Lista de Exercícios - Soldagem

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EMT065T – Processos de Fabricação II 
Aluna: Débora Cristina Fagundes Conti Neves Matrícula: 2016005155 
Aluno: João Paulo Martins Mansano Rosa Matrícula: 2016001488 
Aluno: Leonardo Del Busso Zampieri Matrícula: 2016002850 
Professor: Dr. Gilbert Silva Conteúdo: Lista de exercícios 
 
Questão 1: Soldagem por explosão 
a) O material soldado por explosão apresenta como resultante final uma elevada resistência 
mecânica, uma vez que, com o impacto gerado pela explosão, o qual é responsável pela 
soldagem dos dois materiais, as interfaces são endurecidas pelo encruamento causado pela 
deformação promovida. Logo, uma peça soldada por explosão apresenta uma resistência 
mecânica superior à dos materiais percursores, devido ao encruamento causado pelo 
impacto na interface soldada. 
 
b) No processo de soldagem por explosão, a soldagem em si não ocorre por fusão das 
interfaces, nem pela fusão de metais de adição, mas sim pela deformação proveniente do 
impacto da explosão. Portanto, por não haver aquecimento das interfaces, apenas 
deformação e encruamento, não há zonas termicamente afetadas (ZTA) em materiais 
soldados por explosão. 
 
c) Não, pois aços com elevada resistência mecânica são frágeis, apresentando baixa 
ductilidade e, portanto, baixa tenacidade ao impacto. Logo, se tais materiais, sem uma 
ductilidade mínima, forem submetidos a esse tipo de soldagem, poderá ocorrer a fratura. 
Para realizar a soldagem por explosão de aços de elevada resistência mecânica, por sua vez, 
deve-se realizá-la com o aquecimento prévio do material, para aumentar sua ductilidade 
(transição ferrita → austenita ou mesmo o revenimento da estrutura martensítica 
metaestável). 
 
Questão 2: Soldagem por ultrassom 
a) Na soldagem por ultrassom não há a necessidade de se utilizar uma atmosfera de gás inerte 
protetor. Para materiais poliméricos, devido a sua inércia química, as chances de oxidação 
são ínfimas. Para metais, nessa soldagem, não ocorre fusão e a formação da poça. A 
aplicação da energia ultrassônica possibilita a soldagem por meio da difusão (reação no 
estado sólido) e coalescência do material, havendo, para essa categoria de materiais, 
chances de oxidação extremamente baixas. 
 
b) A soldagem por ultrassom é comumente utilizada para chapas, filmes ou fios de pequenas 
espessuras (entre 0,003 e 2 mm). Logo, a espessura (e) torna-se um fator delimitador desse 
tipo de soldagem, pois quanto maior for tal dimensão, maior a energia necessária, devido a 
absorção do material, para realizar a soldagem ultrassônica. Portanto, essa técnica de 
soldagem é inviável para placas/folhas e feios com grandes espessuras (e>2mm). 
 
c) Polímeros semicristalinos apresentam cristalitos e esferulitos, regiões de maior alinhamento 
e empacotamento das cadeias carbônicas por longas distâncias atômicas (cristalinidade), 
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sendo, portanto, mais densas que as regiões amorfas. Por esse fato, polímeros 
semicristalinos necessitam de maior energia para fundir, enquanto polímeros amorfos, por 
sua vez, sofrem deformações por fluxo viscoso, utilizando-se de menores energias. 
Ademais, polímeros amorfos transmitem energia vibracional de forma mais eficiente que 
polímeros semicristalinos. Assim, quanto maior o grau de cristalinidade de um polímero, 
maior a energia necessária para soldá-lo via ultrassom. 
 
Questão 3: Soldagem TIG 
a) Não há oxidação neste tipo de soldagem devido a utilização de um gás inerte como proteção 
da poça de solda e do eletrodo utilizado. O gás inerte, devido a sua ionização, é um bom 
condutor para a corrente gerada/emitida pelo eletrodo de tungstênio, além de proteger o 
eletrodo e impedir a oxidação da poça de fusão, uma vez que desloca o ar ambiental, rico 
em oxigênio, para longe da poça por tempo suficiente para sua solidificação. 
 
b) Como não há contato do eletrodo de tungstênio com o metal base para gerar a poça de fusão, 
logo, não há difusão do mesmo para a poça e não ocorre a sua inserção na composição da 
liga soldada. Mesmo com o desgaste, o tungstênio vaporizado não adentra na poça de fusão 
devido a ação de arraste do gás inerte utilizado nesse tipo de soldagem. 
 
c) Na soldagem de ligas de alumínio pela soldagem TIG (Tungsten Inert Gas), utiliza-se o 
processo com corrente alternada pois a incessante mudança de polaridade na corrente do 
arco elétrico, responsável pela soldagem, promove a extração dos óxidos formados pela 
ação do aquecimento promovido pelo processo, mantendo o metal base, mesmo após 
soldado, livre de impurezas óxidas, ou seja, inclusões cerâmicas. 
 
Questão 4: Soldagem por fricção (Friction Stir Welding) 
a) Ocorre, no processo de soldagem por fricção, uma grande deformação plástica e o 
aquecimento, devido ao atrito, da região soldada. A energia interna armazenada proveniente 
da deformação plástica, aliada a elevada temperatura, culminam na recristalização da região 
soldada. Se um controle do resfriamento for realizado, pode-se, ademais, controlar o 
crescimento de grãos na região recristalizada. Por esse motivo, a microestrutura é refinada 
em tal região do produto soldado. 
 
b) Sim, há a necessidade de realizar tratamentos térmicos após essa soldagem, pois, com o 
aquecimento devido ao atrito e possíveis resfriamentos a taxas elevadas, ocorre a formação 
de martensita em aços e, em ligas de alumínio e magnésio, por exemplo, a solubilização de 
segundas fases endurecedoras, aumentando a resistência dos primeiros e diminuindo a das 
segundas. Para aços, um tratamento de revenimento pode se fazer necessário; para ligas de 
alumínio e magnésio, por sua vez, a precipitação por envelhecimento. 
 
c) No processo, devido aos movimentos complexos e a movimentação de massa causada pela 
elevada deformação plástica em direções específicas (sentido do cordão de solda), a uma 
orientação do material em uma direção preferencial, alinhando planos cristalográficos na 
direção da movimentação da massa para a formação do cordão de solda. Muitos fatores 
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podem ser listados para a geração dessa evolução microestrutural: a velocidade de rotação, 
a velocidade de soldagem e a temperatura do fluxo são os principais. 
 
Questão 5: Soldagem à laser 
a) Em velocidades de soldagem lentas, a massa de metal líquido tende a colapsar o keyhole 
(furo controlado), o qual é um espaço vazio preenchido com gases, e dentro do qual a 
presença do laser ocasiona elevação no estado de agitação da massa e sua fusão. O colapso 
do keyhole faz com que gás seja aprisionado no interior do material após a solidificação. 
Isso se traduz em aumento da porosidade. Nessa lógica, o aumento da velocidade faz com 
que haja um equilíbrio entre a velocidade de colapso da massa fundida e a taxa de 
movimentação do laser, diminuindo a porosidade do material. 
 
 
b) Como existe um determinado espaçamento entre a ponta do laser e a superfície do material 
a ser soldado (distância focal), é inevitável que haja interação entre o feixe de laser e os 
gases no ambiente. Nesse sentido, quanto maior for o potencial de ionização do gás de 
proteção, ou seja, quanto menos ele interagir com o laser, menor será a dispersão do feixe. 
Nesse contexto, a imagem compara o efeito dessa interação na profundidade de penetração 
da solda. Como o He possui o maior potencial de ionização, e o menorraio atômico, a 
dispersão é menor e profundidade de solda é maior. No caso do Ar, há maior dispersão, 
fazendo com que a profundidade da solda seja menor. Em casos em que há mistura, há uma 
proporção ótima de modo que a quantidade de He utilizado diminua sem que haja 
decréscimo na profundidade da solda e alterações na geometria do cordão. 
 
c) Devido a elevada temperatura, pode haver a vaporização de elementos componentes da liga 
metálica na região do keyhole. Se o processo de soldagem a laser for empregado em aços 
ligados, há um risco de que os elementos de liga se percam no momento de sua vaporização, 
o que diminui a resistência mecânica na região soldada, fazendo com que a peça final seja 
prejudicada. 
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Questão 6: Soldagem por feixe de elétrons 
a) A soldagem por feixe de elétrons é realizada em vácuo pois, com a diminuição da pressão 
e a limpeza da coluna, há uma menor probabilidade de divergência do feixe de elétrons por 
possíveis colisões com moléculas de gases e partículas suspensas e, por consequência, a 
conservação da potência do feixe para a soldagem e, assim, garantindo maior profundidade 
de solda. 
 
b) A intensidade do vácuo (alto, médio e baixo) possui uma relação de inversa 
proporcionalidade com a tensão aplicada no cátodo/filamento gerador do feixe de elétrons. 
Esse fato é justificável pois, com a utilização de baixo vácuo, há um maior número de 
moléculas e partículas suspensas para interagir com o feixe, gerando a sua divergência e 
causando a diminuição de sua potência. Logo, por efeitos compensatórios, para manter a 
potência do feixe aproximadamente constante, com a diminuição do vácuo, há uma 
necessidade do aumento da tensão aplicada no cátodo/filamento. 
 
 
 ALTO VÁCUO 
 
c) A zona termicamente afetada (ZTA) do da soldagem por feixe de elétrons possui dimensões 
menores que a ZTA gerada pela soldagem por eletrodo revestido. Esse fato é justificável 
pelo fato de, na soldagem por feixe de elétrons, a região de concentração de energia/calor e 
fusão ser menor que na soldagem por eletrodo revestido, logo, mesmo com a condutividade 
térmica do material ser constante, a propagação de calor no material soldado pelo primeiro 
método ocorre em menores distâncias. 
 
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Questão 7: Soldagem por fricção rotativa 
a) O processo de soldagem por fricção rotativa ocorre na temperatura de forjamento, a qual é 
pouco maior que a temperatura de recristalização do material, pois, nessa temperatura, há 
uma maior conformabilidade e ductilidade do material, devido a mudanças 
microestruturais, como a transição da ferrita α para a austenita no aço, ou a solubilização de 
segundas fases endurecedoras em ligas alumínio, cobre ou bronze. 
 
b) Esse processo de soldagem é recomendado para diversos metais, quando os mesmos 
possuem uma ductilidade e conformabilidade relativamente elevadas. No caso dos ferros 
fundidos, não se utiliza tal técnica de soldagem, devido à grande quantidade de cementita e 
grafita, fases frágeis e não-conformáveis, que podem resultar na fratura catastrófica do 
material a ser soldado. 
 
c) Nesse processo, o coeficiente de difusão dita a velocidade rotação e fricção, uma vez que a 
difusão é um processo termicamente ativado, como apresentado na equação de Arrhenius a 
seguir: 
 
𝐷 = 𝐷0𝑒
−
𝐸𝑎
𝑅𝑇 
 
 Pela correlação, para um maior coeficiente de difusão, uma maior temperatura deve ser 
atingida. Logo, como a temperatura é dependente da fricção e esta da velocidade de rotação, o 
coeficiente de difusão necessário para a eficiência do processo de soldagem dita a velocidade 
de rotação, isto é, se uma maior taxa de difusão é requisitada, maior deve ser a velocidade de 
rotação, para propiciar a temperatura necessária para o processo difusional da solda. 
 
 
 
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