relatório de soldagem

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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNA
Curso de Engenharia Mecânica
Laboratório de soldagem
Professora: Fernanda Dias Troysi
Análise metalográfica da solda pelo processo de eletrodo revestido
 Autores,
Bruno Calixto
Bruno Anacleto
Eduarda Granato
Liliane Mapa
INTRODUÇÃO 
Este procedimento prescreve os conceitos gerais aplicados na preparação do corpo de prova para uma análise microscópica. Aplica-se a todos os materiais e produtos metálicos ferrosos. As técnicas metalográficas dos não ferrosos são, em princípio, semelhantes às utilizadas nas ligas ferrosas, por exemplo, aços e ferros fundidos, exigindo, entretanto, preparação mais meticulosa, alicerçadas na total atenção e paciência do preparador.
1.1. Breve histórico da metalografia
A metalografia, encarada como uso de aspectos visuais do metal para controle de suas propriedades, teve origem no oriente por volta do ano 800 D.C. Nesta época usavam-se materiais compósitos como aço de alto carbono, ou combinação de aço e ferro, para produção de aço por forjamento, o que produzia uma microestrutura visível a olho nu. A conferência da macroestrutura do material servia não apenas para conferir a qualidade estética do material, mas também para conferir parâmetros de qualidade do aço Damasco. Também se supõe que esta técnica era utilizada para determinar a qualidade das espadas Japonesas, que eram constituídas de um núcleo de ferro, cercado por aço temperável, que também foram desenvolvidas na mesma época. No século XVI, surgiu na Europa os primeiros livros que abordavam aspectos práticos da metalurgia extrativa, incluindo ensaios de controle de corpos-de-prova, prática muito importante para o desenvolvimento da metalografia no início do século XX.
A metalografia consiste no estudo da estrutura dos materiais. Subdivide-se em micrografia e macrografia. A macrografia serve para análise da estrutura dos materiais a olho nu, enquanto que a micrografia consiste em uma análise mais profunda da estrutura do material e são necessários equipamentos como microscópios. Para a análise da estrutura dos materiais é necessário que estes sejam preparados, a fim de que contornos de grão sejam vistos mais facilmente. É de extrema importância que a preparação do material seja feita corretamente, caso contrário os resultados podem ser alterados. Portanto para a realização das técnicas de preparação do material, é essencial que haja conhecimento e um bom treinamento para que os resultados não sejam alterados. 
O presente relatório foi desenvolvido a fim de detalhar o processo de metalografia para análise estrutural dos grãos em uma solda através de analise microscópica. Para isso foi respeitada uma ordem para execução do processo.
Corte do corpo de prova antes da soldagem
As chapas foram cortadas em tamanhos padrão, e preparadas para o processo de soldagem. Sendo removida toda carepa e sujeiras através de lixamento após esta limpeza a peça estava pronta para soldagem.
Soldagem do corpo de prova (SMAW)
Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido (em Inglês Shielded Metal Arc Welding – SMAW), também conhecida como soldagem manual a arco elétrico (MMA), é um processo manual de soldagem que é realizado com o calor de um arco elétrico mantido entre a extremidade de um eletrodo metálico revestido e a peça de trabalho. O calor produzido pelo arco elétrico funde o metal, a alma do eletrodo e seu revestimento de fluxo. Os gases produzidos durante a decomposição do revestimento e a escória líquida protegem o metal de solda da contaminação atmosférica durante a solidificação.
Devido à sua versatilidade de processo e da simplicidade de seu equipamento e operação, a soldagem com eletrodo revestido é um dos mais populares processos de soldagem. O SMAW é amplamente utilizado na construção de estruturas de aço e na fabricação industrial.
 Figura – eletrodo revestido 6013 3,25 mm 
fonte – imagem google
Após o conhecimento do processo aplicado em aula, foi feito na prática a execução do processo de soldagem utilizando uma amperagem de 100A e o consumível eletrodo revestido 6013 de 3,25 mm de diâmetro no corpo de prova que será analisado.
Figura 2- Aluno realizando o processo de soldagem no corpo de prova
Fonte - os autores
Figura 3- solda realizada pelo processo eletrodo revestido (SMAW).
Fonte - os autores
Ensaio não destrutivo por líquido penetrante
Após finalização da soldagem no corpo de prova foi feito o ensaio não destrutivo por líquido penetrante.
O ensaio por líquidos penetrantes é um método desenvolvido para a detecção de descontinuidades essencialmente superficiais, abertas na superfície do material. O ensaio por líquidos penetrantes consiste em fazer penetrar na abertura da descontinuidade um líquido; após a remoção do excesso de líquido da superfície, faz- se o líquido retido sair da descontinuidade por meio de um revelador. 
A imagem da descontinuidade fica então desenhada sobre a superfície. O ensaio por líquidos penetrantes pode revelar descontinuidades (trincas) extremamente finas, da ordem de 0,001 mm de abertura.
A principal vantagem do método é a sua simplicidade; é de fácil aplicação e interpretação dos resultados. O aprendizado é simples, requer pouco tempo de treinamento do inspetor. Como a indicação se assemelha a uma fotografia do defeito, é muito fácil avaliar os resultados. Não há limitação para o tamanho e forma das peças a ensaiar, nem para o tipo de material.
Figura 4- Ensaio não destrutivo por líquido penetrante
Fonte - os autores
Corte da amostra para embutimento
Conforme o que se deseja verificar, deve se escolher a seção a ser cortada, longitudinal ou transversal, pois cada uma permite a análise de pontos distintos, sendo assim, temos:
 O corte longitudinal permite verificar: 
Se a peça é fundida, forjada ou laminada; 
Se a peça foi estampada ou torneada; 
A solda de barras 
A extensão de tratamentos térmicos superficiais, etc. 
O corte transversal permite verificar: 
A natureza do material; 
A homogeneidade; 
A forma e dimensões das dendritas; 
A profundidade de têmperas etc.
 Os cortes podem ser feitos por abrasão a seco ou úmido, torneamento, serragem e cisalhamento. Destes os que mais se adapta a metalografia é o de abrasão a úmido, que é feito com disco abrasivo, e uma boa refrigeração, que é feita para solucionar o aquecimento do material, o que poderia vir a alterar sua estrutura.
Este processo para obtenção das amostras foi realizado pela professora Fernanda Troyse, que trouxe as amostras identificadas e já cortadas em seção transversal.
Embutimento do corpo de prova
O embutimento utilizado para peças e corpo de prova de pequeno porte e pode ser a frio ou a quente. Este processo é de grande importância, pois facilita o manuseio de peças pequenas e evita que as arestas rasguem a lixa e o pano de polimento, além de evitar o abaulamento dos corpos de prova durante o polimento, o que influencia na observação microscópica. 
O embutimento com resinas sintéticas são neutros em relação às soluções de ataque e impedem a infiltração das soluções em poros e fendas. A dureza pode ser adaptada à dureza do material a ser embutido, através de aditivos específicos. O embutimento pode ser: 
 A frio – quando se usa resinas sintéticas de polimerização rápida;
 A quente – quando a amostra é embutida em materiais termoplásticos por meio de prensas.
 Para este procedimento fizemos o embutimento à frio da amostra com resina sintética.
 Figura 5- processo de embutimento da amostra
 
 
 Fonte - os autores
	
 Figura 6- Amostra embutida
 
 Fonte- os autores
Lixamentoe polimento para acabamento final
Após o embutimento, foi realizado o lixamento da amostra, a fim de eliminar riscos e marcas mais profundas da superfície, dando um melhor acabamento a esta, utilizando a politriz, com a adição de alumina no pano de polimento. Lixas metalográficas com valores de gramatura iguais a 120, 350, 400, 600, 2000 foram utilizadas neste processo, lixando a peça nos sentidos horizontal e vertical.
 Figura 7 - lixamento com a lixa 400 Figura 8- polindo com a lixa 600
 
 Fonte - os autores
 Figura 9- polimento final com alumina líquida
 
 
 Fonte - os autores
Ataque químico nital
 Seu objetivo é permitir a identificação (visualização) dos contornos de grão e as diferentes fases na microestrutura. Um reagente ácido que neste caso foi utilizado o nital 2 %, é colocado em contato com a superfície da peça por certo tempo utilizamos 10 segundos. O reagente causará a corrosão da superfície. Os reagentes são escolhidos em função do material e dos constituintes macroestruturais que se deseja contrastar na análise metalográfico microscópica.
Figura 10- solução de nital 2%
Fonte - os autores
Análise metalográfica
Os ensaios metalográficos relacionam a estrutura do material com suas propriedades físicas, mecânicas, processo de fabricação, tratamentos, desempenho de suas funções e outros. Pode ser Macrográfico ou micrográfico. 
 Figura 11- corpo de prova na lupa para macrografia
 
 Fonte – os autores
9.1. Macrografia com a lupa ampliação 2 vezes
O ensaio macrográfico é a análise da seção de uma peça previamente polida e em geral atacada por um reagente específico e apropriado para cada tipo de metal, de modo a expor à macro-estrutura da peça em análise. Esta análise macrográfica é feita a olho nu ou no máximo com auxílio de uma lupa. Para esta prática utilizamos uma lupa com a ampliação em duas vezes, através das fotos abaixo é possível verificar que a análise é bem superficial devido à pouca ampliação.
Figura 12 Fotos sequenciais do corpo de prova pela lupa com ampliação de 2 vezes
 
 Fonte – os autores
9.2. Micrografia com ampliação 20 vezes
No ensaio micrográfico também é necessário que seja feito o ataque com reagentes específicos que neste caso utilizamos o nital 2%, para que seja exposta a microestrutura do material e assim possibilitar sua análise. 
Neste tipo de ensaio são necessários aparelhos de microscopia ótica para que sejam determinados os constituintes, e textura do material. Através deste método de ensaio é possível verificar os grãos do material e como este é formado, e assim chegar a conclusões sobre as propriedades mecânicas do material conforme análise de como estes se organizam na estrutura do material. 
A formação de diferentes tipos de grãos pode se dar por diversos motivos, tais como processo de fabricação, trabalhos mecânicos aplicados, ou ainda tratamentos térmicos efetuados no material.
 O Ensaio de Micrografia pode fornecer as seguintes características de um metal: tamanho de grão, nível de inclusão, classificação de estruturas cristalinas, dimensão e distribuição de grafitas, dimensionamento de descarbonetação superficial, dimensionamento de profundidade de tratamentos.
 Figura 13- imagem micrográfica com ampliação de 20 vezes.
 
 Fonte- os autores 
 
 Figura 14- microscopia mais detalhada do corpo de prova com ampliação de 20 vezes.
 
 Fonte- os autores 
Resultados e discussões 
Através deste experimento foi possível identificar certas descontinuidades no metal soldado apresentando algumas manchas escuras na macro e na micrografia dificultando a visualização microscópica dos grãos e dos contornos dos grãos do metal. 
A observação microscópica apresenta, então, maiores informações da estrutura interna do material, dando certeza sobre qual é o metal daquela peça, se ela está sujeita a falhas mecânicas, quais os tratamentos térmicos que foram realizados, entre outras informações que muitas vezes não são possíveis de serem identificadas na macroscopia.
Com isso a micrografia é um processo muito importante para verificar a estrutura do metal e como a soldagem é um processo que adiciona temperatura, consequentemente altera a forma estrutural do metal com isso a importância de se verificar como o metal ficou microscopicamente após a soldagem.
Conclusão 
A partir das análises feitas e dos resultados obtidos podemos concluir que há erros no processo de soldagem realizado pelos alunos em questão, talvez devido à falta de experiência. Tais erros foram um fator determinante na qualidade do cordão de solda sendo atribuído ao mesmo a causa de algumas descontinuidades encontradas, contudo podemos afirmar também que se o operador não tiver capacidade suficiente de realizar uma solda de qualidade haverá comprometimento do material soldado.
Através da análise metalográfica foi possível identificar as fases presentes na estrutura do material e estabelecer relações diretas com as suas propriedades mecânicas, e pôde-se verificar o teor de carbono e o tamanho dos grãos do metal.
Referências bibliográficas
COPAERT, H. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. 4ª ed. São Paulo: Blucher, 2008.
CALLISTER, W. D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 7ed. LTC, São Paulo, 2008.
Apostila Curso de Ensaio Metalográfico – LIME 1.1
WAINER, Emílio; BRANDI, Sérgio Duarte; MELLO, Fábio Décourt Homem de (Coord). Soldagem: processos e metalurgia. São Paulo: E. Bluscher, 1992. 
 Relatório metalográfico