado, indicando que os grãos solidificados da ZF tem a mesma tendência da tamanho dos grãos da ZTA. 
Figura 12 – Modelo de solidificação epitaxial.
Na Fig. 12(B) são destacados a poça de fusão (PF) já parcialmente solidificada, mostrando que os grãos formam-se a partir dos grãos da ZTA. A curva (B”B) é conhecida como frente de solidificação e a linha (B’B) é linha ou zona de ligação.
A figura 12.1 representa uma ilustração metalográfica do crescimento epitaxial na soldagem do aço inoxidável. 
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Fig 12.1 -Crescimento epitaxial na soldagem do aço inoxidável
O modelo de solidificação não epitaxial, ou seja, não observando o modelo descrito acima, pode ocorrer em condições nas quais o metal de solda resultante tem a composição química muito diferente do metal de base (devido a natureza do metal de adição) ou na soldagem de materiais diferentes (soldagem dissimilar).
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2 – Crescimento competitivo 
A direção de extração de calor corresponde à normal à frente de solidificação em cada ponto na poça de fusão. Este fenômeno que ocorre em soldagem tem uma grande importância nas propriedades finais e pode ser responsável por certo grau de anisotropia (não uniformidade das propriedades) do metal de solda ou zona fundida. 
A “facilidade de crescimento” de um grão dependente de sua orientação em relação ao fluxo de calor estar alinhada com sua direção preferencial de crescimento cristalino. A solidificação de vários cristais aleatoriamente orientados causa uma seleção, isto é, os grãos melhor orientados em relação à direção de extração de calor tendem a crescer à frente dos demais grãos, que são bloqueados e impedidos de crescer.
A figura 13 a seguir ilustra de forma esquemática a formação de grãos segundo o modelo de crescimento competitivo.
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Figura 13 – Esquema de crescimento preferencial.
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5.1 – Efeito do formato da poça de fusão nas condições de solidificação.
Esta formação de poça, (figuras 14) ocorre quando a velocidade de soldagem é muito elevada e maior que a velocidade de solidificação. 
1 – Poça de fusão tipo gota alongada.				
Figura14 – Poça de fusão formato gota alongada.
Favorece a formação colunar dos grãos em decorrência de frente de troca de calor da poça de fusão permanecer praticamente inalterada, dando a frente de solidificação uma orientação relativamente constante em relação à direção de soldagem, o que favorece o crescimento desde a linha de fusão até o centro da solda.
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2 – Poça de fusão com formato elíptico. 
O ocorre em soldagens com menores velocidades de soldagem. Como a normal a frente de solidificação muda constantemente em função do perfil elíptico da superfície da poça de fusão, os grãos não encontraram direção ideal de crescimento favorecendo a formação de maior número de grãos com menor tamanho e aspecto menos colunar dando origem a uma estrutura mais favorável à qualidade da junta soldada. A figura 15 ilustra esta condição
				
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A figura 15.1 a seguir compara as condições de solidificação obtidas para dois níveis de velocidades utilizadas na soldagem TIG do Al 1xxx.
				
Para o resultado ilustrado na figura A , a velocidade de soldagem foi de 1000 mm/min., enquanto que para a figura B, a velocidade foi de 250 mm/ min. . Qual condição é mais favorável ????
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Variações na forma de solidificação: Influência do gradiente térmico (G) e velocidade de avanço da frente de solidificação (R)
A figura 16 apresenta os diferentes modos de avanço da frente de solidificação.
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Chalmer et al propuseram que o principal fator que leva a perda de estabilidade no avanço planar é o aumento do super-resfriamento constitucional que ocorre à frente de solidificação em função da redistribuição de soluto, que por sua vez, é decorrente das diferenças de solubilidade entre as fases sólida e líquida
Segundo esta teoria, para evitar o super-resfriamento constitucional, em termos quantitativos, a seguinte condição deve ser observada: 
Onde :
= Relação entre o gradiente térmico e a velocidade de avanço da interface sólido / líquido;
= Faixa de temperatura de solidificação para determinada concentração de soluto;
= Coeficiente de difusão da fase líquida à frente de solidificação; 
......6
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Esquema de formação da região de super-resfriamento constitucional
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A figura a seguir mostra que o modo de solidificação muda de planar para celular, para colunar dendrítico e finalmente para equiaxial dendrítico à medida que o grau de super-resfriamento constitucional aumenta. 
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Fatores influentes na morfologia da estrutura solidificada
Taxa de resfriamento
Experimentalmente tem sido observado que que em condições de maior taxa de resfriamento, ou seja, em menor tempo de solidificação as estruturas celulares e dendríticas tornam-se mais refinadas. Tal condição é ilustrada pela figura a seguir que apresenta variações de condições de solidificação de dendrítas para diferentes materiais e taxas de resfriamento. 
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Influências de G e R 
O produto G.R é na verdade a taxa de resfriamento 
Portanto, quanto maior for a taxa de resfriamento, mais refinada será a estrutura (celular ou dendrítica) solidificada. Esta condição é indicada na figura a seguir que ilustra as condições de solidificação de uma liga Sn-Pb.
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Pela análise da figura a seguir, é possível verificar que os parâmetros G e R tem forte influência nas condições de solidificação. A relação G/R determina o modo de solidificação enquanto o produto G.R o grau de refinamento da estrutura.
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Variações no modo de solidificação do metal de solda 
O modo de solidificação do metal de solda, pode variar desde a linha de fusão (contorno) até a linha de centro da poça de fusão, em função da influência dos parâmetros G (gradiente de temperatura) e R ( taxa de crescimento), conforme a figura a seguir.
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Analiticamente é possível demonstrar que a relação G/R diminui da linha de fusão em direção a linha de centro da poça de fusão. Isto sugere que o modo de solidificação pode mudar de planar para celular e dendrítico através da zona fundida, conforme é ilustrado na figura a seguir. 
A figura mostra três grãos que crescem por epitaxial na direção preferencial do cristal. A curta distância da linha de fusão ocorre a mudança para o modo celular e a medida que aproxima-se da linha de centro (menor valor da relação G/R), tende a tornar-se dendrítico
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Exemplos de ocorrências de mudanças no modo de solidificação
Relação entre velocidade de soldagem e taxa de solidificação
Pela análise da figura a seguir é possível estabelecer uma relação analítica entre a velocidade de soldagem (V) e a taxa de avanço da frente de solidificação.
Onde:
V dt = Vetor decorrente da velocidade de soldagem V após o intervalo de tempo dt.
R dt = Vetor decorrente da taxa de solidificação após intervalo de tempo dt. (direção [1 0 0] metais cúbicos)
Rn dt = Vetor normal ao contorno da poça de fusão após o intervalo de tempo dt.
Sendo possível estabelecer as relações:
Dividindo os termos por
= Ângulo entre o vetor V e a normal à frente de solidificação
.....7
...8
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Admitindo que a diferença pode ser aproximadamente igual a zero, e cos 0 = 1, a equação toma a forma a seguir: 
Possibilitando desta forma, avaliar as flutuações de R (taxa de solidificação), em diferentes posições na poça de fusão com o auxílio da figura a seguir.
Na linha de centro (centerline):
Na linha de fusão (fusion line):
Máximo valor
Mínimo valor
..........9
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Pela análise da figura a seguir é possível avaliar as variações de G (gradiente de temperatura) e R (taxa de avanço da frente de solidificação). 
Como a D1 é maior que a distância D2 (poça alongada) o gradiente térmico na linha de fusão GFL é maior do que na linha de centro GCL .
Portanto, se 
e
Logo
Ou seja, a relação G/R diminui da linha de fusão em direção à linha de centro, sugerindo possibilidade de mudança no modo de solidificação da condição de panar para celular dendrítico justificando o modelo indicado na figura a seguir. 
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Nesta linha de raciocínio segue que:
Se
e
Portanto:
Ou seja: Por este modelo, a taxa de resfriamento G x R aumente da linha de fusão em direção a linha de centro, sugerindo um refinamento da estrutura nesta direção, conforme anteriormente comentado.
A variação do espaçamento dendrítico pode ser explicado com auxílio dos ciclos térmicos e diagrama eutético mostrados a seguir 
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A análise da figura indica que o tempo de resfriamento através da faixa de temperatura de solidificação é menor na linha de centro (b) comparado ao tempo na linha de fusão (a)
Ou seja, a taxa de resfriamento aumenta e o espaçamento dos braços dendríticos diminuem da linha de fusão para a linha de centro.
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A figura a seguir ilustra esta condição na soldagem de uma liga de alumínio 6061 onde é possível verificar um refinamento da microestrutura no sentido da linha de fusão para a linha de centro. 
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Influência da energia da energia e velocidade de soldagem sobre a estrutura de solidificada no metal de solda.
De acordo com a equação (10) a seguir é possível prever que o aumento da energia (Q = U x I), mantendo-se constante a velocidade de soldagem, reduz-se o gradiente térmico G juntamente com a relação G/R, prevalecendo neste caso, solidificação dendrítica ao invés de celular. 
.............10
De acordo com a equação (11) a taxa de resfriamento aumenta com a redução do aporte térmico (Q/V = Energia / velocidade de soldagem). Portanto, espera-se aumento do espaçamento de braços dendríticos e espaçamento celular com o aumento do aporte térmico. 
.............11
Esta condição é ilustrada na figura mostrada a seguir
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Transformações de fase pós-solidificação
A ocorrência de transformações no estado sólido podem mudar de forma significante a microestrutura e propriedades da zona fundida (metal de solda).
Transformação austenita / ferrita nos aços comuns e de baixa liga.
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Nos aços de baixo teor de carbono, e aços de baixa-liga, a poça de fusão normalmentese solidifica como ferrita delta, que logo se transforma em austenita, a qual, por sua vez, pode se transformar em uma única fase ou em uma mistura complexa de constituintes, dependendo de fatores como velocidade de resfriamento, composição química, tamanho do grão austenítico, e quantidade de inclusões.
Em soldagem com vários passes, a microestrutura é mais complexa devido ao efeito refinador (em aços transformáveis) de um passe sobre os imediatamente anteriores. 
As propriedades finais da ZF dependerão de sua estrutura final, incluindo as microestruturas de solidificação e a secundaria, e a presença de descontinuidades e defeitos de soldagem.
Principais constituintes do metal de solda na soldagem dos aços de baixo carbono e baixa liga. 
Segundo classificação estabelecida pelo IIW, Os principais microconstituintes encontrados no metal de solda dos aços B.T. e B.L. são: 
 ferrita de contorno de grão – PF(G).
 ferrita poligonal intragranular – PF(I).
 ferrita com segunda fase (widemanstatten e Bainita)
 ferrita acicular – FA.
 Martensita – M.
O diagrama TRC (transformação em resfriamento contínuo) apresentado a seguir ilustra as condições de resfriamento associadas com as transformações.
O hexágono representa a seção transversal de um grão colunar austenítico, o qual, dependendo das condições resfriamento (e de outros fatores associados), promove a formação das diferentes microestruturas encontradas no metal de solda dos aços B.T e B.L. transformáveis. 
Fatores de Influência nas transformações
Em processos que ocorrem com resfriamento contínuo, como é o caso da 
soldagem, a faixa de temperaturas em que a austenita se transforma depende da estrutura do material austenitizado, de sua composição química e da velocidade de resfriamento.
 A nucleação de fases como ferrita e cementita, tende a ocorrer mais facilmente em contornos de grãos, mas, também, ocorre em inclusões, precipitados e outras descontinuidades estruturais.
A formação de novas fases a partir da decomposição da austenita ocorre por dois mecanismos básicos denominados genericamente de reconstrutivo e displacivo.
O mecanismo reconstrutivo ocorre pelo movimento individual dos átomos (difusão) através das fases envolvidas na transformação. Ocorre em temperaturas mais elevadas. Ex. Formação da ferrita intergranular.
O mecanismo displacivo ocorre pelo movimento coordenado e em conjunto dos átomos (sem difusão atômica) resultando em deformações da rede cristalina. Ex. Formação da martensita. 
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As figuras a seguir ilustra esta condição para os aços C.C. e ao Mn. Observar que no aço mais temperável (Mn) as transformações reconstrutivas e displacivas aparecem claramente em curvas separadas. 
Diagrama com diferentes domínios de transformação
PARTICULARIDADES ASSOCIADAS ÀS DIFERENTES FASES
Ferrita de contorno de grão – É o primeiro constituinte que se forma pela decomposição da austenita. Consiste de cristais de ferrita que nucleiam nos contornos de grão austeníticos, em elevadas temperaturas de transformação (800 -850ºC), na forma de mecanismo reconstrutivo. 
Representação esquemática de ferrita intergranular e poligonal
Apresentam uma forma lenticular ou equiaxial (figura), sendo facilmente observados com o uso de microscopia ótica na forma de veios longos no contornos dos grãos colunares austeníticos. Devido a estas características, uma grande quantidade de ferrita de contorno de grão é indesejável em soldas que devem apresentar uma elevada resistência à fratura frágil (clivagem).
Ferrita poligonal intragranular – Se a austenita tiver um tamanho de grão muito maior que a ferrita que está sendo formada nos seus contornos e houver sítios para nucleação intragranular, grãos de ferrita podem ser formados no interior da austenita (figura). 
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Na maioria dos casos, a transformação da austenita para ferrita de contorno de grão antecede a formação de ferrita poligonal intragranular.
Essas duas morfologias de ferrita são características de soldas com baixa velocidade de resfriamento e/ou baixo teor de elementos de liga.
Microconstituintes como perlita e outros são observados nos contornos da ferrita de contorno de grão e da ferrita poligonal intragranular.
Ferrita com segunda fase alinhada – Esta engloba constituintes que tendem a apresentar uma aparência muito similar quando são observados por microscopia ótica, particularmente a ferrita de Widmanstättem e a bainita (em geral, bainita superior). Ambos os constituintes podem iniciar o seu crescimento diretamente do contorno de grão da austenita (primária) ou a partir de grãos de ferrita de contorno de grão formados anteriormente (secundária).
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Ferrita de widemanstatten - Em temperaturas de transformação mais baixas, a mobilidade da frente de crescimento planar da ferrita primária (contorno de grão) diminui possibilitando a ocorrência da ferrita de widemanstatten. 
Esta formação é caracterizada pelo crescimento de placas formadas nos contornos de grão austeníticos. Embora ainda seja motivo de debate, acredita-se atualmente que a ferrita de Widmanstätten cresça por mecanismo displacivo. 
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Com o abaixamento posterior da temperatura o avanço do crescimento da ferrita de widemanstatten para o interior do grão torna-se excessivamente lento, favorecendo a formação de novos núcleos ferríticos de orientação randômica denominados de ferrita acicular. 
 A ferrita acicular forma-se intragranularmente, nucleando-se de forma heterogênea em sítios como inclusões resultantes da presença de oxigênio (ou próxima a estas), precipitados e outras irregularidades nos grãos austeníticos. Este constituinte é considerado o melhor para garantir uma tenacidade elevada para o metal de solda de aço.
Ferrita acicular
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A figura a seguir apresenta micrografias de metal de solda de aços B.C. e B.L. 
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Martensita: Em aços com maior teor de carbono ou de outros elementos de liga e em soldagens com maior velocidade de resfriamento, a formação de ferrita pode ser parcial ou completamente suprimida, havendo a formação de uma estrutura predominantemente martensítica na zona fundida. Esta estrutura apresenta geralmente alta dureza baixa tenacidade, particularmente em aços com teor de carbono mais alto. É altamente indesejável na soldagem haja vista que é a estrutura preferencial para a formação das trincas a frio
5.4 - Influência da composição e da velocidade de resfriamento
A influência da composição química e da velocidade de resfriamento na formação dos diferentes constituintes descritos acima é complexa. Diferentes elementos podem influenciar nos detalhes da reação de decomposição da austenita. A seguir, é apresentado, de forma resumida, o efeito de alguns elementos químicos na formação da microestrutura da zona fundida.
Carbono – É possivelmente o elemento de maior influência na microestrutura do metal de solda dos aços. Em geral, o teor de carbono dos aços trabalháveis por soldagem fica entre 0,05 e 0,15%. Nesta faixa, o carbono controla principalmente a quantidade de carbonetos formados, mas também favorece a formação de ferrita acicular em lugar da ferrita primária de contorno de grão. Teores acima de 0,25% aumentam consideravelmente a possibilidade da formação de martensita.
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Manganês – Promove um refinamento da microestrutura. Um aumento de seu teor até cerca de 1,5% leva ao aumento da formação de ferrita acicular em lugar de ferrita primária de contorno de grão. É utilizado como desoxidante e dessulfurante.
Silício – É o principal desoxidante do metal de solda, sendo, neste aspecto, cerca de quatro vezes mais efetivo que o manganês. Não é muito efetivo para promover a formação de ferrita acicular..
Níquel – Influencia a microestrutura de forma similar, mas menos intensa do que o Mn, favorecendo o refinamento do estrutura e a formação de ferrita acicular. Em termos de propriedades mecânicas,o Ni tem um importante efeito benéfico na tenacidade da solda.
Molibdênio e cromo - Estabilizam da ferrita e aumentam a temperabilidade. Tendem a reduzir a quantidade de ferrita de contorno de grão, favorecendo a formação de ferrita acicular e principalmente de bainita superior
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6- Características da Zona Afetada Termicamente
Características da ZTA dependem fundamentalmente do tipo de metal de base, do processo e procedimento de soldagem, isto é, do ciclo térmico e da repartição térmica. 
De acordo com o tipo de metal que esta sendo soldado, os efeitos do ciclo térmico poderão ser os mais variados. No caso de metais não transformáveis (por exemplo, alumínio), a mudança estrutural mais marcante será o crescimento de grãos ou o recozimento. Em metais transformáveis, como os aços carbono e aços baixa-liga, a ZTA será mais complexa. As regiões características são apresentadas a seguir.
Região de crescimento de grão – Compreende a região do metal de base, mais próxima da solda, que foi submetida a temperaturas próximas da temperatura de fusão. Nesta situação, a estrutura austenítica sofre um grande crescimento de grão. Este crescimento dependerá do tipo de aço a da energia de soldagem (processos de maior energia resultarão em granulação mais grosseira) o que é um fator agravante em decorrência da epitaxia.
A estrutura final de transformação dependerá do teor de carbono, do teor de elementos de liga, do tamanho de grão austenítico e da velocidade de resfriamento. De um modo geral, esta região é caracterizada por uma estrutura grosseira, com placas de ferrita, podendo conter perlita, bainita ou martensita. Esta região é a mais problemática da ZTA de um aço, podendo ter menor tenacidade e ate apresentar problemas de fissuração a frio.
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Região de refino de grão – Compreende a porção de junta aquecida a temperaturas comumente utilizadas na normalização dos aços (900 a 1000 oC.). Após o processo de soldagem, esta região é caracterizada, geralmente, por uma estrutura fina de ferrita não sendo problemática na maioria dos casos.
 Região intercrítica. – É a região mais afastada do cordão de solda. Nesta região, a temperatura de pico oscila em torno de 727oC, é caracterizada pela transformação parcial da estrutura original do metal de base e apresentam mudanças micro estruturais cada vez mais imperceptíveis.
7 – Descontinuidades comuns em soldas.
De acordo com as exigências de qualidade da junta soldada (normas), uma descontinuidade pode ser considerada um defeito, exigindo ações corretivas. Devido ao alto custo destas ações, a presença de defeitos deve ser sempre evitada. 
Descontinuidades Dimensionais – Distorções, dimensões incorretas, reforço ou largura do cordão excessivo etc..
Segundo a AWS (American Welding Socity), as descontinuidades são divididas em três categorias básicas
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Descontinuidades metalúrgicas – Porosidades, trincas a frio, trincas de liquação, trincas de solidificação etc..
 Descontinuidades ligadas ao processo – Inclusões de tungstênio, falhas de fusão ou penetração, mordeduras etc.
7.1 – Porosidades
. Porosidades são descontinuidades de origem metalúrgica causadas primariamente pela retenção gasosa durante a existência da poça de fusão na forma líquida. O principal fator químico-metalúrgico de influência é o considerável aumento nos níveis de solubilidade gasosa experimentado pelos metais por ocasião da mudança de estado físico sólido-líquido, conforme é mostrado na figura 9, anteriormente apresentada .
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Particularmente no caso do alumínio, a situação torna-se crítica se considerarmos a rápida solidificação da poça de fusão deste material em função do elevado coeficiente de condução de calor. Esta condição praticamente inviabilizou a soldagem do alumínio com o processo eletrodo revestido que utiliza revestimento altamente higroscópico (absorve umidade intensamente).
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Certos elementos dissolvidos na poça de fusão podem reagir entre si e o resultado da reação pode ser um gás na forma de bolhas que podem resultar em porosidade se não escaparem do metal líquido antes de sua solidificação. 
Um exemplo importante é a formação de porosidade em aço ou em ligas de níquel pelo CO resultante da reação entre o oxigênio e o carbono dissolvidos na poça de fusão (2C + O2 → 2CO). Esta reação pode ocorrer quando o teor de elementos desoxidantes (neste caso, elementos que apresentam uma maior afinidade pelo oxigênio do que o carbono) na poça de fusão for insuficiente para preveni-la. 
Particularmente no caso do alumínio, a situação torna-se crítica se considerarmos a rápida solidificação da poça de fusão deste material em função do elevado coeficiente de condução de calor. Esta condição praticamente inviabilizou a soldagem do alumínio com o processo eletrodo revestido que utiliza revestimento altamente higroscópico (absorve umidade intensamente).
Em um diagrama de energia livre de formação de óxidos como mostrado na figura 16, os elementos candidatos a desoxidantes são aqueles cujas linhas se localizam abaixo das linhas dos elementos que não devem ser oxidados. 
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Pela análise da figura 16, é possível concluir que tanto o manganês quanto o silício tem menor energia livre para formação de óxidos do que o ferro, portanto estes dois elementos têm potencial para serem utilizados como desoxidantes n soldagem do aço. 
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Uma bolha de gás pode ser aprisionada pelo metal solidificado, formando um poro, quando essa não se desprende de seu ponto de nucleação antes que o metal solidificado a cerque. O desprendimento da bolha é influenciado por vários fatores como a sua velocidade de crescimento, a sua facilidade de se soltar do substrato, a velocidade e a morfologia da frente de solidificação, a composição química do metal líquido, etc.. 
A figura 17 apresentada a seguir ilustra as etapas de formação de porosidades desde a absorção na forma líquida até a retenção no metal de solda solidificado.
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Porosidade fina e dispersa pode ser tolerada na maioria das aplicações, pois não afeta de forma significativa a resistência mecânica e a fadiga da solda, porém, as porosidades podem ser em alguns casos o ponto de partida para a propagação de trincas, com efeitos altamente danosos à junta soldada. Porosidade densa ou grosseira pode exigir a remoção da região afetada e o seu reparo.
A quantidade e o tipo de porosidade dependem tanto da quantidade de gases absorvida pelo metal fundido como das condições para a evolução destes gases na poça.. A figura 18 mostra o aspecto de ocorrências de porosidades esféricas na soldagem MIG do alumínio.
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Causas práticas das porosidades:
Contaminação da junta solda com umidade proveniente de fluxos higroscópicos acondicionados inadequadamente, hidrocarbonetos, ferrugem, vazão de gás de proteção mal dimensionada, corrente de ar instabilidade na transferência metálica etc..
Medidas corretivas : 
Basicamente eliminar as fontes de contaminação, ou seja, acondicionar adequadamente fluxos e eletrodos, limpar adequadamente a junta soldada eliminando hidrocarbonetos e ferrugem (no caso dos aços), 
Adotar valores adequados de vazão no caso dos processos com proteção gasosa selecionar adequadamente consumíveis visando neutralizar a ação de gases causadores de porosidade.
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7.2 – Trincas de solidificação
Fissuras, ou trincas, são consideradas um dos tipos mais graves de descontinuidade em uma junta soldada. Formam-se quando tensões de tração se desenvolvem em um material fragilizado e incapaz de se deformar plasticamente para absorver estas tensões. 
Tensões de tração elevadas se desenvolvem na região da solda como resultado das expansões e contrações térmicas localizadas (associadas com o aquecimento não uniforme característico da soldagem), das variações de volume devido a transformações de fase e como resultado das ligações entre as peças sendo soldadas e o restante da estrutura.
Problemas de fissuração em soldagem podem ocorrer tanto em aços como em ligas não ferrosas, com as fissuras se localizando na ZF, e na ZTA (liquação),conforme é mostrado na figura 19. As fissuras podem ser macroscópicas, com até vários centímetros de comprimento (macro fissuras) ou serem visíveis somente com um microscópio (microfissuras).
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Trinca intergranular ou trinca de solidificação– Trincas de solidificação as quais são freqüentemente observadas em peças fundidas também ocorrem na soldagem por fusão como mostrado na figura 20. Tal descontinuidade, conforme é mostrado na figura 21 é intergranular, ou seja, ocorre ao longo dos contornos dos grãos do metal de solda. 
A trinca de solidificação intergranular ocorre nos estágios finais do processo de solidificação quando a tensão de tração desenvolvida nos grãos adjacentes excede a resistência do quase solidificado metal de solda. A severidade da tensão é parcialmente responsável pela formação da trinca e aumenta com o grau de restrição e espessura da junta soldada.
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Os principais fatores metalúrgicos que afetam a susceptibilidade dos materiais às trincas de solidificação são: a faixa de temperatura de solidificação; a quantidade e distribuição de líquido nos estágios finais da solidificação; tensão superficial da interface líquido e superfície do grão, estrutura do grão. 
Fatores metalúrgicos
Os principais aspectos ligados a estes fatores metalúrgicos serão discutidos a seguir.
Faixa de temperatura de solidificação – Ligas metálicas com ampla faixa de solidificação para determinado percentual de soluto são as mais susceptíveis ao surgimento de trincas. A faixa de solidificação de uma liga metálica aumenta consideravelmente com a presença de impurezas. A figura 22 mostra diferentes faixas de temperatura de solidificação para ligas cobre níquel.
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A figura 23 mostra o efeito de vários elementos, incluindo fósforo e enxofre, na faixa de temperatura de solidificação do aço carbono comum e de baixa liga. Pela análise da figura verifica-se que o enxofre e o fósforo aumentam acentuadamente a faixa de solidificação dos aços. 
Tanto fósforo quanto enxofre apresentam forte tendência a segregar para os contornos dos grãos onde freqüentemente formam compostos com baixo ponto de fusão. O composto sulfeto de ferro tem sido apontado como o principal responsável pelo desenvolvimento de trincas de solidificação nos aços.
Portanto: quanto maior a faixa de temperatura de solidificação da liga, mais líquido permanece entre os contornos de grãos durante o resfriamento da junta e conseqüentemente maior a possibilidade de formação de trincas de solidificação. A figura 24 ilustra esquematicamente este processo.
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Influência da estrutura dos grãos.
Quanto menor o tamanho dos grãos e maior a tendência ao aspecto equiaxial menor é susceptibilidade às trincas de solidificação, 
Por outro lado, grãos colunares facilitam a formação e a propagação das trincas. Esta condição pode ser verificada na figura 25 onde é apresentada a relação entre as ocorrências de trincas e tamanho de grão para diversas ligas de alumínio.
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Um detalhe interessante a ser observado na figura 25 é que a liga A1070 não é susceptível a trincas por tratar-se de alumínio comercialmente puro.
A figura 26 exemplifica esta condição mostrando uma trinca de solidificação no centro do cordão na soldagem do aço inoxidável que resultou em morfologia dos grãos grosseira e com tendência colunar. Outro aspecto a considerar com relação ao tamanho dos grãos é grãos menores deformam-se com mais facilidade, ou seja, são mais dúcteis do que grãos colunares, facilitando a absorção das forças trativas.
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Outro aspecto a considerar com relação ao tamanho dos grãos é grãos menores deformam-se com mais facilidade, ou seja, são mais dúcteis do que grãos colunares, facilitando a absorção das forças trativas.
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Evitando ou minimizando as ocorrências de trincas de solidificação.
O primeiro aspecto a ser considerado no controle das trincas de solidificação é evitar composições de metal de solda com elevada susceptibilidade a formação de trincas.
A figura a seguir exemplifica esta condição para as ligas alumínio magnésio (5xxx) e alumínio cobre (2xxx).
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A figura 27 mostra a influência da utilização do manganês como elemento redutor da susceptibilidade a ocorrências de trincas na soldagem do aço. Pela análise da figura 27 nota-se que para baixos valores da relação Mn/S ocorrem trincas mesmo para a condição de baixo teor de carbono, onde a soldabilidade do aço é mais elevada.
Um importante ponto a ser considerado neste caso, é o controle da diluição, que pode ser feito através do projeto adequado do chamfro. Soldagem de materiais (metal de base) com grande possibilidade de formar trincas deve ser planejada para resultar em baixa diluição, ou seja, pequena participação do metal de base no metal de solda e maior participação do adequadamente selecionado metal de adição.
No caso específico da soldagem dos aços a maior preocupação deve ser em evitar a formação de sulfeto de ferro (FeS), como já discutido anteriormente, trata-se de composto de baixo ponto de fusão com grande participação na formação de trincas.
A principal alternativa para neutralizar a formação do FeS é a utilização de manganês (Mn) no metal de adição que irá ligar-se ao enxofre formando o composto sulfeto de manganês (MnS) que apresenta o ponto de fusão bem mais elevado que o sulfeto de ferro (FeS).
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Com relação ao fósforo, este não pode ser neutralizado pelo manganês, o único recurso é controlar seu teor evitando revestimentos orgânicos, e contaminação por graxas e óleos na região de soldagem. 
Aspectos ligados ao processo.
Alguns aspectos ligados ao processo podem ser utilizados na tentativa de evitar a ocorrência das trincas de solidificação. Por exemplo, a velocidade de soldagem deve ser regulada para originar poça de fusão elíptica que conforme mostrado anteriormente proporciona a formação de estrutura granular menos propícia para a formação e propagação de trincas.
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Outro fator que favorece a formação de trincas de solidificação é o grau de restrição imposto a junta soldada. Quanto maior o grau de restrição, maiores as deformações e tensões residuais que participam do mecanismo de formação de trincas. 
A forma do cordão de solda produzido também pode alterar para mais ou para menos a possibilidade de ocorrência de trincas. Cordões côncavos produzidos por passe único em solda de filete desenvolvem maiores níveis de tensão que cordões convexos, e tem maior possibilidade de formação de trincas superficiais (fig. 28)
Altos valores de aporte térmico líquido elevam a temperatura máxima na soldagem aumentam o tamanho dos grãos da ZTA que por epitaxia induzem a formação de grãos maiores na de ZF, favorecendo desta forma, a formação e propagação trincas.
Infelizmente as restrições impostas às juntas são determinadas pelas condições de projeto da estrutura metálica, sem grandes possibilidades de alterações.
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Outro ponto ligado ao aspecto geométrico do cordão que pode influenciar na formação de trincas é a relação entre a largura e a profundidade do cordão.
Elevados valores desta relação favorecem a formação de trincas conforme é mostrado na figura 29. Esta condição é justificada pelo fato de que cordões com o perfil mostrados na figura 25(a) favorecem o crescimento dos grãos solidificados em direção predominante.
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7.3 – Trincas por Liquação na ZTA
Este líquido, em contato com contornos de grão e dependendo de sua capacidade de molhá-los, pode espalhar-se entre os grãos na forma de um fino filme. Nestas condições, o material fica fragilizado e trincas podem se formar no resfriamento, com o aparecimento de tensões trativas. 
Este termo refere-se a trincas formadas na ZTA, em regiões aquecidas a temperaturas próximas da linha sólidus do metal base, e que são associadas com a formação, por diferentes causas, de bolsões de material líquido nesta região.
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Trincas de liquação ocorrem sempre próximas da linha de fusão, embora possam, às vezes, penetrar em regiões submetidas a menores temperaturas de pico, particularmentequando associadas a outros mecanismos de fissuração. Ao microscópio ótico, este tipo de trinca apresenta um aspecto serrilhado típico de abertura variável, ocorrendo sempre ao longo dos contornos de grão.
Este líquido, em contato com contornos de grão e dependendo de sua capacidade de molhá-los, pode espalhar-se entre os grãos na forma de um fino filme. Nestas condições, o material fica fragilizado e trincas podem se formar no resfriamento, com o aparecimento de tensões trativas. 
Este tipo de fissuração foi observado em aços inóxidáveis austeníticos e ligas não ferrosas e está associado a inclusões e precipitados que podem se fundir durante o ciclo térmico de soldagem, tais como inclusões de sulfeto, inclusões de silicatos de baixo ponto de fusão, carbonetos, e fases intermetálicas nas ligas de alumínio.
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A figura 29.1ilustra o mecanismo de formação das trincas de liquação. 
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Tratamentos térmicos dos aços (Revisão).
Diagrama TTT – Temperatura x tempo x transformação. – indicam a estrutura final do aço considerando as temperatura de aquecimento, tempo de resfriamento e transformação sofrida, de acordo com a constituição química.
Diagramas TTT e diagramas TRC
Ferrita + Perlita
Ferrita + Perlita
Bainita
50% martensita; 50% bainita
100% martensita
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Diagrama TRCT – Transformação em resfriamento contínuo.– Melhor representação das condições de soldagem.
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 Tratamento térmico dos aços
Tratamentos térmicos podem ser definidos como processos em que um metal, no estado sólido, é submetido a um ou mais ciclos de aquecimento e resfriamento para alterar, de forma desejada, uma ou mais de suas propriedades. 
Os aços podem ser submetidos a diferentes tratamentos térmicos visando um dos seguintes objetivos.
Remover as tensões induzidas pelo trabalho a frio ou remover as tensões originadas por resfriamento não uniforme de peças aquecidas;
Diminuir a dureza e aumentar a ductilidade; 
Aumentar a dureza, a resistência mecânica e a resistência ao desgaste;
Aumentar a tenacidade de forma a combinar uma alta resistência à tração e uma boa ductilidade, permitindo suportar esforços dinâmicos (choques mecânicos).
Prevenir ou minimizar a ocorrência de efeitos colaterais indesejáveis na soldagem. 
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 Os principais tratamentos térmicos dos aços são: 
Têmpera: consiste no aquecimento de uma peça até a sua completa austenização, seguido de seu resfriamento a uma velocidade suficientemente rápida para causar a formação de martensita. Isto é usualmente conseguido por imersão em banho de salmoura, água ou óleo. Devido à maior inércia para a transformação dos aços mais ligados, estes são mais facilmente temperáveis.
A têmpera pode causar um aumento significativo na dureza e resistência dos aços, particularmente aqueles com maior teor de carbono (figura). Este aumento de resistência é, contudo, acompanhado por uma perda proporcional de ductilidade.
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 Revenimento: pode ser realizado após a têmpera com o objetivo de reduzir a fragilização do aço, às custas de uma certa perda de dureza. Isto é conseguido através da decomposição da martensita (que é uma fase metaestável e com uma estrutura cristalina intensamente distorcida pelos átomos de carbono em solução sólida) em uma dispersão de carbonetos numa matriz ferrítica. 
O tratamento é realizado a uma temperatura inferior à temperatura eutetóide e a perda de dureza aumenta usualmente com a temperatura e o tempo de revenimento (fig.)
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 Recozimento: Este tratamento tem como objetivo obter no material uma estrutura próxima do equilíbrio. Uma forma de recozimento consiste em austenizar o aço e em seguida resfriá-lo lentamente, usualmente dentro do próprio forno. Outra é o recozimento de recristalização, que é aplicado a um material encruado (deformado plasticamente a frio).
Durante este tratamento, o material sofre recristalização, isto é, a sua estrutura deformada, dura, com grande quantidade de defeitos cristalinos (principalmente deslocações) e, portanto, afastada do equilíbrio, é substituída por uma estrutura com uma quantidade muito menor de defeitos e sem deformação através da nucleação e crescimento de novos grãos. 
Após o recozimento, o aço tende a se tornar macio, dúctil e fácil de ser cortado e dobrado.
Normalização: Este tratamento consiste em austenizar o material e em seguida resfriá-lo ao ar, e, portanto, de uma forma mais rápida que no tratamento anterior. A normalização é usualmente utilizada para a obtenção de uma estrutura mais fina e mais dura do que a obtida no recozimento e, também, para tornar a estrutura mais uniforme ou para melhorar a usinabilidade.
Alívio de tensões: Consiste no aquecimento do aço a uma temperatura inferior à sua temperatura eutetóide e tem como objetivo causar a relaxação de tensões internas no material, resultantes de processos de conformação mecânica, soldagem, etc.
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 7.4 – Trincas provocadas por hidrogênio difusível ou trincas a frio
Esta forma de fissuração é considerada um dos maiores problemas de soldabilidade dos aços estruturais comuns, particularmente para processos de baixa energia de soldagem. 
Pode ocorrer tanto na ZTA como na ZF. A trinca se forma quando o material está próximo da temperatura ambiente. A sua formação se inicia após um período inicial, tendendo a crescer de forma lenta e descontínua e levando até 48 horas após soldagem para a sua completa formação. 
A fissuração pelo hidrogênio tem sido associada muitas vezes com a falha prematura de componentes soldados, ajudando a iniciação de fratura frágil (sem qualquer indicativo anterior de falha) ou por fadiga. A fissuração pelo hidrogênio é muitas vezes citada na literatura técnica com diferentes nomes, como: "cold cracking" (fissuração a frio), "delayed cracking" (fissuração retardada), "underbead cracking"(fissuração sob o cordão 
As trincas a frio podem ser longitudinais, transversais, superficiais ou sub-superficiais, se originando, freqüentemente, a partir de concentradores de tensão, como a margem ou a raiz da solda. Ocorre principalmente na ZTA, na região de crescimento de grão, mas pode também ocorrer na zona fundida. As figuras 30 e 31 mostram o aspecto típico de uma trinca provocada pelo hidrogênio difusível.
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As trincas a frio ou induzida por hidrogênio ocorrem pela presença simultânea de três fatores:
 Contaminação do metal de solda por hidrogênio;
 Estado de tensão residual;
 Microestrutura susceptível no metal de solda ou zona termicamente afetada
Contaminação do metal de solda por hidrogênio – O denominado hidrogênio difusível (H+) advém da dissociação no arco elétrico das moléculas de gás hidrogênio (H2) introduzidas na região de soldagem a partir do ar atmosférico ou demais fontes de contaminação tais como fluxos de soldagem mal acondicionados, hidrocarbonetos (óleos graxas e similares), fluxos celulósicos entre outras.
Como a solubilidade gasosa do aço no estado líquido é elevada o hidrogênio é facilmente absorvido pela poça de fusão, permanecendo no metal de solda, em condições de saturação, após o processo de solidificação.
O nome hidrogênio difusível deve-se a facilidade do átomo H+ movimentar-se (difundir) na estrutura cristalina do aço, em função principalmente do seu raio atômico ser bem menor que o raio atômico do ferro. Esta condição permite ao hidrogênio difusível atingir diferentes regiões da zona fundida e zona termicamente afetada.
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Microestrutura susceptível no metal de solda ou zona termicamente afetada - particularmente a martensita, é, em geral, a microestrutura mais sensível a fissuração pelo hidrogênio. Martensita é a microestrutura formada a partir do resfriamento rápido do aço, com teor de carbono acima de 0,3%, a partir da estrutura austenítica. É uma estrutura típica dos aços temperados e tem como principais propriedades a elevada dureza e fragilidade.
Estado de tensão residual – Na prática, tensão residual de soldagem é um fator praticamente presente em todos os processos de soldagem porfusão. São induzidas pelas dilatações e contrações devidas ao ciclo térmico assim como pelo “enrugamento” (redução de volume) provocado pela solidificação. As tensões residuais de soldagem serão tanto mais intensas quanto maior for o grau de restrição da junta soldada.
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7.4.1 – Fatores químicos físicos e metalúrgicos de influência.
Elevação da solubilidade gasosa no estado líquido – Esta condição, mostrada na figura 28, é uma particularidade de todos os metais no estado líquido. É o fator responsável pela absorção de grande quantidade de hidrogênio através da poça de fusão. Quando a molécula de hidrogênio não é dissociada ocorre a formação de porosidades, quanto isto ocorre, dá origem ao hidrogênio difusível H+ no metal de solda solidificado. 
Balanceamento entre os índices de solubilidade de difusividade – O mecanismo de formação de trincas mostrado esquematicamente na figura 33, tem por base o balanceamento entre os índices de solubilidade e difusividade do hidrogênio nas diferentes formas alotrópicas assumidas pelo aço durante seu processo de resfriamento. 
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A partir da análise da figura 33 os seguintes pontos são destacados
1 – A solidificação da poça de fusão da origem a fase sólida austenita (ferro γ) considerando que o metal de solda é não temperável, ou seja, apresenta teor de carbono abaixo de 0,3% (grande maioria dos casos práticos) o com o resfriamento do metal de solda a austenita irá transformar-se ferrita (ferro α) e frações de cementita (Fe3C).
É um modelo utilizado para explicar como o átomo de hidrogênio é capaz de provocar trincas na ZTA de aços temperáveis (teor de carbono acima de 0,3%). 
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2 – Parte do metal base é austenizada em decorrência do aquecimento imposto pelo ciclo térmico acima da temperatura crítica dando origem a ZTA. Como o metal base é temperável (teor de carbono acima de 0,3%) e admitindo que o resfriamento seja suficientemente rápido, a estrutura final resultante na ZTA é martensita.
3 – O hidrogênio inserido através da poça de fusão fica inicialmente retido na fase austenítica formada no metal de solda, na qual, embora menor que na forma líquida a solubilidade é a maior de todas as fases sólidas.
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4 – No metal de solda, com o resfriamento da austenita forma-se a nova fase predominante (ferrita α). Conforme o indicado na figura 32 ocorre uma redução na solubilidade de hidrogênio na nova fase. Nesta condição, afastado da condição de equilíbrio por conta da saturação os átomos de hidrogênio migram para a ZTA que ainda permanece na forma austenítica. Este movimento é facilitado pela maior difusividade do hidrogênio no ferro α (ferrita) do que na austenita conforme é apresentado na figura 34.
A defasagem nas transformações γ - α existente entre o metal de solda e o metal base, proporcionando a janela A-B por onde o hidrogênio migra para a ZTA é atribuída a diferença de temperabilidade estas regiões da junta soldada.
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5 – Finalmente na ZTA, o resfriamento rápido da austenita dá origem a martensita, caso não haja tempo para que o hidrogênio escapar para a atmosfera ocorrerá à trinca, como indicado na figura 33.
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Evitando a formação da estrutura martensítica – Para evitar a formação de martensita é importante lembrar que esta estrutura é obtida intencionalmente ou não a partir do resfriamento rápido da austenita nos aços temperáveis, ou seja, aços com teor de carbono acima de 0,3%. Portanto, dois aspectos devem ser considerados: a seleção de metal base e o controle do resfriamento.
Uma medida efetiva é evitar a presença de soldas muito próximas umas as outras e procurar sempre a melhor seqüencia de montagem. Na execução das soldas, a adoção de seqüências especiais de deposição e cuidados para se evitar a presença de concentradores de tensão como mordeduras, reforço excessivo e falta de penetração na raiz.
Seleção do metal de base – Deve se basear na escolha de um material que apresente uma menor temperabilidade. Logicamente, esta seleção é limitada por fatores ligados ao projeto da estrutura como o custo do material e a resistência mecânica mínima exigida para aplicação. A soldabilidade, e em particular a resistência à fissuração pelo hidrogênio, pode ser melhorada pela redução do teor de carbono e do carbono-equivalente do material.
Fórmulas de carbono equivalente são usadas comumente para estimar a sensibilidade à fissuração pelo hidrogênio de um aço. Existem várias destas fórmulas na literatura, nestas, a influência relativa dos diferentes elementos de liga do aço é colocada em termos de equivalentes de carbono, de modo que, quanto maior o valor do carbono-equivalente de um aço, maior a sua sensibilidade à fissuração.
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Uma fórmula muito utilizada e recomendada pelo IIW (Instituto Internacional de Soldagem) é apresentada a seguir. Aços com valores de carbono equivalente abaixo de 0,35 são considerados de boa soldabilidade e tem baixa susceptibilidade à ocorrência de trincas.
Controle de resfriamento – Quando por condições estabelecidas no projeto da estrutura metálica a soldagem de um aço temperável é inevitável, o principal recurso disponível para evitar a formação de martensita no intuito de evitar a ocorrência de trinca é o controle de resfriamento através do uso de preaquecimento da junta soldada.
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Nestas condições se o objetivo é reduzir a velocidade de resfriamento, dois caminhos devem ser seguidos: aumentar o aporte térmico líquido e diminuir o valor da diferença (Tc – To), sendo que no segundo caso, o efeito será mais intenso em função do expoente cúbico deste fator. Para aumentar (TC – TO) considerando que a temperatura crítica é definida pelo ciclo térmico, o único caminho a seguir é recorrer ao preaquecimento haja vista que To é a temperatura de início de processo.
Pela analisa e da equação (4) reapresentada nesta seção, nota-se que a velocidade de resfriamento, conforme já discutido anteriormente, depende fundamentalmente de dois fatores ligados as procedimentos de soldagem: aporte líquido de calor (Apt’) e o fator (Tc – To) que representa a diferença entre a temperatura crítica de transformação (austenização no caso dos aços) e a temperatura ambiente.
Considerando o aporte térmico líquido, a leitura a ser feita é que valores de aportes térmicos muito baixos podem levar a elevadas velocidades de resfriamento e favorecer a ocorrência de trincas. Na prática, tal situação pode ocorrer em operações de ponteamento de peças espessas. 
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O pós-aquecimento é usado em casos particularmente sensíveis à fissuração e consiste em manter aquecido a junta ou toda a peça por um período de tempo após a soldagem, para permitir a evolução do hidrogênio, sendo somente depois resfriada à temperatura ambiente. Em casos extremos, a peça pode ser submetida a um tratamento térmico imediatamente após o pós-aquecimento de modo a eliminar os fatores causadores de fissuração antes que a peça atinja a temperatura ambiente.
Bainita
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Seleção de consumíveis – Em alguns casos, principalmente na soldagem de manutenção freqüentemente surge à necessidade de soldagem de aços de elevadas temperabilidades tornando a formação de martensita praticamente inevitável. 
Nestes casos um recurso que pode ser utilizado na prevenção de trincas é a utilização de eletrodos especiais que possibilitam que o metal de solda permaneça na forma austenítica mesmo a temperatura ambiente.
A justificativa para este procedimento é baseada em dois aspectos: A maior solubilidade da austenita evita a migração do hidrogênio para ZTA como mostrado na figura 28, além da boa ductilidade da austenita reduzir o nível de tensão na região soldada.