AULA_6_EDCM_Introdução^J terminologia e METALURGIA DA SOLDAGEM

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Gestão de projetos e gestão da manutenção Engenharia Mecânica 2021/1
Estudos dirigidos em 
ciências dos materiais e 
processamento de materiais 
Profª Dra. Fernanda Dias Troysi
fernanda.troysi@prof.una.br
Soldagem – Introdução, Terminologia 
e Metalurgia da soldagem
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Método de união dos metais
O método de união dos metais podem ser divididos em duas categorias principais, isto
é, aqueles baseados na ação de forças macroscópicas entre as partes a serem unidas e
aqueles baseados em forças microscópicas – interatômicas e intermoleculares.
A resistência da junta é dada pela
resistência ao cisalhamento do
parafuso ou rebite mais as forças de
atrito entre as superfícies de contato.
Parafusagem
e rebitagem
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A união é conseguida pela
aproximação doa átomos ou
moléculas das peças a serem unidas,
ou destes e de um material
intermediário adicionado à junta, até
distancias suficientemente pequenas
para formação de ligações químicas.
Soldagem,
brasagem
e colagem
Método de união dos metais
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Importância da soldagem
Principal processo usado na união
permanente de peças metálicas,
permitindo a montagem de
conjuntos com rapidez, segurança e
economia de material.
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Definição de soldagem
• Processo de união de matais por fusão;
• Operação que visa obter a união de duas ou mais peças, assegurando na junta a
continuidade das propriedades físicas e químicas;
• “Processo de união de materiais usado para obter a coalescência (união) localizada
de metais e não-metais, produzidas por aquecimento até uma temperatura
adequada, com ou sem a utilização de pressão e/ou material de adição.” (American
Welding Society-AWS)
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Formação de uma junta soldada
• Uma peça metálica pode ser considerada como formada
por um grande número de átomos dispostos em uma
estrutura cristalina.
• Nesta situação, cada átomo está em sua condição de energia mínima, não tendendo a se ligar
com nenhum átomo extra.
• Átomos localizados no interior desta estrutura são
cercados por um número de vizinhos mais próximos,
posicionados a uma distância 𝑟0, na qual a energia do
sistema é mínima.
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Formação de uma junta soldada
Solda
• Na superfície do sólido, contudo, esta situação não se mantém, pois os átomos estão
ligados a menos vizinhos, possuindo, portanto, um maior nível de energia do que os
átomos no seu interior.
• Esta energia pode ser reduzida quando os átomos superficiais se ligam a outros.
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Assim, aproximando-se duas peças metálicas a uma distância
suficientemente pequena para a formação de uma ligação
permanente, uma solda entre as peças seria formada → Um
exemplo é colocando em contato íntimo dois blocos de gelo.
Entretanto, isso não ocorre para duas peças metálicas, exceto em condições muito
especiais. Isso se deve a presença de obstáculos que impedem essa aproximação
efetiva!
Formação de uma junta soldada
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Formação de uma junta soldada
A superfície metálica, mesmo as mais polidas, apresentam uma
grande rugosidade em escala microscópica e submicroscópica,
impedindo a aproximação efetiva das superfícies.
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Formação de uma junta soldada
Metal não afetado.
Metal afetado;
Camada de óxido;
Água e oxigênio absorvido;
Gordura;
Partículas de poeira;
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Formação de uma junta soldada
Para superar esses obstáculos, dois métodos principais são utilizados, os quais
originam os dois grandes grupos de processos de soldagem.
Deformação da superfície 
de contato → PRESSÃO
Aplicação localizada de calor na 
região da junta até a fusão do 
metal base e do metal de adição 
→ FUSÃO
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Evolução histórica
Embora a soldagem, na sua forma atual, seja um processo
recente, com cerca de 100 anos, a brasagem e a soldagem
por forjamento tem sido usada desde épocas remotas.
Para confecção de peças maiores, os blocos
eram soldados por forjamento, isto é, o
material era aquecido ate o rubro, colocava-
se areia entre as peças para escorificar
impurezas e martelava-se ate a soldagem.
Pilar de cerca de sete metros de altura e mais 
de 5 toneladas, Dehli (índia).
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Evolução histórica
A soldagem foi, durante este período, um processo importante na tecnologia metalúrgica,
principalmente, devido a dois fatores:
1. Escassez e o alto custo do aço;
2. Tamanho reduzido dos blocos de ferro obtidos por redução direta;
Soldagem por forjamento foi 
substituída por rebites e 
parafusos na união das peças 
produzidas.
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O cenário começou a mudar a partir das experiências de Sir Humphrey Davy (1801-1806)
com o arco elétrico e da descoberta do acetileno por Edmund Davy e do desenvolvimento
de fontes produtoras de energia elétrica que possibilitaram o aparecimento dos processos
de soldagem por fusão.
Evolução histórica
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• Atualmente, mais de 50 diferentes processos de soldagem tem utilização industrial
e a soldagem é o mais importante método para união permanente de metais.
• Esta importância é ainda mais evidenciada pela presença de processos de soldagem
e afins nas mais diferentes atividades industriais e pela influencia que a
necessidade de uma boa soldabilidade tem no desenvolvimento de novos tipos de
aços e outras ligas metálicas.
Evolução histórica
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Soldagem (Welding)
• União localizada de materiais, similares ou não, de forma permanente, baseada na
ação de forças em escala atômica;
• União de metal de base com ou sem metal de adição;
• Soldagem é o processo de união de materiais, a Solda é o resultado deste processo;
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Classificação das fontes térmicas para a soldagem
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Pressão ou deformação
Processos de solda por energia mecânica
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Processos de solda por energia elétrica
Soldagem com eletrodo revestido
(SMAW –Shielded Metal Arc
Welding)
Soldagem MIG/MAG
(GMAW – Gas Metal Arc Welding)
Soldagem TIG
(GTAW – Gas-Shielded Tungsten Arc
Welding)
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Processos de solda por energia elétrica
Soldagem a PLASMA
(PAW – Plasma Arc Welding)
Soldagem por resistência a 
ponto
(RSW – Resistance Spot 
Welding)
Soldagem a arco submerso
(SAW – Submerged Arc
Welding)
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Processos de solda por energia química
Soldagem OXIGÁS
(OFW – Oxyfuel Gas Welding)
Soldagem 
ALUMINOTÉRMICA
(TW – Thermit Welding)
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Processos de solda por energia radiante
Soldagem a LASER
(LBW – Laser Beam Welding)
Soldagem por feixe de elétrons
(EBW - Electron beam welding)
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• União permanente das peças – fusão metal de adição;
• Liquação (processo de separação, por meio de calor, de uma substância mais fusível) de metal de 
adição e pouco metal de base;
• Metal de adição ponto de fusãomais baixo do que o material de base;
• Força coesão (força de atração entre átomos e moléculas) dentro de metal de adição; 
• Força adesão entre metal de base e adição;
Brasagem (Brazing)
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• Liquação/ fundição de metal de base e metal de adição;
• Mistura mínima de metais;
• Melhorar os propriedades da superfície;
• Contra desgaste;
Revestimento (cladding)
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Resumo processos
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• Soldagem: refere-se ao processo de fabricação;
• Solda: refere-se ao resultado do processo (substantivo);
• Junta: região onde as peças serão (ou foram) unidas por soldagem;
• Poça de fusão: região da junta em que o material encontra-se na fase líquida (durante o
processo);
Terminologia básica
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Região entre duas ou mais peças que serão unidas
Topo Ângulo Sobreposta Canto Aresta
Juntas
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De acordo com as modificações sofridas pelo material, diferentes regiões podem ser
identificadas em uma solda: zona fundida (ZF), zona termicamente afetada (ZTA),
metal de base (MB).
Macrografia da soldagem
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• Zona fundida (ZF): É constituída pelo metal de
solda, que é a soma da parte fundida do metal de
base e do metal de adição;
• Zona termicamente afetada (ZTA): Região do
metal de base que tem sua estrutura e/ou suas
propriedades alteradas pelo calor de soldagem;
• Mata-junta: Suporte na parte inferior da solda,
que ajuda a conter o material fundido na
operação de soldagem e que pode ou não ser
removido após o término da solda.
Macrografia da soldagem
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• Em função da espessura da junta, algumas soldas devem ser executadas em vários passes,
gerando vários cordões de solda:
• Na sequencia ilustrada o passe 1 é o passe de raiz.
• O passe de raiz é considerado o mais crítico em soldas de múltiplos passes:
• Como forma de auxílio ao soldador, é comum empregar o cobre-junta ou mata-junta:
Cobre - junta
Metal base Metal base
Passe de raiz
Macrografia da soldagem
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Aula 04 – Arco elétrico e fenômenos na 
soldagem• A soldagem geralmente é realizada com a aplicação localizada de calor e/ou
deformação plástica. Como resultado, alterações das propriedades do material, nem
sempre desejáveis ou aceitáveis, podem ocorrer na região da junta.
• A maioria destas alterações depende das reações ocorridas durante a solidificação e
resfriamento do cordão de solda e de sua microestrutura resultante.
INTRODUÇÃO A METALURGIA DA SOLDAGEM
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MACROESTRUTURA DE SOLDA POR FUSÃO
A curva de repartição térmica permite definir,
para uma solda por fusão, três regiões básicas:
A – Zona Fundida (ZF);
B – Zona Termicamente Afetada (ZTA);
C – Metal Base (MB).
• Zona Fundia: região onde o material fundiu-se e solidificou-se durante a operação de
soldagem. As temperaturas de pico desta região foram superiores á temperatura de fusão
(Tf) do metal de base.
• Zona Termicamente Afetada (ZTA): Região não fundida do metal de base que teve sua
microestrutura e/ou propriedades alteradas pelo ciclo térmico de soldagem. As temperaturas
de pico nesta região foram superiores a temperatura crítica do material em questão e
inferiores a temperatura de fusão.
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MACROESTRUTURA DE SOLDA POR FUSÃO
A curva de repartição térmica permite definir,
para uma solda por fusão, três regiões básicas:
A – Zona Fundida (ZF);
B – Zona Termicamente Afetada (ZTA);
C – Metal Base (MB).
• Metal de Base: Região mais afastada do cordão de solda e que não foi afetada pelo processo
de soldagem. As suas temperaturas de pico são inferiores à temperatura crítica do material.
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MACROESTRUTURA DE SOLDA POR FUSÃO
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CARACTERÍSTICAS DA ZONA FUNDIDA
Na parte posterior da poça de fusão, o metal líquido se solidifica dando origem ao
cordão de solda. O processo de solidificação determina diversas características macro e
microestruturais do cordão, tendo, assim, um importante efeito sobre as propriedades e
o comportamento da solda.
Zona coquilhada: é formada no inicio da
solidificação da peça, quando existe uma
grande diferença de temperatura entre o
molde e o metal líquido. Esta diferença
causa um forte resfriamento do líquido em
contato com a parede do molde e propicia a
nucleação de um grande número de grãos
que formam esta região.
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CARACTERÍSTICAS DA ZONA FUNDIDA
Zona colunar: A zona colunar ocorre após a
formação da zona coquilhada, quando, devido à
liberação de calor latente de solidificação e ao
afastamento da interface sólido-líquido da parede
do molde, a temperatura do líquido próximo
desta interface se aproxima da temperatura de
fusão do metal.
Os grãos nucleados são fortemente reduzidos, e o
sólido passa a ser formado principalmente pelo
crescimento de grão já existente em direção ao
líquido.
Zona central: Na parte central da peça, onde a solidificação final, em geral, ocorre, o calor é extraído e
forma aproximadamente igual em todas as direções. Dessa forma, os novos grãos formados tendem a
crescer com um formato equiaxial.
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CARACTERÍSTICAS DA ZONA FUNDIDA
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CARACTERÍSTICAS DA ZONA FUNDIDA
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CARACTERÍSTICAS DA ZONA FUNDIDA
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CARACTERÍSTICAS DA ZONA FUNDIDA
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CARACTERÍSTICAS DA ZONA FUNDIDA
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CARACTERÍSTICAS DA ZONA TERMICAMENTE AFETADA
As características da ZTA
dependem fundamentalmente
do tipo de metal de base e do
processo e procedimento de
soldagem, isto é,, dos ciclos
térmicos e da repartição térmica
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CARACTERÍSTICAS DA ZONA TERMICAMENTE AFETADA
Região de crescimento de grão: compreende a região do metal de base mais próxima da solda e que foi
submetida a temperaturas entre cerca de 1200°C e a temperatura de fusão. Nesta situação, a estrutura
austenítica sofre um grande crescimento de grão. Este crescimento dependerá do tipo de aço e da energia
de soldagem. De um modo geral, esta região é caracterizada por uma estrutura grosseira, com a ferrita
apresentando uma morfologia em placas e a presença de bainita.
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CARACTERÍSTICAS DA ZONA TERMICAMENTE AFETADA
Região de refino de grão: compreende a porção da junta aquecida a temperaturas comumente utilizadas
na normalização dos aços ou um pouco mais acima (900 até cerca de 1200°C). Após o processo de
soldagem, esta região é caracterizada, geralmente, por uma estrutura fina de ferrita e perlita.
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CARACTERÍSTICAS DA ZONA TERMICAMENTE AFETADA
Região intercrítica: Nesta região, a temperatura de pico varia entre 727°C (temperatura eutetoide),
sendo caracterizada pela transformação parcial da estrutura original do metal base. Nesta faixa de
temperatura, somente uma parte do material é austenitizada e, portanto, alterado pelo ciclo térmico.
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DESCONTINUIDADES COMUNS EM SOLDAS
De acordo com a American Welding Society, tem-se três categorias básicas de descontinuidades:
Descontinuidades dimensionais:
• Distorção;
• Dimensões incorretas da solda;
• Perfil incorreto da solda;
Descontinuidades estruturais:
• Porosidades;
• Inclusão de tungstênio;
• Falta de fusão;
• Falta de penetração;
• Mordedura;
• Trincas;
Propriedades inadequadas:
• Propriedades mecânicas;
• Propriedades químicas;
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DESCONTINUIDADES DIMENSIONAIS
Distorção: São alterações de forma e dimensões que componentes soldados sofrem como
resultado de deformações plásticas devidas ao aquecimento não uniforme e localizado
durante a soldagem.
• Causas: Soldagem e excesso, soldagem em juntas livres (aquelas em que as peças
podem se mover facilmente), seleção incorreta do chanfro.
• Consequências: Mudanças de formas e dimensões, medidas corretivas;
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DESCONTINUIDADES DIMENSIONAIS
Dimensão incorreta de solda: No projeto de uma estrutura, as dimensões das soldas
são especificadas de modo a atender a algum requisito, por exemplo, resistência
mecânica à tração. Dimensões fora das tolerâncias admissíveis configuram defeitos de
soldagem, uma vez que a solda deixa de atender a esses requisitos.
Perfil incorreto da solda: Este deve ser considerado, na medida em que variações
geométricas bruscas agem como concentradores de tensão, facilitando a formação e a
propagação de trincas.
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DESCONTINUIDADES DIMENSIONAIS
Formato incorreto da junta: O posicionamento ou o dimensionamento inadequado das
peças podem levar a problemas como desalinhamento em juntas de topo.
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DESCONTINUIDADE ESTRUTURAL
São descontinuidades na micro ou macroestrutura na região da solda, associada a falta de
material ou a presença de material estranho em quantidade apreciável. Sua gravidade
depende do tipo de descontinuidade, sua extensão e geometria.
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DESCONTINUIDADE ESTRUTURAL
Porosidades: Evolução de gases durante a solidificação da solda. As bolhas de gás podem
ser aprisionadas pelo metal solidificado á medida que a poça de fusão é deslocada.
• Causas: umidade ou contaminação de óleo, graxa, óxidos, corrente ou tensão de
soldagem excessivas, correntes de ar durante a soldagem.
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DESCONTINUIDADE ESTRUTURAL
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DESCONTINUIDADE ESTRUTURAL
Inclusões de escória: Vários processos de soldagem utilizam fluxos que formam escória
que tende a se separar do metal líquido na poça de fusão. Por diversos motivos, parte
desta escória pode ficar presa entre os passes de solda ou entre estes e o metal de base.
• Causas: Manipulação incorreta do eletrodo, chanfro estreito;
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DESCONTINUIDADE ESTRUTURAL
Falta de fusão: Ausência de continuidade metalúrgica entre o metal depositado e o metal
de base ou dos passes adjacentes.
• Causas: Manipulação incorreta do eletrodo, falta de limpeza da junta, energia de
soldagem insuficiente, soldagem em vários passes.
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DESCONTINUIDADE ESTRUTURAL – Falta de fusão
Falta de fusão: Falhas em se fundir e encher completamente a raiz da solda.
• Causas: Manipulação incorreta do eletrodo, junta mal projetada, corrente de soldagem
insuficiente.
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DESCONTINUIDADE ESTRUTURAL – Falta de fusão
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DESCONTINUIDADE ESTRUTURAL – Mordedura
Mordedura: Fusão do metal de base na margem do cordão de solda, sem ocorrer o
enchimento desta área, resultando na formação de uma reentrância.
• Causas: Manipulação incorreta do eletrodo, comprimento excessivo do arco,, corrente
ou velocidade de soldagem muito alta.
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DESCONTINUIDADE ESTRUTURAL – Trincas
Tricas: Descontinuidades mais graves em soldagem. São fortes concentradores de tensão,
podendo favorecer o inicio de fratura frágil.
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DESCONTINUIDADE ESTRUTURAL – Trincas
Tricas: Descontinuidades mais graves em soldagem. São fortes concentradores de tensão,
podendo favorecer o inicio de fratura frágil.
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PROPRIEDADES INADEQUADAS
Soldas incapazes de atender as exigências mínimas em termos de propriedades
mecânicas outras relevantes são então consideradas defeituosas, exigindo ações
corretivas.
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