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SOLDAGEM 2 PUC MINAS
LEONEL
Tecnologia de Soldagem
Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais (PUC-Minas)
17 pag.
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.1 
 
ASPECTOS TÉRMICOS E METALÚRGICOS EM SOLDAGEM 
 
Os processos de soldagem de materiais metálicos submetem a região da junta a ser soldada a alguma forma de energia. Esta 
energia pode estar na forma térmica, como na soldagem por fusão, ou mecânica, como na soldagem no estado sólido. Para uma 
melhor compreensão das conseqüências destas ações sobre os materiais na soldagem, pode-se fazer uma abordagem de causa e 
efeito. 
 
Os materiais respondem física, mecânica e metalurgicamente à quando sujeitos a ações térmica e/ou mecânica na soldagem, ou 
seja, a reação deles a estas “provocações” podem induzir: 
 
a) variações nas propriedades originais dos materiais, devido a alterações na microestrutura do metal base adjacente à solda; 
 
b) instabilidade dimensional por distorção, empenamento, fragilização, trincamento ou colapso da junta em função das 
tensões térmicas, contrações e/ou deformações mecânicas presentes na junta soldada. 
 
Portanto, as propriedades e características de uma junta soldada são determinadas pelo somatório de 2 fatores, microestrutura 
e estado de tensões resultantes das ações impostas durante a soldagem. 
 
“Soldagem é uma “agressão” ao metal”. (PATON, 1985) 
 
EFEITOS TÉRMICOS NA SOLDAGEM POR FUSÃO 
 
Introdução 
A energia térmica essencial à fusão, também tem influencia sobre as ligas metálicas, isto é, o mesmo calor necessário para 
promover a fusão e a união, também pode ser responsável por possíveis alterações metalúrgicas nos materiais a soldar, na 
região da junta. 
 
Em função do fluxo de calor na união durante a soldagem, ocorrem fenômenos de aquecimento, dissipação de calor, fusão 
localizada, solidificação e resfriamento da poça fundida até a temperatura ambiente, que determinam a história térmica 
imposta à junta soldada. 
 
Estes fenômenos, em soldagem, estão fundamentados na transferência de calor, principalmente por condução nos sólidos e na 
solidificação nos metais. Quanto ao primeiro fenômeno, considera-se que o calor da solda se transfira para o restante da junta 
na direção dos materiais de base, ou seja, da maior temperatura no centro da junta para as regiões vizinhas de menor 
temperatura, conforme equacionado abaixo: 
 
calor se transfere ao restante da junta por condução com temperatura decrescente 
 
energia térmica em trânsito devido a uma diferença de temperaturas na junta (Incropera 2012), dada pela equação 1: 
 
qx = - k T2 - T1 
 L 
 
onde: qx = energia térmica, em W/m
2; k = condutividade térmica, em W/m.K; T1 e T2 = temperaturas no momento 1 e 2, em 
K; L = espessura da junta, em m. 
 
Normalmente, a transferência de calor por convecção e radiação em soldagem não são consideradas nas análises do fluxo 
térmico, simplificando a modelagem matemática da quantidade de calor dissipada durante a soldagem, como ilustrado na 
figura 1. 
 
Figura 1: Fluxo de calor durante a soldagem, de acordo com o tipo de junta, em corte transversal 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Desenho do autor 
 
 
A figura 2 ilustra, vista de cima, as isotermas em torno da fonte térmica durante a soldagem de uma junta de topo, em 
correspondência à junta em corte transversal. 
 
 
 
 
solda 
junta soldada em ângulo 
fluxo de 
calor 
revestimento por solda 
cordão de solda fluxo de 
calor 
solda 
junta soldada de topo 
fluxo de 
calor 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.2 
 
Figura 2: Isotermas em função do fluxo de calor durante a soldagem, para uma junta de topo 
 
 
 
 
Fonte: Desenho do autor e SSAB/Sweden 
 
Outros fatores são considerados dependendo da situação de soldagem, como por exemplo, temperatura local sub-zero ou em 
ambiente subaquático na soldagem molhada, onde a transferência de calor é fortemente influenciada pelo contato direto da 
junta com o meio. 
 
Quando se aborda as relações entre calor e outras formas de energia na soldagem através da termodinâmica, considera-se o 
princípio de que a energia não pode ser criada ou destruída, mas apenas modificada de uma forma para outra, governando, 
assim, as transformações de energia. 
 
A resposta dos metais de base, e também da zona fundida, ao fluxo térmico de soldagem é compreendida através da aplicação 
direta, mas com particularidades, dos conceitos básicos de metalurgia física de materiais, tratamentos térmicos, termodinâmica 
e cinética de reações químicas, entre outros. Eles dão o caráter multidisciplinar à soldagem, exigindo competências em várias 
áreas do saber, para viabilizar seu emprego adequadamente na dimensão industrial, ou seja, o conhecimento dos fundamentos 
teóricos das ciências dá suporte ao emprego prático da tecnologia no chão-de-fábrica. 
 
Como nos tratamentos térmicos convencionais, a soldagem por fusão deve submeter a junta a um aquecimento de modo 
apropriado e inteligente durante um certo tempo e sob um resfriamento em condições controladas, visando conferir 
propriedades e características adequadas ao conjunto soldado. 
 
Quanto ao segundo conjunto de fenômenos, fusão, solidificação e resfriamento, eles vão determinar a microestrutura final da 
região sob ação do calor e, também, conseqüências no dimensional ou formato da peça devido às contrações que a junta 
experimenta até atingir a temperatura ambiente. 
 
Ciclo térmico de soldagem 
Durante a soldagem, parte do calor gerado pela fonte térmica do processo se transfere ao restante da junta por condução. O 
fluxo de calor durante a soldagem definirá as características e propriedades finais da junta soldada, sendo influenciado pela 
natureza, propriedades e estado de fornecimento dos materiais de base envolvidos na união e também da zona fundida e do 
metal depositado, quando usado. 
 
O calor introduzido na junta está associado à energia de soldagem, que é um parâmetro normalizado pelas normas/códigos 
técnicos de soldagem, pois quantifica o aporte de calor (“heat imput”) à junta, influenciando diretamente a microestrutura e 
conseqüentemente, as características metalúrgicas e propriedades mecânicas da junta soldada, sendo por isso uma variável 
importante num procedimento de soldagem. 
 
 Não confundir, energia de soldagem com energia dispendida por uma fonte de energia ! 
 
A história térmica da soldagem está relacionada com a variação da temperatura em função do tempo, através do ciclo térmico 
imposto a cada região da junta soldada, conforme ilustrado na figura 3. Ele tem influência na formação e propriedades da zona 
fundida e nas vizinhanças no metal base, podendo desta forma, favorecer ou não alterações microestruturais, tais como 
Temperatura ambiente 
Posição da fonte 
térmica 
Direção de soldagem 
solda 
fluxo de 
 calor 
 
isotermas 
metal 
depositado 
linha de fusão 
ponto de incidência da fonte 
térmica do processo de 
soldagem 
junta 
(corte 
 transversal) 
Junta 
(vista de cima) 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.3 
 
transformações de fase, distribuição e forma das fases presentes, mudança no tamanho ou forma do grão, com conseqüentes 
variações nas propriedades originais dos materiais de base vizinhos à junta e da própria solda. 
 
 
Figura 3: Ciclos térmicos de soldagem numa junta soldada de topo em monopasse, corte transversal 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
Pode-se fazer umaanalogia do ciclo térmico de soldagem com o de tratamentos térmicos convencionais, pois os parâmetros e 
variáveis de soldagem são definidos de modo a se obter uma microestrutura apropriada na solda e nas suas vizinhanças, com 
propriedades otimizadas e/ou compatíveis com o metal base e o desempenho global da junta soldada em serviço. 
 
A aplicação dos fundamentos de tratamentos térmicos em soldagem deve considerar que os tempos de exposição à fonte 
térmica do processo e das reações químicas e metalúrgicas, normalmente são da ordem de segundos, enquanto nos tratamentos 
térmicos esse tempo é de minutos a horas, tendo influencia na cinética das reações químicas e metalúrgicas na junta soldada. 
 
Também, deve-se considerar que a soldagem ocorre numa região de pequeno volume muito localizada e restrita da junta, 
diferentemente dos tratamentos térmicos convencionais, onde o ciclo térmico é imposto de modo generalizado, em todo o material. 
 
Assim, os fenômenos metalúrgicos e reações químicas estudadas em metalurgia dos materiais não são prontamente aplicáveis 
à soldagem, ou seja, deve-se levar em conta que determinadas transformações microestruturais e respostas mecânicas, devido 
ao ciclo térmico de soldagem, não ocorrem em sua plenitude e velocidade. 
 
Em resumo, ao avaliar a relação microestrutura/propriedade de uma junta soldada, devem-se levar em consideração os seguintes fatores: 
 
a) tempo pequeno de reações durante a soldagem, da ordem de segundos, influenciando a cinética delas; 
 
b) transformações sob situações complexas, como na soldagem em multipasses; 
 
c) fenômenos metalúrgicos que dependem do estado inicial do material, se encruado, temperado, recozido, normalizado ou 
envelhecido. 
 
Caracterização do ciclo térmico 
Para se entender as conseqüências do ciclo térmico imposto à junta, são considerados os seguintes parâmetros: 
 
a) Temperatura de pico: temperatura máxima, em ºC, atingida por uma região da junta a uma dada distancia da solda, 
indicando a possibilidade de ocorrência de transformação microestrutural no metal base, naquela região considerada; 
 
b) Tempo de permanência acima de uma temperatura crítica: tempo, em segundos, que uma região da junta permanece acima 
de uma dada temperatura, determinando a possibilidade de ocorrência de transformações que dependem em maior ou 
menor grau do tempo e conseqüentemente da difusão; 
 
c) Velocidade de resfriamento: é a taxa de retirada ou dissipação de calor, em ºC/s, numa região da junta, definindo a 
microestrutura resultante naquela região ao longo da junta, devido às transformações ou alterações de fase. 
 
A figura 4 mostra os parâmetros típicos de um ciclo térmico importantes na soldagem: 
 
Figura 4: Parâmetros do ciclo térmico de soldagem 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
3 
1 
2 
Tempo (s) 
Tambiente 
Temperatura 
(ºC) 
ciclos térmicos de 
cada ponto da junta 
termopares ligados a 
um registrador gráfico 
solda 
   
1 2 3 
fluxo de 
 calor 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.4 
 
 
A importância do ciclo térmico na soldagem se traduz na possibilidade de se conhecer a natureza dos fenômenos metalúrgicos, 
e/ou mudanças microestruturais possíveis de acontecer numa determinada região da junta soldada e conseqüentemente as 
influências nas suas propriedades finais. 
 
Por exemplo, no caso da soldagem de aços ao carbono ferrítico/perlítico com ~0,4%C no estado recozido, em alta temperatura, 
por exemplo, acima de 850°C, ocorre austenitização, podendo nuclear microestruturas diferentes das originais no resfriamento 
até a temperatura ambiente, com mudança nas propriedades mecânicas da junta. 
 
Para materiais não ferrosos, como por exemplo, uma liga de alumínio encruada de alta resistência, uma temperatura do ciclo 
térmico de soldagem acima de 370°C é suficiente para a liga perder sua resistência mecânica neste local, devido à 
recristalização, não só pela recuperação, mas também pelo possível crescimento de grão. 
 
Para a maioria dos metais, o tamanho de grão está relacionado com a temperatura e o tempo no qual o material é mantido nesta 
temperatura, sendo este avaliado segundo a relação: 
 
dn - don = kt (equação 2) 
 
onde d = diâmetro do grão após crescimento num tempo t, à temperatura do ciclo térmico de tratamento (ou de soldagem); do 
= diâmetro inicial do grão, em t=0; k e n = constantes independentes do tempo; n ≥ 2 
 
Pela equação 1, observa-se que a granulação de um material aumenta com o aumento da temperatura e do tempo acima da 
temperatura de crescimento de grão do mesmo. O diagrama 1 ilustra a influencia da temperatura máxima e do tempo de 
permanência do ciclo térmico na microestrutura de um aço carbono hipoeutetoide, considerando o diagrama Fe-C. 
 
Diagrama 1: Influência da temperatura máxima e do tempo de permanência do ciclo térmico na 
microestrutura de um aço carbono hipoeutetoide com ~0,4%C 
 
 
 
 
Fonte: CHIAVERINI, 1997 
 
A dependência entre tamanho de grão e a resistência (ou dureza equivalente) de um material metálico é descrita pela relação 
de Hall-Petch, que correlaciona a tensão de escoamento com o diâmetro do grão, ou seja, uma granulação grosseira implica 
numa resistência menor, para uma mesma microestrutura. A equação mostra como a tensão de escoamento varia inversamente 
proporcional ao diâmetro dos grãos: 
e = i + k d-½ (equação 3) 
 
onde: e = limite de escoamento do material; i = tensão de atrito da rede cristalina, que se opõe ao movimento das 
discordâncias; k = constante; d = diâmetro médio dos grãos do material 
 
A tabela 1 ilustra a relação entre o tamanho de grão ASTM para aços ao carbono e o limite de escoamento do material: 
 
Tabela 1: Correlação entre o tamanho de grão ASTM e o 
limite de escoamento do material. 
Tamanho de grão Limite de escoamento (Kg/mm2) 
No ASTM grande d-½ 19 
5 4 
6  5  
7  6  
8 7 
10 pequeno 9 26 
Fonte: Elaborado pelo autor 
ferrita + austenita 
~0,4%C ferrita+perlita 
austenita 
austenitização a 
alta temperatura 
austenitização a 
baixa temperatura 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.5 
 
 
No caso da dureza, um aumento na temperatura causa amolecimento do material, conforme expressão de Westbrook: 
 
H = A e-BT (equação 4) 
 
onde H = dureza do material (kg/mm2) ; A e B = constantes dependentes da temperatura e mecanismo de deformação; 
T = temperatura (°K). O gráfico 1 ilustra a variação da dureza com a temperatura, mostrando que a dureza decresce com o 
aumento da temperatura, segundo Westbrook: 
 
Gráfico 1: Variação da dureza com a temperatura para materiais metálicos 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
Caso a junta fique submetida por um longo tempo acima da temperatura de crescimento de grão do material (ou em alta 
temperatura), a sua granulação resultará grosseira na vizinhança da junta, com conseqüente diminuição da resistência 
mecânica (e dureza) e tenacidade, válido para materiais com arranjo cristalino CCC – cúbico de corpo centrado; para materiais 
CFC ou HC, a dureza tem pouca influencia da granulação do material. 
 
Na figura 5 pode-se observar a evolução do crescimento de grão do metal base até a zona fundida, em função do ciclo térmico de 
soldagem. 
 
Figura 5: Micrografia, em detalhe, de uma junta soldada onde se observa a região de 
crescimento de grão vizinha à solda, em corte transversal 
 
 
 
Fonte: Arquivo pessoal 
 
Caso ocorra crescimento de grão na região vizinha à zona fundida, mas com mudança na microestrutura, a resistência ou durezapode apresentar valores maiores ou menores relativamente ao metal base, dependendo do tipo de microestrutura resultante. 
 
Quanto à capacidade de absorver energia de impacto, o tamanho de grão influencia grandemente a tenacidade de uma junta 
soldada, pois uma granulação grosseira promove um aumento da temperatura de transição dútil/frágil, diminuindo sua tenacidade, 
conforme mostra a fórmula: 
 
ß Tc = ln ß - ln C - ln d-½ (equação 5) 
 
onde: Tc = temperatura de transição do material; ß e C = constantes; d = diâmetro médio dos grãos do material 
 
A figura 6 mostra o comportamento da tenacidade em função da temperatura para materiais metálicos. 
 
Figura 6: Comportamento da tenacidade de um material metálico com a temperatura 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
Energia 
absorvida 
Temperatura 
aumento do tamanho 
de grão  
 
Ttransição Ttransição 
solda crescimento de grão metal base 
 
metal base 
solda 
Dureza 
Temperatura 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.6 
 
A velocidade de resfriamento da junta na faixa de 800 a 500°C, para a maioria das ligas metálicas ferrosas, indica o intervalo 
no qual podem ocorrer as principais transformações na microestrutura da solda e na região vizinha a ela, além de outros 
fenômenos metalúrgicos e físicos de importância. Normalmente ela é caracterizada pelo tempo de resfriamento numa dada 
temperatura (inclinação da curva de resfriamento), designado como ∆t8/5 ou t8/5. A figura 7 ilustra o intervalo de resfriamento 
de 800 a 500°C do ciclo térmico de soldagem. 
 
Figura 7: Faixa de temperatura 800 a 500°C do ciclo térmico, onde podem ocorrer alterações na 
microestrutura de uma liga ferrosa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
Na figura 8 pode-se visualizar os fenômenos metalúrgicos típicos em função do ciclo térmico na soldagem de aços ao carbono, 
servindo de informação para se estabelecer relações de causa e efeito em soldagem. 
 
Figura 8: Principais fenômenos metalúrgicos em função do ciclo térmico de soldagem de aços 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
Nos aços, transformações microestruturais sem difusão, ou seja, com velocidade de resfriamento alta, normalmente 
proporcionam uma microestrutura com maior resistência (ou dureza), mas com baixa dutilidade. Como exemplo, o 
aparecimento de martensita ou bainita nos aços temperáveis quando austenitizados e submetidos a um resfriamento rápido ou 
o endurecimento por precipitação de liga alumínio-5,6% cobre quando aquecida e solubilizada a 535°C e resfriada 
rapidamente para envelhecimento, devido a presença de finas partículas de CuAl2, aumentando a resistência da liga. 
 
Avaliação do ciclo térmico 
O levantamento e avaliação do ciclo térmico de soldagem podem ser feitos de modo experimental, por simulação com 
aparelhos apropriados, como por exemplo, o Greeble, ou por modelagem matemática com programas computacionais. A 
figura 9 mostra a técnica de medição com termopares para se avaliar o ciclo térmico de soldagem. 
 
Figura 9: Levantamento do ciclo térmico de soldagem monopasse sobre chapa, 
com termopares inseridos na junta, em diferentes posições 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: autor 
Fonte: autor 
 
 
 
Fonte: Almir e Quites (1979) 
zona fundida: absorção de O2, N2 e H2 - reações de desoxidação e formação de inclusões 
região vizinha à zona fundida 
austenitização - difusão 
contração sólida - transformação da austenita 
1500 
800 
500 
Temperatura 
(ºC) 
Tempo (s) 
alívio de tensões 700 
crescimento de grão - dissolução de precipitados 
Tempo (s) 
Tambiente 
Temperatura 
(ºC) 
ciclo térmico de 
soldagem 
800 
500 
∆T: faixa onde podem ocorrer as 
principais transformações na junta 
t8/5 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.7 
 
As respostas do material ao ciclo térmico de soldagem, normalmente são estudadas no desenvolvimento de novos materiais 
e/ou procedimentos de soldagem, visando avaliar a soldabilidade metalúrgica, operacional e as propriedades tecnológicas 
importantes, em se tratando de aplicação industrial. 
 
O ciclo térmico pode ser influenciado pelos seguintes fatores: 
a) distância da região de interesse ao centro da junta: devido ao fluxo de calor ocorrer em direção ao metal base, quanto mais 
afastado da solda, mais moderado será o ciclo térmico, conforme ilustrado na figura 10. 
 
Figura 10: Variação do ciclo térmico em função da distancia ao centro da solda, numa junta de topo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
b) propriedades e características do metal de base/junta 
 condutividade térmica do metal de base: esta propriedades está associada à capacidade do material em dissipar calor 
através da junta, isto é, materiais com alta condutividade térmica, como ligas de cobre e alumínio, apresentarão alta 
velocidade de resfriamento da junta, conforme ilustrado na figura 11. 
 
Figura 11: Variação do ciclo térmico em função da condutividade térmica do metal base. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
 
 espessura (E) ou diâmetro (Ø) do metal base: estes itens traduzem o efeito massa de transferência de calor por condução, 
ou seja, quanto maior as dimensões, maior será a velocidade de resfriamento da junta, conforme visto na figura 12. 
 
Figura 12: Variação do ciclo térmico com espessura da chapa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor com dados extraídos de ZIEDAS, 1997 
 
 geometria e tipo de junta: estas características se relacionam com o caminho para propagação de calor, pois juntas de 
topo dissipam menos calor durante a soldagem do que juntas em ângulo, supondo mesma espessura e metal base, 
conforme ilustrado na figura 13. 
 
Figura 13: Variação do ciclo térmico com a geometria e tipo de junta soldada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
 chapa grossa 
3 
1 
2 
Tempo (s) 
Tambiente 
Temperatura 
(ºC) 
ciclos térmicos de 
cada região da junta 
aço 
T (ºC) 
t (s) 
Cu 
chapa fina 
junta em ângulo: 3D 
junta de topo: 2D 
dissipação do calor dissipação do calor 
junta em 
ângulo 
junta de 
topo 
T (ºC) 
t (s) 
T (ºC) 
t (s) 
E/Øpequena E/Øgrande 
regiões ao 
longo da junta 
   
1 2 3 
solda 
metal base 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.8 
 
c) condições de soldagem 
 energia de soldagem (E): quanto maior o aporte de calor promovido pelo processo ou procedimento de soldagem, mais 
agressivo será o ciclo térmico, com maiores tempos de permanência a altas temperaturas e baixas velocidades de resfriamento; 
 
 velocidade de soldagem (Vs): determina o tempo de interação da fonte térmica com a junta, de modo que a junta ficará 
submetida a uma maior agressão térmica, com uma maior extensão vizinha à solda em alta temperatura; 
 
 temperatura inicial da junta: a temperatura de pré-aquecimento da junta influencia na velocidade de dissipação de calor 
por condução durante a soldagem, isto é, com a junta pré-aquecida, menor será sua velocidade de resfriamento. 
 
A figura 14 ilustra a variação do ciclo térmico com a energia de soldagem, velocidade de soldagem e a temperatura inicial da junta. 
 
Figura 14: Influencia da energia de soldagem, velocidade de soldagem e 
temperatura inicial da junta no ciclo térmico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
 a extensão e granulação da região vizinha àzona fundida é mais influenciada pela energia de soldagem do que pelo pré-
aquecimento, pois ela determina o nível de calor imposto à junta e, conseqüentemente, a máxima temperatura atingida e 
tempo de exposição a alta temperatura. 
 
 a temperatura de pré-aquecimento, apesar de aumentar o nível de temperatura da junta, tem maior influencia na sua 
velocidade de resfriamento à baixas temperaturas e portanto nas possíveis transformações microestruturais da solda e 
da região vizinha à zona fundida. É uma ação externa ao processo de soldagem, que pode, estrategicamente, ser usada 
como procedimento para alterar a transferência de calor na junta, durante a soldagem. 
 
Isto significa que é possível se ter uma situação de compromisso de baixa energia de soldagem e uso do preaquecimento para 
se obter, numa mesma junta, um procedimento de soldagem que promova uma certa extensão aquecida da junta com 
crescimento de grão moderado e uma adequada velocidade de resfriamento visando uma microestrutura desejada. 
 
Repartição térmica em soldagem 
A variação das temperaturas máximas ou de pico de cada região da junta devido ao ciclo térmico de soldagem em função da 
sua distância ao centro da solda, figura 15, determina uma conseqüência térmica na junta soldada. 
 
Esta variação, denominada de repartição térmica, dá idéia de como a temperatura se distribuiu, em função da condução do 
calor, ao longo da junta, definindo as regiões que compõem uma junta soldada. Esta definição possibilita o dimensionamento 
delas, os fenômenos característicos de cada uma delas e localização das possíveis descontinuidades numa análise 
metalográfica. 
Figura 15: Determinação da repartição térmica em soldagem 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
distância ao 
 centro da solda 
 (mm) 
Temperatura 
 máxima (ºC) 
T3 curva da repartição térmica 
devido ao ciclo térmico de 
soldagem 
junta 
 (corte transversal) 
Tfusão 
T2 
T1 
Tcrítica 
3 
Te
T3 
T2 
T1 temperaturas máximas 
do ciclo térmico de cada 
ponto/região da junta 
Tempo (s) 
Temperatura 
(ºC) 
2 
1 
1200
0 
Ealta ou Vs baixa 
Tempo (s) 
T (ºC) ciclo térmico 
imposto à junta 
E baixa ou Vs alta 
T crescimento de grão 
com pré-aquecimento 
Tempo (s) 
25 
T (ºC) 
ciclo térmico 
imposto à junta 
Tambiente 
150 
T abaixo da transformação 
do material 
200 
1300 
300 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.9 
 
A imagem da junta soldada, em corte transversal, pode ser visualizada através da macrografia a olho nu ou lupa de aumento até 
10X, conforme ilustrado na figura 16, e sua extensão e conseqüências definidas e identificadas por micrografia por 
microscopia ótica ou eletrônica. 
 
Figura 16: Imagem macrográfica típica de um cordão de solda depositado sobre chapa. 
 
 
 
Fonte: Arquivo pessoal 
 
Desta maneira, uma junta soldada por fusão, em monopasse, é constituída de quatro regiões típicas para ligas metálicas : solda, 
ZPF (zona parcialmente fundida), ZTA (zona termicamente afetada) e metal base: 
 
a) Solda ou zona fundida (“weld” ou “FZ = fusion zone”)  região onde ocorreu fusão durante a soldagem, pois a temperatura 
excedeu a temperatura liquidus do material (temperatura de fusão), apresentando uma configuração colunar bruta de solidificação: 
 
Tsoldagem > Temperatura de fusão do material 
 
b) ZPF = zona parcialmente fundida (“PMZ = partially-melted zone”)  região vizinha à linha de fusão da junta, onde a 
temperatura da liga ficou abaixo da linha liquidus, mas acima da solidus: 
 
Temperatura solidus do material < Tsoldagem < Temperatura liquidus do material 
 
Esta região também é denominada de zona de ligação ou de transição, pois apresenta estrutura da zona fundida e do metal 
de base. Para metais puros, que apresentam composiçao química uniforme e invariável, esta região não ocorre, pois eles 
apresentam uma distinta e única temperatura de fusão. 
 
c) ZTA = zona termicamente afetada ou ZAC = zona afetada pelo calor (“HAZ = heat-affected zone”)  região vizinha à 
solda que permaneceu no estado sólido e ficou submetida ao ciclo térmico, com possíveis mudanças na sua microestrutura 
e conseqüentemente nas suas propriedades: 
 
Temperatura crítica do material < Tsoldagem < Temperatura de fusão do material 
 
Temperatura crítica do material de base é definida como sendo a temperatura a partir da qual ocorre transformação 
microestrutural no material base, com mudanças nas suas propriedades originais, função da natureza e tipo de liga metálica 
e estado de fornecimento do material. 
 
d) Metal base (“UBM = unaffected base matérial ou parent metal”)  material no estado sólido que ficou exposto à 
temperaturas abaixo da sua Temperatura crítica, não sofrendo, portanto, mudanças microestruturais, mantendo suas 
propriedades originais inalteradas: 
 
Tsoldagem < Temperatura crítica 
 
A figura 17 ilustra esquematicamente a repartição térmica e as regiões típicas de uma junta soldada para um metal puro e uma 
liga metálica: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.10 
 
Figura 17: Regiões típicas de uma junta soldada em monopasse, para um metal puro e uma liga metálica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
Na figura 18 são mostradas algumas configurações típicas de juntas soldadas por fusão autogenamente (sem metal de adição) 
ou em monopasse: 
 
Figura 18: Imagens macrográficas de juntas soldadas autogenamente e em monopasse, 
evidenciando as sub-regiões típicas de uma junta soldada por fusão 
 
 
 
Fonte: Fotografias do autor 
 
 
 
A região de união solda/ZTA apresenta várias denominações, como por exemplo, para metal puro, linha de fusão ou interface, 
e para liga metálica, zona de transição ou zona de ligação. 
 
Ponteamento e abertura de arco na soldagem a arco elétrico 
Para pré-montar um junta ou sub-conjunto usa-se fazer a fixação por pontos de solda ou para fixar os travamentos. Também, 
no início de uma soldagem, não é incomum o soldador “esquentar” o eletrodo abrindo o arco fora da junta para depois dar 
seguimento à deposição de solda no chanfro. Considerando os aspectos térmicos vistos anteriormente, os locais destas soldas e 
aberturas de arco estarão sujeitos ao ciclo térmico e suas conseqüências. 
 
Esta situação configura-se como crítica, uma vez que o pequeno tempo e a maior velocidade de resfriamento nestas regiões 
irão causar alterações microestruturais no metal base e, também, provocar poros e/ou inclusão de escória ou até microtrincas, 
conforme ilustrado na figura 19. 
 
Figura 19: Imagens macrográficas de pontos de solda mostrando as conseqüências de aberturas de arco fora da junta e 
uma solda de ponteamento, onde se observa poros, inclusão de escória (a), uma ZTA local (b) e microtrincas 
 
 
 
Fonte: Arquivo pessoal 
 
A norma AWS D1.1 – Estrutural Welding Code – Steel, no item 5.29 Arc Strikes sugere que abertura de arco fora da área de 
soldas permanentes deve ser evitada para qualquer tipo de metal base. Trincas ou marcas causadas pela abertura de arco devem 
ser esmerilhada em concordância com a superfície do material e inspecionada para assegurar sua sanidade. 
 
distância ao 
 centro da solda 
 (mm) 
Temperatura 
 máxima (ºC) 
Metal base 
Tlíquidus 
Tsólidus 
Tcrítica 
solda 
ZTA 
ZPF 
Liga metálica Metal puro 
ZTA 
Metal base 
Ponto de fusão 
Tcrítica 
solda ZTA 
ZTA 
metal base 
metal base 
solda 
ZTA 
metal base 
ZTA 
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Estas situações descritas podem fragilizar a região do ponto/solda ou abertura do arco, podendo ser um concentrador de 
tensões ou uma heterogeneidade microestrutural, com conseqüências negativas para a junta e a estrutura soldada, em serviço. 
A figura 20 mostra a região de soldas de travamento de virolas calandradas, onde a alta dureza na ZTA, em relação ao metal 
de base e o metal depositado, configurou-se uma evidencia da falta de pré-aquecimento para fixar o travamento com solda. 
 
Figura 20: Marcas de soldas para fixação de travamentos em juntas de topo, reveladas por macrografia após 
esmerilhagem da região da junta, com os valores de dureza no metal base, ZTA e solda 
 
 
 
Dureza média HV5 
metal base ZTA solda 
198 389 212 
202 392 215 
Fonte: Arquivo pessoal 
 
A norma AWS D1.5 – Pontes também chama a atenção para as soldas temporárias: 
 
 
Fonte: American Welding Society 
 
Soldagem em multipasse 
No preenchimento de uma junta com vários passes de solda, cada cordão de solda depositado impõe um ciclo térmico aos 
cordões anteriores e também às ZTA’s geradas por eles, conforme mostrado na figura 21. As micro e macroestruturas 
resultantes são mais complexas devido às influencias variadas de cada ciclo térmico, determinando as propriedades globais da 
junta soldada. 
 
Figura 21: Ciclos térmicos ao longo da junta durante a soldagem em função dos cordões de solda depositados 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
▪ 2 
▪ 1 
▪ 3 
passe A 
▪ 2 
▪ 1 
▪ 3 
passe A 
passe B 
▪ 2 
▪ 1 
▪ 3 
passe A 
passe B 
passe C 
T(ºC) 
3 
▪
1 
2 
tempo (s) 
ciclos térmicos 
devido ao passe C 
T(ºC) 
2 
▪
3 
1 
tempo (s) 
ciclos térmicos 
devido ao passe B 
T(ºC) 
1 
▪
3 
2 
temperaturas máximas 
do ciclo térmico de cada 
ponto/região da junta 
tempo (s) 
ciclos térmicos 
devido ao passe A 
junta 
solda do 
travamento 
junta 
solda do 
travamento 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.12 
 
A repartição térmica de uma junta soldada em multipasses também promoverá as mesmas macroregiões de uma junta soldada 
em monopasse, porém com a zona fundida constituída de vários cordões de solda, apresentando 2 sub-regiões, de acordo com a 
figura 22: 
 
a) região colunar: região do cordão de solda que apresenta uma macroestrutura com configuração colunar bruta de solidificação; 
 
b) região sólida reaquecida: metal depositado que ficou submetido ao ciclo térmico do cordão de solda depositado 
posteriormente, apresentando microestruturas dependentes do tempo de permanência e dos níveis de temperaturas 
atingidas, podendo-se identificar morfologias variáveis, indo de granulação grosseira à refinada. 
 
Figura 22: Imagem macrográfica das regiões de uma junta soldada em multipasse, onde cada cordão de solda 
depositado apresenta 2 sub-regiões: colunar e reaquecida 
 
 
 
Fonte: Fotografia do autor 
 
 
Pelo fato de um cordão de solda tratar termicamente o cordão anteriormente depositado, pode-se tirar proveito para melhorar 
propriedades no metal depositado e mesmo na ZTA da junta, conforme tipo e disposição dos passes no enchimento da junta, 
definida no procedimento de soldagem. A figura 23 ilustra a soldagem multipasse de 2 juntas de topo com diferentes 
seqüências de deposição de solda. 
 
Figura 23: Juntas soldadas em multipasse com diferentes seqüências e disposições dos cordões de solda depositados 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Fotografias do autor 
 
Na figura 24, é descrita a reparação de defeitos em solda, após remoção do defeito, onde a seqüência e disposição dos passes 
favorece uma microestrutura “tratada termicamente”. 
 
Figura 24: Seqüência de deposição dos cordões de solda no enchimento do reparo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
Outro exemplo do uso do ciclo térmico na soldagem multipasse é a reparação de defeitos em solda de aço carbono baixa liga, 
sem necessidade de tratamento térmico de alívio de tensões pós soldagem, com a técnica descrita no código ASME VIII, 
division 1, item UCS-56, ilustrada na figura 25. 
Zona colunar 
Zona reaquecida ZTA 
sobreposição de ~ 50% do 2o passe no 
1o passe já depositado 
direção de depósito dos 
cordões de solda 
(corte transversal) 
1o 2
o 3
o 
6o 
4o 
5o 
último passe depositado 
 tratou somente o passe 3 ao lado 
último passe depositado  tratou 
termicamente os 3 passes anteriores 
1 
2 
3 
1 
2 
3 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.13 
 
 
Figura 25: Técnica da meia almofada (“half bead technique”) + os passes de revenimento (“temper bead weld”), 
numa típica aplicação e proveito do conceito de ciclo térmico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
Após deposição dos passes de revenimento, eles são removidos por meios mecânicos até facear a superfície do metal base, 
procedendo aos ensaios não destrutivos usados na soldagem do componente. Desta maneira, só restam cordões de solda 
“tratados termicamente” ao longo de toda a junta, inclusive a ZTA junto ao metal base. 
 
Para se avaliar os fenômenos na ZTA, é importante saber sua extensão para se analisar a localização exata da trinca ou 
descontinuidade. As imagens da figura 26 ilustram juntas soldadas, mostrando a largura da ZTA em função do processo e 
técnica de soldagem. 
 
Figura 26: Extensão da ZTA em juntas soldadas em monopasse com processo Eletroescória e 
em multipasse com processo MAG, em corte transversal 
 
 
 
Fonte: Fotografias do autor 
 
 
Para processos de baixa energia, em geral, a agressão térmica fica compreendida entre 1 a 5mm, sendo que a extensão 
microscópica da ZTA um pouco menor, como por exemplo em juntas soldadas com processos a arco elétrico. No caso de 
processos de alta energia, a região agredida termicamente e a ZTA são relativamente maiores, como no caso do processo 
Eletroescória. Nos processo a arco, o emprego de passe reto e trançado, também tem influencia na extensão da ZTA. 
 
Considerando os aspectos térmicos descritos anteriormente, para um dado processo de soldagem por fusão, é elaborado um 
procedimento para se obter microestruturas adequadas e as propriedades desejadas da junta soldada, visando atendimento aos 
requisitos de projeto e aplicação do componente em serviço: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
passes de almofada cobrindo toda a 
superfície da junta (“half bead weld”) 
1 2 
3 4 
5 6 
8 7 
7 
9 8 
10 11 
passes de enchimento da junta 
12 
passes de revenimento (“temper bead weld”) aplicado somente sobre a zona fundida, evitando-se o 
contato com o metal base. 
passes de revenimento 
ZTA solda metal 
base 
10 a 20 mm 
1 a 5 mm 
solda 
ZTA 
metal 
base 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.14 
 
PROCESSO DE SOLDAGEM 
 
EPS = ESPECIFICAÇÃO DO PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM 
parâmetros e variáveis do processo de soldagem 
 
ENERGIA DE SOLDAGEM 
dimensiona o grau de “agressão” térmica à junta 
 
CICLO TÉRMICO 
determina a microestrutura resultante 
 
REPARTIÇÃO TÉRMICA 
define as sub regiões da junta e suas extensões: 
solda + ZPF + ZTA + metal base 
 
JUNTA SOLDADA 
propriedades 
 
PEÇA OU EQUIPAMENTO 
Desempenho em serviço 
 
Em resumo, o procedimento de soldagem define um ciclo térmico que pode provocar alterações microestruturaismais ou 
menos intensas nas vizinhanças da solda e na própria zona fundida, ou seja, cada material vai responder diferentemente aos 
procedimentos de soldagem, dependendo do seu estado original. 
 
 em geral: 
 
energia de soldagem baixa  menor “agressão” térmica à junta soldada 
 
menor extensão da ZTA e menor crescimento de grão com alta velocidade de resfriamento 
 
uso ou não de préaquecimento  alta ou baixa velocidade de resfriamento para adequação da microestrutura desejada 
 
Como a energia de soldagem dimensiona o grau de “agressão” térmica à junta soldada, deve-se limitar seu valor máximo 
admissível que garanta a fusão adequada da junta e as propriedades mínimas desejadas, garantindo uma situação conservadora, 
pois a mínima energia é ditada pelos parâmetros operacionais para se efetuar a união por soldagem. 
 
 
EFEITOS METALÚRGICOS NA SOLDAGEM POR PRESSÃO 
 
Introdução 
Nos processos no estado sólido, as ações ou forças mecânicas aplicadas externamente aos componentes a serem soldados, 
promovem uma deformação plástica localizada na junta durante a soldagem, podendo induzir efeitos ou alterações 
metalúrgicas sobre a microestrutura do material na região de união, com conseqüências nas propriedades mecânicas da junta 
soldada. 
 
Na soldagem por pressão ocorrem fenômenos de natureza mecânica e metalúrgica, como deformação plástica a quente ou a 
frio, encruamento e recristalização, que determinam a história mecânica de uma junta soldada. 
 
A aplicação de pressão à junta favorece o íntimo contato entre as superfícies, através de deformação plástica localizada e 
determina o grau de agressão mecânica à junta. Alguns processos de soldagem utilizam calor para favorecer a deformação com 
pressões menores, pela diminuição do limite de escoamento com o aumento da temperatura, conforme ilustra a figura 27. 
 
Figura 27: Variação do limite de escoamento de um material metálico com a sua temperatura 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
Ao se aplicar pressão de compressão para aproximar intimamente as superfícies a unir, alguns fenômenos metalúrgicos podem 
ocorrer, dependendo do nível de temperatura envolvido na soldagem: 
Limite de 
escoamento 
Temperatura 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.15 
 
 
a) Soldagem a frio: 
A deformação dos grãos ocorre abaixo da temperatura de recristalização do material base, tornando-os alongados em função da direção 
do esforço, de acordo com a figura 28. O resultado disto é o aumento da resistência mecânica da junta devido ao encruamento; 
 
b) Soldagem a quente: 
 
 a deformação dos grãos ocorre acima da temperatura de recristalização do material base, promovendo a recristalização 
dinâmica dos grãos, resultando na manutenção das propriedades mecânicas na junta; 
 
 caso o tempo acima da temperatura de recristalização for alto ocorrerá um crescimento de grão, com conseqüências 
negativas na resistência mecânica e tenacidade da junta; 
 
 o aquecimento promove mobilidade atômica, acelerando a taxa de difusão, colaborando para a união por soldagem. 
 
 
Figura 28: Imagens micrográficas de juntas soldadas a frio no estado sólido, 
mostrando a deformação da microestrutura, em função do esforço aplicado 
 
 
 
 
Fonte: Arquivo pessoal 
 
 
A importância de se conhecer a natureza dos fenômenos metalúrgicos e/ou mudanças microestruturais possíveis de acontecer 
na região de união soldada no estado sólido está associadas às influências nas suas propriedades finais. 
 
 
Repartição termomecânica em soldagem 
A conseqüência da aplicação de pressão à junta é função da resistência e/ou dureza equivalente resultante da deformação 
plástica (com maior ou menor grau de encruamento), devendo ser compatível com as propriedades da junta como um todo. 
 
Como a união se dá em fase sólida, não há ocorrência de diluição, de modo que a junta pode apresentar-se constituída de 3 
regiões típicas, figura 29, conforme a maneira como foi soldada: 
 
a) Solda (“weld”): interface de união entre os materiais de base, apresentando ou não rebarba; 
 
b) ZPD = zona plasticamente deformada ou ZDP = zona deformada plasticamente: região de união que ficou submetida à 
deformação plástica com possíveis mudanças na sua microestrutura e propriedades; esta região pode ter tido influencia de 
calor associado ao processo de soldagem: 
 
limite escoamento do material < Pressão de soldagem > limite de ruptura do material 
 
Caso o processo de soldagem tenha calor associado ou é executado a quente, esta região pode ter tido influência da temperatura, 
gerando uma ZTA = zona termicamente afetada ou ZAC = zona afetada pelo calor (“HAZ = heat-affected zone”): 
 
Pressão + Tsoldagem < Temperatura crítica do material  recristalização 
 
Pressão + Tsoldagem > Temperatura crítica do material  encruamento 
 
Para os casos onde a região vizinha à solda tenha presença de ZTA e ZPD, ela pode ser denominada de ZTMA = zona 
termomecanicamente afetada 
 
c) Metal base (“UBM = unaffected base material”): material que não sofreu deformação e/ou mudanças microestruturais, 
mantendo suas propriedades originais inalteradas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.16 
 
Figura 29: Imagens macrográficas de juntas soldadas no estado sólido, mostrando as regiões de união 
 
 
 
Fonte: Fotografias do autor 
 
A junta soldada, em corte transversal, pode ser observada por macrografia a olho nu ou lupa aumento até 10X, conforme 
ilustrado na figura 30, e a sua extensão e conseqüências dos fenômenos presentes na soldagem, por micrografia com 
microscópio ótico ou eletrônico. 
 
Figura 30: Imagens macrográficas mostrando as interfaces de juntas soldadas no estado sólido 
 
 
 
Fonte: Fotografias do autor 
 
Considerando os aspectos mecânicos e metalúrgicos descritos anteriormente, para um dado processo de soldagem no estado 
sólido, é elaborado um procedimento para se obter as propriedades desejadas da junta soldada, para atendimento dos requisitos 
de projeto e aplicação do componente em serviço: 
 
PROCESSO DE SOLDAGEM 
 
EPS - ESPECIFICAÇÃO DO PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM 
parâmetros e variáveis do processo de soldagem 
 
APLICAÇÃO DE PRESSÃO 
dimensiona o grau de agressão mecânica à junta 
 
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA A FRIO OU A QUENTE 
determina a microestrutura resultante 
 
REPARTIÇAO TERMOMECÂNICA 
define as sub regiões da junta e suas extensões: 
solda + ZPD/ ZTA (ZTMA) + metal base 
 
JUNTA SOLDADA 
 propriedades 
 
PEÇA OU EQUIPAMENTO 
 Desempenho em serviço 
 
 em geral: 
 
aplicação de pressão a quente  menor “agressão” mecânica à junta soldada 
 
menor extensão da ZPD/ZTMA e baixo nível de encruamento na interface de união 
 
O nível de encruamento dimensiona o grau de “agressão” mecânica à junta soldada, por isso deve-se limitar seu valor máximo 
admissível que garanta uma união adequada e propriedades mínimas desejadas, garantindo uma situação conservadora, pois o 
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Cap.5 - Aspectos térmicos e metalúrgicos em soldagem- Pág.17 
 
aumento excessivo da resistência mecânica (ou dureza equivalente), devido ao excesso de encruamento na região da junta 
soldada, implica na diminuição da sua dutilidade, podendo comprometer seu desempenho em serviço. 
 
CONCLUSÃO 
Os aspectos térmicos e mecânicos presentes na soldagem têm influencia direta nas propriedades de uma junta soldada,pois 
vão determinar a microestrutura resultante e o/ou o grau de deformação plástica, seja na soldagem por fusão ou por pressão. 
 
Portanto, a atuação do engenheiro de processos é usar o conhecimento científico associado a fundamentos técnicos para 
minimizar a agressão mecânica/metalúrgica, direcionando os fenômenos, reações ou alterações microestruturais através de 
parâmetros e variáveis do processo de soldagem, convenientemente definidas num procedimento (EPS). 
 
A questão é que as mudanças, mesmo ocorrendo, ainda preservem as mínimas propriedades e características originais dos 
materiais de base e que a solda também apresente propriedades adequadas e apropriadas para garantir o desempenho 
satisfatório e esperado da junta ou estrutura soldada em serviço. 
 
Viabilizar com sucesso o emprego da tecnologia da soldagem pressupõe, portanto, o uso de uma EPS – Especificação do 
Procedimento de Soldagem e Soldadores qualificados, num ambiente de sistema de gestão da qualidade. 
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