Artigo Aço Soldabilidade

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Rubens Basso
15/06/2020
ANÁLISE DE SOLDABILIDADE AÇO BAIXO CARBONO
1-INTRODUÇÃO
Verificamos no decorrer dos anos e em diversas áreas da indústria as anomalias de trincas em juntas soldadas e um dos fenômenos que provocam estas trincas,está relacionado a velocidade de resfriamento da ZTA com a formação de uma microestrutura frágil
Neste resumo quero apresentar de forma comparativa à condição de soldagem de aço baixo carbono com presença de cromo na composição e um aço carbono sem presença do cromo ambos submetidos a dois meios de resfriamento após soldagem.
2- AÇO CARBONO
Os aços-carbono possuem na sua composição apenas quantidades limitadas dos elementos Carbono, Silício, Manganês, Cobre, Enxofre e Fósforo. Outros elementos existem apenas em quantidades residuais. A quantidade de Carbono presente no aço define a sua classificação: os baixos carbonos possuem no máximo 0,30% de Carbono; os médios carbonos possuem de 0,30 a 0,60%; e os alto carbono possuem de 0,60 a 1,00%. 
Os aços, em geral, são classificados em grau, tipo e classe. O grau normalmente identifica a faixa de composição química do aço. O tipo identifica o processo de desoxidação utilizado, enquanto que a classe é utilizada para descrever outros atributos, como nível de resistência e acabamento superficial. A designação do grau, tipo e classe utiliza uma letra, número, símbolo ou nome. 
Existem vários sistemas de designação para os aços, como o SAE (Society of Automotive Engineers), AISI (American Iron and Steel Institute), ASTM (American Society os Testing and Materials) e ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). A normalização unificada vem sendo utlizada com frequência cada vez maior, e é designada pela sigla UNS (Unified Numbering System).
Para os aços carbonos podemos apresentar duas classificações, sendo elas:
aços construção e aços para ferramentas. Na tabela 1 os termos referentes aos aços extra mole e mole representam os aços baixo carbono.
Tabela 1- Classificação Aço Carbono
	
A. Aços Construção
	Aço Extra Mole
	0,05 a 0,12% C
	
	Aço Mole
	0,13 a 0,29% C
	
	Aço Meio- Duro
	0,30 a 0,45% C
	
B. Aços para Ferramenta
	Aço Duro
	0,46 a 0,60% C
	
	Aço Muito Duro
	0,61 a 0,80% C
	
	Aço Extra Duro
	0,81 a 1,70% C
Fonte: ESCOLA ART-MEC, p.1.
Em função da composição química, os aços são classificados por meio de um número, de quatro ou cinco dígitos, no qual cada digito tem a função de indicar o percentual de determinado elemento. Os dois primeiros dígitos indicam o grupo ao qual o aço pertence. Isso está relacionado com presença de elementos de liga, como manganês, o fosforo e o enxofre. Isso quer dizer que:
· Aços 10XX contêm até 1,00% de manganês;
· Aços 11XX contêm enxofre (aços de fácil usinagem);
· Aços 13XX contêm 1,75% de manganês;
· Aços 14XX contêm nióbio;
· Aços 15XX contêm ente 1,00% e 1,65% de manganês.
Os dois últimos dígitos indicam a porcentagem de carbono presente no aço. Isso quer dizer que o número 1020, que demos como exemplo, é um aço carbono, com até 1% de manganês e 0,20% de carbono.
3 - Construção Mecânica
Na construção mecânica a maioria das ligas ferrosas é de aço carbono. Os motivos para isso são simples. Essas ligas possuem preço moderado, devido à ausência de grandes quantidades de elementos de ligas e são suficientemente dúcteis para serem prontamente conformadas. O produto final é forte e durável. Esses materiais eminentemente práticos têm aplicações desde esferas de rolamento até chapas de metal conformadas na fuselagem de automóveis, a escolha correta dos aços é de fundamental importância. 
Existem inúmeros aços com características próprias de dureza, tenacidade, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, que influem na correta escolha dos aços. Realizamos uma breve classificação e qualificação dos aços carbonos mais comuns utilizados na indústria, onde nos referenciamos pela sua qualidade de transformação mecânica 
· Aço SAE 1010 ou ABNT 1010 (0,10% C)
-	Excelente usinabilidade;
-	Excelente para Soldagem;
-	Excelente para cementação;
-	Não aceita tempera no estado normal;
-	Usado em peças de poucas solicitações;
· Aço SAE 1020 ou ABNT 1020 (0,20% C)
- Ótima usinabilidade;
- Ótima para soldagem;
- Ótima para cementação;
- Não aceita tempera no estado normal;
- Usado em peças de poucas solicitações;
Figura 3- Microestruturas de Aços Carbono
4- SOLDAGEM
A soldagem é um conjunto de processos de manufatura pelos quais duas partes metálicas são unidas permanentemente pela “coalescência” da interface de conta to, que é induzida pela combinação de temperatura, pressão e condições metalúr gicas. A soldagem é um dos três processos utilizados para união de partes metáli cas, sendo os outros dois: união mecânica que inclui o uso de rebites, parafusos, porcas etc.; e união por adesivos com o uso de material não metálico, tais como resinas termoplásticas e termorrígidas, elastômeros artificiais etc., para criar uma junta entre duas superfícies. Os processos de soldagem podem ser classificados em quatro classes:
 1. Soldagem por fusão: processos que utilizam a fusão parcial dos materiais das peças envolvidas na união. 
2. Soldagem no estado sólido: são processos nos quais não ocorre fusão dos materiais envolvidos.
 3. Brasagem: processos nos quais ocorre a fusão somente dos materiais de adi ção e não das peças a serem unidas, nesse caso, a temperatura de fusão está acima de 450 ºC. 
4. Solda branda: mesmo princípio da brasagem, mas, nesse caso, a temperatura de fusão dos materiais de adição está abaixo de 450 ºC.
4.1 Soldagem a Arco Metálico com Atmosfera Gasosa (SAMG) 
SAMG é um processo a arco elétrico que usa um arco entre um eletrodo metálico consumível e contínuo e a poça de fusão, usando uma atmosfera gasosa controlada, como ilustrado esquematicamente na Figura 1. A finalidade principal do gás é proteger a solda da contaminação atmosférica que é o caso do uso de gases inertes, como o Ar, He ou mistura de Ar+He, neste caso denominado de processo com gás inerte. O gás utilizado pode ser ativo como CO2 , CO2 + O2, Ar + CO2, Ar + O2, Ar + N2; nesses casos, o processo é denomi nado processo com gás ativo, que significa que o gás tem a capacidade de oxidar o metal durante a soldagem. A oxidação de um filme da superfície da poça de fusão da solda traz como benefício estabilidade do arco e da transferência do metal por melhorar a emissão de elétrons quando a polaridade é reversa; para a eliminação dos óxidos, a fim de não gerarem inclusões, são adicionados elementos desoxidan tes como o Mn. A Figura 2 mostra o perfil do cordão de solda característico para diversos gases e misturas. Entretanto deve ser observado que o perfil do cordão de solda também pode ser alterado por mudanças nos parâmetros de soldagem. A Tabela 5.1 apresenta os principais gases e misturas, respectivo comporta mento químico e aplicações na soldagem SAMG.
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Figura -1 Processo soldagem a arco metálico com atmosfera gasosa (SAMG).
	
Figura -2 Perfil de cordões de solda feitos com diferentes gases.
 Tabela 2- Gases e Misturas
4.2 Considerações sobre ZTA
Conceito: A zona termicamente afetada (ZTA), também denominada de zona afetada pelo calor (ZAC) é a região, compreendida entre a zona fundida e o metal de base não afetado termicamente, que sofreu modificação das propriedades mecânicas e/ou metalúrgicas, devido a imposição do aquecimento (mudança brusca de temperatura) decorrente da operação de soldagem e/ou corte.
 
As características da Zona Termicamente Afetada (ZTA) dependerá: 
a) Taxa de aquecimento (calor aportado); 
b) Taxa de resfriamento x t8/5; 
c) Tamanho e orientação inicial do grão metal de base/ZF;
 d) Grau de deformação mecânica; 
e) Composição química do metal de base;
 f) Tipo de da junta, espessura. 
Conseqüências da formação da ZTA:
 a) Mudança no valor da dureza; 
b) Mudança no tamanho do grão;
 c) Mudança de fases (formação de fases metaestáveis– por exemplo, martensita); 
d) Mudança no valor da resistência mecânica; 
e) Perda de resistência à corrosão (por exemplo, sensitização).
 
	
As tensões residuais existentes em um componente podem ser calculadas por 
várias equações, desenvolvidas experimentalmente. As equações do carbono 
equivalente (CE) foram asprimeiras a serem utilizadas para estimar a susceptibilidade dastrincas do aço no processode soldagem e tambémdeterminar a necessidade de pré-aquecimento e pós-aquecimentopara evitar estas trincas. 
Estas equações contemplam os efeitos de diversos elementosquímicos,
presentes na liga, na temperabilidade do aço.
 
Observando a formulação do carbono equivalente apresentada na Equação, percebe-se que o carbono é o elementoque mais afeta a soldabilidade do aço, pois é o único elemento que na expressão o denominador é igual a 1, enquanto nos demais, o denominador é maior que um. O diagrama de Graville, representado na figura, mostra a susceptibilidade a trincas induzidas por hidrogênio em função da conjunção entre o teor de carbono e do carbono equivalente (GRAVILLE apud AGUIAR, 2001)
.
O diagrama de Graville é uma ferramenta usada para avaliar a necessidade do tratamento térmico após soldagem, baseada no conceito da composição química e da porcentagem de carbono e do CE do metal de base, representado por três zonas distintas: zona I, zona II e zona III (ZALAZAR, 2013).
Na zona I, que é ados aços de baixo carbono e baixa temperabilidade, encontram-se os materiais não muito susceptíveis a trincas induzidas.
Na zona II os aços têm carbono mais alto que os da zona I, mas apresentam, ainda, baixa temperabilidade, sendo, portanto, possível evitar microestruturas sensíveis a trincas pelo controle do resfriamento da ZAT. Isso pode ser alcançado por meio do controle da energia de soldagem e da utilização de preaquecimento.
Na zona III, destacado na cor amarelo, os aços têm carbono e temperabilidade alta, podendo facilmenteproduzir microestruturas sensíveis às trincas. Para se evitar as trincas induzidas nessa zona, devem-se usar processos de preaquecimento e tratamento térmico pós-soldagem (ASM METALS HANDBOOK, 1993). 
5. Comparativo
5. Comparativo
	
Conclusão:
Com os dados obtidos podemos evidenciar que elemento carbono C, possui grande influência no deslocamento do ponto no diagrama de Graville o percentual de cromo avaliado mesmo sendo um elemento temperabilizante não influência diretamente na condição de soldagem.
Neste estudo podemos comprovar que meio de resfriamento brusco do material SAE 1020 após a soldagem pode alterar a microestrutura da ZTA, obtendo neste região uma microestrutura martensitica sendo uma condição fragilizante para solda podendo ficar suscetível a trincas.
Referências.
Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns / hubertus colpaert; revisão técnica André Luiz V. da costa e Silva. – 4ª Edição – São Paulo: Blucher, 2008.
Introdução aos processos de fabricação de produtos metálicos [livro eletrônico] / Claudio Shyinti Kiminami, Walman Benício de Castro, Marcelo Falcão de Oliveira. – São Paulo: Blucher, 2013.
Introdução à Metalurgia da Soldagem - Ramón S. C. Paredes, Dr. Engº -São Paulo, 2012.
Farias, S.E.. ANÁLISE DAS TENSÕES RESIDUAIS NA SOLDAGEM DE PEÇAS DE AÇO AISI 4140. UMA COMPARAÇÃO ENTRE O TRATAMENTO TÉRMICO DE ALÍVIO DE TENSÕES E AVIBRAÇÃOSUB-RESSONANTE. 2016. 93 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) Universidade Santa Cecília,Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Santos, SP, 2017
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Rubens Basso
 
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2020
 
ANÁ
LISE DE SOLDABILIDADE AÇO BAIXO CARBONO
 
 
1
-
INTRODUÇÃO
 
Verificamos no decorrer dos anos
 
e em diversas 
áreas
 
da 
indústria as anomalias 
de trincas em junta
s soldadas e um dos 
fenômenos
 
que provoca
m
 
esta
s
 
trinca
s,
está
 
relacionado a 
velocidade de resfriamento da ZTA 
com a 
 
formação de 
uma 
microestrutura frá
gil
 
Neste 
resumo quero a
presentar de forma comparativa à condição de soldagem 
de aço
 
baixo carbono com 
presença de cromo na composição e
 
um aço carbono
 
sem 
presença do cromo
 
ambos 
 
submetidos a dois meios de resfriamento após soldagem.
 
 
2
-
 
AÇO CARBONO
 
Os a
ços
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carbono possuem na sua composição apenas quantidades limitadas 
dos elementos Carbono, Silício, Manganês, Cobre, Enxofre e Fósforo. Outros 
elementos 
existem apenas em quantidades residuais. A qua
ntidade de Carbono 
presente no a
ço define a sua classificação: 
os baixos carbonos
 
possuem no máximo 
0,30% de 
Carbono;
 
os médios carbonos
 
possuem de 0,30 a 0,60%
; e os alto carbono 
possuem de 0,60 a 1,00%.
 
 
Os a
ços, 
em geral, são classificados em grau, tipo e classe. O g
rau normalmente 
identifica a faixa d
e composição química do aço. O t
ipo identifica o processo de 
desoxid
ação utilizado, enquanto que a c
lasse é utilizada para descrever outros 
atributos, como nível de resistência e acabamento superficial. 
A designação do grau, 
tipo e c
lasse utiliza uma letra, número, símbolo ou nome. 
 
Existem vários 
sistemas de designação para os a
ços, como o SAE (Society 
of 
Automotive Engineers), AISI (American Iron and Steel Institute), ASTM (American 
Society os Testing and Materials) e ABNT (Associação Brasileira de Normas 
Técnicas). A normalização unificada vem sendo utlizada com frequência cada vez 
maior, e é designada
 
pela sigla UNS (Unified Numbering System).
 
Para os aços carbonos podemos apresentar duas classificações
, sendo elas:
 
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15/06/2020 
ANÁLISE DE SOLDABILIDADE AÇO BAIXO CARBONO 
 
1-INTRODUÇÃO 
Verificamos no decorrer dos anos e em diversas áreas da indústria as anomalias 
de trincas em juntas soldadas e um dos fenômenos que provocam estas trincas,está 
relacionado a velocidade de resfriamento da ZTA com a formação de uma 
microestrutura frágil 
Neste resumo quero apresentar de forma comparativa à condição de soldagem 
de aço baixo carbono com presença de cromo na composição e um aço carbono sem 
presença do cromo ambos submetidos a dois meios de resfriamento após soldagem. 
 
2- AÇO CARBONO 
Os aços-carbono possuem na sua composição apenas quantidades limitadas 
dos elementos Carbono, Silício, Manganês, Cobre, Enxofre e Fósforo. Outros 
elementos existem apenas em quantidades residuais. A quantidade de Carbono 
presente no aço define a sua classificação: os baixos carbonos possuem no máximo 
0,30% de Carbono; os médios carbonos possuem de 0,30 a 0,60%; e os alto carbono 
possuem de 0,60 a 1,00%. 
Os aços, em geral, são classificados em grau, tipo e classe. O grau normalmente 
identifica a faixa de composição química do aço. O tipo identifica o processo de 
desoxidação utilizado, enquanto que a classe é utilizada para descrever outros 
atributos, como nível de resistência e acabamento superficial. A designação do grau, 
tipo e classe utiliza uma letra, número, símbolo ou nome. 
Existem vários sistemas de designação para os aços, como o SAE (Society of 
Automotive Engineers), AISI (American Iron and Steel Institute), ASTM (American 
Society os Testing and Materials) e ABNT (Associação Brasileira de Normas 
Técnicas). A normalização unificada vem sendo utlizada com frequência cada vez 
maior, e é designada pela sigla UNS (Unified Numbering System). 
Para os aços carbonos podemos apresentar duas classificações, sendo elas: